基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的輸電運(yùn)檢一體化系統(tǒng)方案研究

摘 要：針對(duì)智能運(yùn)檢設(shè)備繁雜、運(yùn)檢人員工作負(fù)擔(dān)愈來(lái)愈大等問(wèn)題，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的輸電運(yùn)檢一體化系統(tǒng)解決方案。本套解決方案依托SOA架構(gòu)，采用先進(jìn)、合理的技術(shù)路線和框架設(shè)計(jì)，基于物聯(lián)網(wǎng)概念模型與大數(shù)據(jù)理論分析，集故障感知研判、外破風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、巡視缺陷管理、線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)于一體，還可接入工作票無(wú)紙化、智能物料分配等模塊，真正實(shí)現(xiàn)輸電運(yùn)檢信息一體化管理。所有數(shù)據(jù)由大數(shù)據(jù)AI分析算法進(jìn)行云端分析，切實(shí)減輕輸電運(yùn)檢人員的工作負(fù)擔(dān)，大大提高國(guó)網(wǎng)輸電運(yùn)檢作業(yè)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；輸電；物聯(lián)網(wǎng)；智能運(yùn)檢；主動(dòng)預(yù)警；RFID

中圖分類號(hào)：TP391.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）07-0-03

0 引 言

如今，在國(guó)家電網(wǎng)有限公司智能運(yùn)檢建設(shè)不斷推進(jìn)的情況下，眾多的智能運(yùn)檢裝備如雨后春筍般涌現(xiàn)[1]。對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)維人員來(lái)說(shuō)，大量的新型裝備給電網(wǎng)運(yùn)維工作帶來(lái)了極大的方便，但是各個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中往往需要操作多個(gè)系統(tǒng)才能達(dá)到目的，主要存在以下不足之處：（1）數(shù)量繁多，解決一類問(wèn)題往往需要登錄與操作多種智能系統(tǒng)；（2）數(shù)據(jù)獨(dú)立，各系統(tǒng)平臺(tái)之間數(shù)據(jù)相互獨(dú)立，無(wú)法做到數(shù)據(jù)的合理有效分析和計(jì)算；（3）推廣困難，很多新型設(shè)備操作復(fù)雜，運(yùn)檢人員不方便使用，更愿意使用原始的人工手段[2-5]。

為解決上述問(wèn)題，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的輸電運(yùn)檢一體化系統(tǒng)解決方案，可實(shí)現(xiàn)全部輸電線路設(shè)備同智能運(yùn)檢系統(tǒng)相連，各類系統(tǒng)和應(yīng)用之間縱向貫通，以期大大提升輸電運(yùn)檢作業(yè)人員的作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量。

1 核心技術(shù)

系統(tǒng)框架如圖1所示。從前端輸電線路側(cè)到后端系統(tǒng)側(cè)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。

在感知層，以輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)為核心，按照現(xiàn)場(chǎng)需求部署各類型傳感器、圖像監(jiān)拍裝置、視頻監(jiān)控裝置等設(shè)備來(lái)完成信息采集；通過(guò)有線/無(wú)線多種通信方式，將采集信息接入圖像監(jiān)拍裝置、視頻監(jiān)控裝置或?qū)Ｓ眠吘壩锫?lián)終端，處理后統(tǒng)一回傳至云端。

在網(wǎng)絡(luò)層，通過(guò)電力專網(wǎng)或虛擬專用網(wǎng)絡(luò)對(duì)來(lái)自感知層的信息進(jìn)行接入和傳輸，接駁感知層和平臺(tái)層，具備實(shí)時(shí)傳輸、信息安全等優(yōu)點(diǎn)。

在平臺(tái)層，將獲取到的輸電線路相關(guān)海量信息資源整合成一個(gè)可互聯(lián)互通的大型信息網(wǎng)絡(luò)，有效解決了海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索、使用、挖掘和安全隱私保護(hù)等問(wèn)題，從而為應(yīng)用層發(fā)揮數(shù)據(jù)價(jià)值提供支撐。

在應(yīng)用層，通過(guò)分析處理后的數(shù)據(jù)為用戶提供豐富的特定服務(wù)，例如輸電線路通道和本體狀態(tài)可視化展示、隱患智能分析預(yù)警、微環(huán)境監(jiān)控、智能巡視等。同時(shí)充分考慮到實(shí)際工作需求，作業(yè)人員可通過(guò)應(yīng)用層發(fā)送信息以控制感知層的設(shè)備終端，實(shí)現(xiàn)人員和設(shè)備的有機(jī)交互。

本方案集在線監(jiān)控裝置、輸電故障診斷系統(tǒng)、智能巡視系統(tǒng)于一體，搭建了輸電運(yùn)檢一體化平臺(tái)，通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，作業(yè)人員通過(guò)個(gè)人手機(jī)終端可以實(shí)時(shí)獲取一體化平臺(tái)內(nèi)的所有數(shù)據(jù)。

