姜國慶 魏勇 方強(qiáng)華等

摘 要：本文結(jié)合國家電網(wǎng)公司大檢修對特高壓變電站巡檢及運維的要求，進(jìn)行了特高壓變電站智能巡檢系統(tǒng)功能設(shè)計和軟件設(shè)計，定義了系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，對實現(xiàn)痕跡化管理的智能巡檢業(yè)務(wù)的實施過程進(jìn)行了分析，對系統(tǒng)軟硬件選型及數(shù)據(jù)庫建模設(shè)計進(jìn)行了說明。

關(guān)鍵詞：特高壓變電站；大檢修；巡檢移動作業(yè)終端；軟件設(shè)計

中圖分類號：TM319，TM769 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 引言（Introduction）

超（特）高壓變電站及輸電線路是電網(wǎng)的重要設(shè)備資產(chǎn)，對電網(wǎng)的運行安全及優(yōu)化設(shè)備的全生命周期成本具有重要影響，超（特）高壓變電站的巡檢需求不同于中低壓等級變電站，因為中低壓變電站目前普遍采用了無人值班方式，日常的設(shè)備巡檢通過在遠(yuǎn)方集控/調(diào)控中心借助于站內(nèi)安裝的SCADA、輔助控制系統(tǒng)來進(jìn)行遠(yuǎn)程巡檢和監(jiān)控[1]，通過SCADA系統(tǒng)測控裝置來實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)備告警接點形式的信息，通過輔助控制系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境、消防、視頻等信息的遠(yuǎn)程監(jiān)視[2]。超（特）高壓變電站目前還采用有人值班的運維方式，目前主要采用人工站內(nèi)巡檢的方式，部分有條件的變電站還開展了巡檢機(jī)器人的試點應(yīng)用[3，4]，人工巡檢方式采用原始的巡檢和記錄方法，需要大量的紙質(zhì)抄錄工作，且存在錯巡、漏巡等問題，科研單位和設(shè)備廠家開展了基于PDA巡檢終端及巡檢數(shù)據(jù)服務(wù)管理系統(tǒng)的電子巡檢方式的探索[5，6]，取得了一定的成效，但限于當(dāng)時的掌上電腦技術(shù)發(fā)展水平，大部分PDA都是基于Windows CE的手機(jī)類型終端，性能、信息錄入及操控方便性都非常差，導(dǎo)致基于PDA的巡檢方式實用性較差，基本沒得到推廣應(yīng)用。

本文將在分析“大檢修”模式下，變電站巡檢業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合變電站巡檢相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，采用新型工業(yè)平板電腦，以NFC方式實現(xiàn)巡檢設(shè)備的關(guān)聯(lián)標(biāo)識，形成變電站巡檢數(shù)據(jù)的“數(shù)據(jù)中心”，對巡檢非缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢性分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，提前對設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性保養(yǎng)和修試，對巡檢缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行缺陷分析，制定消缺方案，保障變電站設(shè)備及電網(wǎng)的安全運行。

2 業(yè)務(wù)分析（Business analyze）

國家電網(wǎng)公司對“大檢修”體系建設(shè)的核心就是運維一體化，對部分檢修和運行人員的業(yè)務(wù)進(jìn)行了融合，要求原來的運行人員要從事維護(hù)檢修、缺陷處理等工作，檢修人員要進(jìn)行設(shè)備巡檢、倒閘操作等工作。另外，特高壓UHV變電站都采用有人值班方式，各種巡檢記錄、維護(hù)記錄、運行日志等大量日常工作都在變電站現(xiàn)場手工完成。在運維一體模式下，特高壓變電站巡檢路程較遠(yuǎn)，把每個變電站所有記錄都移到運維班顯然不現(xiàn)實，在站內(nèi)逐項記錄效率太低，所有記錄都是保證安全的必要手段又不能刪減。在目前形勢下，應(yīng)設(shè)計開發(fā)一套適應(yīng)于超（特）高壓變電站的智能巡檢系統(tǒng)以解決短期內(nèi)快速培養(yǎng)一大批符合上述要求的復(fù)合型人才問題。

3 系統(tǒng)設(shè)計（System design）

超（特）高壓變電站智能巡檢軟件包括主站和巡檢移動作業(yè)終端兩個部分，主站采用“Oracle數(shù)據(jù)庫+Web應(yīng)用服務(wù)”的模式，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和巡檢業(yè)務(wù)的管理，以Web方式向管理人員提供應(yīng)用服務(wù)。巡檢移動作業(yè)終端采用C/S模式與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，向現(xiàn)場人員提供應(yīng)用支持。

3.1 功能模塊設(shè)計

超（特）高壓變電站智能巡檢軟件借助巡檢移動作業(yè)終端與智能巡檢主站平臺系統(tǒng)的協(xié)同工作，通過現(xiàn)場變電設(shè)備的NFC電子標(biāo)簽實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備和巡檢任務(wù)項的關(guān)聯(lián)，對運維人員日常巡檢痕跡、巡檢到位率進(jìn)行管控管理。

超（特）高壓變電站智能巡檢軟件具體包括三個主要功能模塊。

（1）巡檢任務(wù)書編制

通過對變電設(shè)備巡檢任務(wù)進(jìn)行梳理，在運維一體化平臺上面向變電站進(jìn)行例行巡檢、全面巡檢、特殊巡檢和夜間巡檢的任務(wù)書編制，形成標(biāo)準(zhǔn)化的巡檢作業(yè)任務(wù)書，該任務(wù)書具有作業(yè)指導(dǎo)書功能，由班組管理人員下達(dá)巡檢任務(wù)。

（2）巡檢任務(wù)執(zhí)行

巡檢人員通過登錄巡檢移動作業(yè)終端，經(jīng)過身份驗證后，從主站端下載巡檢任務(wù)書，執(zhí)行現(xiàn)場巡檢。在巡檢過程中，通過掃描變電設(shè)備NFC電子標(biāo)簽，巡檢移動作業(yè)終端會彈出相應(yīng)的巡檢項目，對沒有缺陷的巡檢項目進(jìn)行打勾確認(rèn)；對有缺陷的巡檢項目，進(jìn)行缺陷的記錄并拍照。如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)還有未巡檢點，則會告警提示，保證巡檢人員的巡檢到位。巡檢完成后，巡檢人員回到主控室，通過巡檢移動作業(yè)終端將巡檢結(jié)果提交到平臺上。

（3）巡檢結(jié)果審核

主站端在接收到巡檢人員提交的巡檢結(jié)果后，將其保存到歷史數(shù)據(jù)庫中。管理人員可以通過巡檢移動作業(yè)終端，也可以通過變電運維管理工作站以WEB網(wǎng)頁瀏覽方式進(jìn)行巡檢任務(wù)的審核監(jiān)督，可以對每次的巡檢任務(wù)進(jìn)行查看，對巡檢任務(wù)執(zhí)行的到位率進(jìn)行監(jiān)督；對巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行跟蹤處理，對紅外測溫、壓力值檢查、機(jī)構(gòu)動作次數(shù)等專項數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和統(tǒng)計。

特高壓變電站智能巡檢軟的具體業(yè)務(wù)功能模塊如圖1所示。

3.2 軟硬件選型設(shè)計

超（特）高壓變電站智能巡檢軟件系統(tǒng)主機(jī)選擇聯(lián)想ThinkServer TS540 S1225v3 4/5000機(jī)型、1顆CPU、型號為Xeon E3-1225 v3、主頻為3.2GHz、內(nèi)存為容量4G的DDR3、硬盤為500GB。該主機(jī)兼作數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，分別安裝Windows server操作系統(tǒng)、Oracle數(shù)據(jù)庫、Tomcat應(yīng)用服務(wù)器等基礎(chǔ)服務(wù)軟件。

超（特）高壓變電站智能巡檢軟件系統(tǒng)巡檢移動作業(yè)終端選擇操控性較好的xPAD系列平板電腦，具體選擇Asus/華碩 ME400C （64GB WIFI Win8平板電腦二合一）10寸平板電腦，支持電容屏操作方式，攝像頭800萬像素，內(nèi)嵌支持NFC接口，便于實現(xiàn)各項基于NFC的巡檢功能。移動作業(yè)終端上安裝智能巡檢軟件客戶端模塊。

3.3 數(shù)據(jù)庫建模設(shè)計

針對巡檢項目較多，內(nèi)容不一致，為便于業(yè)務(wù)表現(xiàn)，超（特）高壓變電站智能巡檢軟件采用數(shù)據(jù)信息模板的設(shè)計思想，通過構(gòu)建統(tǒng)一的模型，統(tǒng)一業(yè)務(wù)巡檢的表現(xiàn)形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)建模的統(tǒng)一管理，巡檢設(shè)備模板庫的建模和巡檢任務(wù)模板庫的建模如圖2所示。

（1）巡檢設(shè)備建模（設(shè)備模板庫）

變電站巡檢內(nèi)容以設(shè)備為對象，而設(shè)備又可以不依賴于具體的變電站而單獨存在，所以在進(jìn)行業(yè)務(wù)建模時，將設(shè)備作為獨立的主體進(jìn)行建模，即建立以設(shè)備為對象的巡檢模板。

以設(shè)備為對象，按照設(shè)備-組件-巡檢項目-基本操作的層次建模；例如巡檢項目正常，確認(rèn)打鉤；不正常，可能要有文本輸入、缺陷拍照等基本操作，數(shù)據(jù)庫建模關(guān)系如圖2（a）所示。

（2）巡檢任務(wù)建模（任務(wù)模板庫）

變電站巡檢任務(wù)的建模，是面向變電運維一體化作業(yè)平臺的建模，并不僅限于巡檢業(yè)務(wù)。當(dāng)向變電站中添加設(shè)備實例時，系統(tǒng)同時將設(shè)備的巡檢業(yè)務(wù)模型復(fù)制添加到變電站系統(tǒng)中。并面向變電站對設(shè)備模板進(jìn)行工程化實例，在實例化的過程中進(jìn)行項目的選擇。