平臺(tái)采用分布式架構(gòu)，單個(gè)分中心可以部署在任意地市或機(jī)組上。針對(duì)智慧運(yùn)檢大數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求，制定合理的數(shù)據(jù)組織邏輯，使輸電人工巡檢產(chǎn)生的各類結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)成果可以被良好地組織，為數(shù)據(jù)的深入挖掘和分析打下良好基礎(chǔ)[6]。平臺(tái)基于業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)組織規(guī)則，可主動(dòng)對(duì)接收的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)清理；也可基于元數(shù)據(jù)校驗(yàn)規(guī)則，將前后有沖突的數(shù)據(jù)主動(dòng)標(biāo)記為問(wèn)題數(shù)據(jù)，提醒管理員進(jìn)行核實(shí)。

平臺(tái)軟件后端框架基于J2EE技術(shù)，采用Spring3.0Mvc、Rest框架，前端采用Jquery框架，擴(kuò)展使用第三方開(kāi)源類庫(kù)，如Quartz、JavaMail、Poi、artDialog、zTree、SWFUpload、 FlowPlayer、ext等，數(shù)據(jù)庫(kù)使用MySQL。軟件框架如圖2所示。

SpringMVC是一個(gè)基于DispatcherServlet的MVC框架，Spring3 MVC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，依賴于注解，遵循注解優(yōu)于配置的規(guī)則，具有很好的靈活性，很容易就可以寫出性能優(yōu)秀的程序[7]。

表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移（Representational State Transfer， REST）是一類針對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)模式，能夠大幅減小開(kāi)發(fā)復(fù)雜度，提高系統(tǒng)伸縮性[8]。數(shù)據(jù)端口同國(guó)網(wǎng)已經(jīng)確定的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)端口相同，在國(guó)網(wǎng)云投入應(yīng)用之后，本平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)可以同國(guó)網(wǎng)云數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接。

2 應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 將現(xiàn)有輸電運(yùn)檢機(jī)制由被動(dòng)巡視變?yōu)橹鲃?dòng)預(yù)警

依托全線路覆蓋的在線監(jiān)控裝置以及線路故障診斷裝置，實(shí)現(xiàn)了輸電線路風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)識(shí)別預(yù)警、故障自動(dòng)研判。核心設(shè)備為智能監(jiān)測(cè)終端，其具備多個(gè)可擴(kuò)展接口，可對(duì)線路通道、絕緣子、銷釘?shù)榷鄠€(gè)重要位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；同時(shí)可采集導(dǎo)線溫度、微氣象信息、桿塔傾斜度等數(shù)據(jù)，進(jìn)行回傳、聯(lián)動(dòng)等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)通道環(huán)境和桿塔本體的全面監(jiān)測(cè)。該設(shè)備支持短距離無(wú)線傳輸方式及有線通信方式，單卡4G全網(wǎng)通，支持貼片SIM卡或外置SIM卡，擁有一路RS 485，兩路433 MHz通信，一路WiFi，一路藍(lán)牙。該設(shè)備適用于地質(zhì)采空區(qū)、大風(fēng)區(qū)、覆冰區(qū)、凍土區(qū)等對(duì)通道及本體有綜合在線監(jiān)測(cè)需求的應(yīng)用場(chǎng)景。

通過(guò)采集和分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)啟動(dòng)相關(guān)監(jiān)控單元的拍照、視頻、錄像等功能，第一時(shí)間掌控現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)。發(fā)生線路故障時(shí)自動(dòng)分析故障方位、故障類型，并在后臺(tái)自動(dòng)生成檢修作業(yè)需要的物料、車輛以及人員配置，通過(guò)作業(yè)人員手機(jī)終端發(fā)送給個(gè)人，省去了人員的部分勞動(dòng)。同時(shí)還能避免檢修工將檢修器具遺落檢修現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題。

2.2 實(shí)現(xiàn)線上缺陷管控與閉環(huán)管理

本方案改變了輸電行業(yè)延續(xù)多年的人工線路巡視、手動(dòng)記錄缺陷、人工查找缺陷的現(xiàn)狀。利用作業(yè)人員人手一臺(tái)的智能終端，將作業(yè)人員同平臺(tái)相連，實(shí)現(xiàn)了對(duì)作業(yè)人員的實(shí)時(shí)管控。人員通過(guò)智能終端能實(shí)時(shí)了解線路基礎(chǔ)信息、故障信息、檢修作業(yè)信息等一系列內(nèi)容。平臺(tái)通過(guò)作業(yè)人員收集線路隱患信息、設(shè)備分析信息、檢修工作狀態(tài)信息等。系統(tǒng)內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)缺陷隱患庫(kù)，可對(duì)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)快速進(jìn)行缺陷隱患標(biāo)識(shí)分類、命名、自動(dòng)歸檔、智能判別。結(jié)合巡視人當(dāng)前的位置信息，在非作業(yè)區(qū)域，通過(guò)隨手拍功能選擇確認(rèn)附近對(duì)應(yīng)作業(yè)點(diǎn)，并通過(guò)圖片、文字、語(yǔ)音、短視頻的方式上報(bào)風(fēng)險(xiǎn)記錄。通過(guò)平臺(tái)與人、人與輸電設(shè)備的數(shù)據(jù)連通，使作業(yè)人員也成為了線路設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)終端。缺陷閉環(huán)管理界面如圖3所示。

2.3 RFID使用模式創(chuàng)新

將線路桿塔坐標(biāo)作為設(shè)備唯一編碼，作業(yè)人員通過(guò)終端設(shè)備靠近該坐標(biāo)100 m范圍內(nèi)就能實(shí)時(shí)獲取桿塔及金具各項(xiàng)信息。實(shí)現(xiàn)了RFID的所有功能，使每個(gè)坐標(biāo)都是獨(dú)一無(wú)二的編碼，無(wú)需在桿塔設(shè)備上粘貼RFID標(biāo)簽，為公司節(jié)省了大量資金。

2.4 整合電力故障區(qū)段定位

方案整合故障區(qū)段定位系統(tǒng)，將其核心部件故障區(qū)間檢測(cè)裝置安裝于輸電線路導(dǎo)線上，可以近距離地捕捉故障電流信號(hào)。

系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視器、數(shù)據(jù)中心、工作站點(diǎn)三部分構(gòu)成，三部分通過(guò)4G/5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，由數(shù)據(jù)中心提供實(shí)時(shí)網(wǎng)站查詢、短信查詢功能。

將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視器安裝在電力導(dǎo)線上，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路故障發(fā)生時(shí)刻的工頻故障電流信號(hào)，并將這些信號(hào)采集上傳到數(shù)據(jù)中心。監(jiān)視器還可對(duì)線路正常運(yùn)行信息和自身運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)時(shí)反映通信狀態(tài)、電源狀態(tài)、內(nèi)部工作溫度等信息。

數(shù)據(jù)中心是整個(gè)系統(tǒng)的信息樞紐，通過(guò)4G/5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)終端傳輸數(shù)據(jù)，接收相關(guān)監(jiān)測(cè)信息并下發(fā)相關(guān)控制信息。數(shù)據(jù)中心可對(duì)接收到的故障信息進(jìn)行診斷，將上傳信息和診斷結(jié)果存庫(kù)保存。數(shù)據(jù)中心還可為分布于各管理辦公室的工作站提供數(shù)據(jù)查詢服務(wù)，完成接收工作站控制指令并傳遞至現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視器等實(shí)時(shí)相關(guān)操作。

工作站設(shè)置于各管理辦公室，是系統(tǒng)人機(jī)交互的窗口，主要功能為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置、監(jiān)測(cè)信息查詢、診斷結(jié)果查詢以及分析報(bào)表和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)終端的控制設(shè)置。

3 應(yīng)用前景

現(xiàn)有國(guó)網(wǎng)公司輸電運(yùn)檢專業(yè)仍停留在人工線路巡視、手動(dòng)記錄缺陷、人工查找缺陷的階段。這些現(xiàn)狀表明，在智能運(yùn)檢蓬勃發(fā)展的大環(huán)境下，人力依然是輸電工作倚靠的主要力量[9-10]。如何解放人力，減少作業(yè)人員巡視、檢修、缺陷處理方面的壓力，使他們將精力用在改變檢修作業(yè)方法、提高作業(yè)效率上，是本項(xiàng)目重點(diǎn)解決的問(wèn)題。

技術(shù)上，平臺(tái)解決了現(xiàn)有各終端設(shè)備之間數(shù)據(jù)無(wú)法互聯(lián)互通的問(wèn)題，將物聯(lián)網(wǎng)模型下的感知層打通，通過(guò)統(tǒng)一協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳到平臺(tái)層進(jìn)行處理。將所有輸電設(shè)備編織成一張網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的運(yùn)檢分析方式。

本方案適用于全國(guó)各地市電力公司的輸電專業(yè)智能化管理，目前已在國(guó)網(wǎng)滄州供電公司落地應(yīng)用，并已實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)、故障診斷、智能巡視的全部功能。未來(lái)，該平臺(tái)計(jì)劃接入工作票無(wú)紙化、智能物料分配等模塊，真正實(shí)現(xiàn)輸電運(yùn)檢工作的一體化全過(guò)程管理，切實(shí)解決現(xiàn)有輸電專業(yè)人員匱乏、工作環(huán)節(jié)多、工作量大的實(shí)際問(wèn)題，減輕運(yùn)檢人員負(fù)擔(dān)。

4 結(jié) 語(yǔ)

輸電運(yùn)檢一體化系統(tǒng)方案是輸電運(yùn)檢工作向泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所邁出的重要一步，它對(duì)智能運(yùn)檢體系的進(jìn)一步建設(shè)、線路監(jiān)測(cè)預(yù)警資源的整合有著重要意義。未來(lái)項(xiàng)目可以將更多感知層數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)“一網(wǎng)多機(jī)，混合互聯(lián)”，改變運(yùn)維人員工作現(xiàn)狀，提高智能電網(wǎng)運(yùn)維水平。

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