而實例化后設(shè)備的子設(shè)備、組件、巡檢項目、基本操作的數(shù)據(jù)表分別以Component、PatrolWork、BasicOpt命名，數(shù)據(jù)表內(nèi)容在DevID之后增加BayID和SubstationID字段。巡檢任務(wù)建模關(guān)系如圖2（b）所示。

在完成面向變電站的巡檢設(shè)備建模之后，如何編制巡檢任務(wù)、巡檢任務(wù)格式定義和巡檢任務(wù)的派發(fā)，需要對這些進(jìn)行定義，為提高巡檢效率，管理者可面向指定的變電站，按照巡檢類別（正常巡檢、全面巡檢、夜間熄燈巡檢和特殊巡檢），預(yù)置各種巡檢任務(wù)書，系統(tǒng)可按照巡檢規(guī)程自動生成巡檢任務(wù)，也可以由管理者根據(jù)需要手動派發(fā)巡檢任務(wù)。

巡檢任務(wù)書的簡表存放在巡檢任務(wù)書數(shù)據(jù)表（PatrolMissBook）中，每個實際的巡檢任務(wù)書以XML格式文件存放在非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中，名字為PatrolMissBook_SubName_Type_Tag.xml。

3.4 軟件功能實現(xiàn)

超（特）高壓變電站智能巡檢軟件服務(wù)端開發(fā)采用J2EE技術(shù)體系，基于SSH（spring+struts+hibernate）開發(fā)框架，IDE采用idea，軟件開發(fā)完成后，打包部署到主機(jī)服務(wù)器的Tomcat 應(yīng)用軟件目錄。客戶端開發(fā)采用delphi技術(shù)，軟件開發(fā)完成后，部署到巡檢移動作業(yè)終端上。

巡檢移動作業(yè)終端客戶端和主機(jī)服務(wù)端的通信，物理上采用wifi技術(shù)實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)通信，基于servlet的web service技術(shù)實現(xiàn)客戶端和主機(jī)端的信息交互。

下面以巡檢卡作業(yè)功能的實現(xiàn)為例進(jìn)行說明。

如圖3中tag1所示，變電設(shè)備的巡檢項目是分類進(jìn)行的，執(zhí)行不同的巡檢項目需手動切換；如tag2所示，巡檢項目的狀態(tài)需要逐條確認(rèn)，如果正常，點擊【正?！堪粹o，如有缺陷，點擊【缺陷】按鈕，系統(tǒng)會彈出缺陷記錄窗口，如圖tag3所示，錄入缺陷記錄后，請點擊【保存】，如需對缺陷位置進(jìn)行拍照，點擊【拍照】按鈕，對缺陷的具體部位進(jìn)行拍照，這樣系統(tǒng)會將直觀的缺陷圖片連同缺陷記錄一起保存到巡檢結(jié)果中去。

當(dāng)完成當(dāng)前設(shè)備的巡檢項目后，點擊【完成】按鈕，系統(tǒng)會自動開啟NFC標(biāo)簽的掃描功能。巡檢人員走到下一個巡檢設(shè)備前，掃描該設(shè)備的NFC巡檢點標(biāo)簽，進(jìn)入下一個變電設(shè)備的巡檢任務(wù)中去。如此反復(fù)，即可逐個完成站內(nèi)所有變電設(shè)備的巡檢任務(wù)執(zhí)行。

對于特（超）高壓變電站，規(guī)模較大，巡檢設(shè)備較多，巡檢時間較長；如果在巡檢任務(wù)執(zhí)行過程中，需要瀏覽當(dāng)前巡檢任務(wù)的進(jìn)度，可以點擊【瀏覽】按鈕，進(jìn)入巡檢任務(wù)進(jìn)度的瀏覽界面，如圖4所示。

如圖4中tag1標(biāo)示當(dāng)前巡視的總體進(jìn)展情況，如巡視人員姓名、任務(wù)的巡視項目總數(shù)、已巡視項目個數(shù)和缺陷項目個數(shù)。系統(tǒng)還會按照間隔->設(shè)備逐一查看各個設(shè)備的巡視結(jié)果；如果只想查看缺陷項目，點擊位置tag2的【缺陷】按鈕，系統(tǒng)彈出缺陷管理界面，如圖5所示。

4 應(yīng)用情況（Application）

超（特）高壓變電站智能巡檢軟件系統(tǒng)已經(jīng)在國網(wǎng)1000kV交流特高壓輸變電工程中的1000kV南陽變電站得到實際應(yīng)用，該系統(tǒng)和變電站內(nèi)在運行的巡檢機(jī)器人協(xié)同配合，共同實現(xiàn)了特高壓變電站重要設(shè)備的詳細(xì)巡檢，大幅縮短了設(shè)備巡檢時間，提高了設(shè)備操作安全性，提升了運檢工作的規(guī)范化和精益化水平，巡檢趨勢性數(shù)據(jù)和缺陷數(shù)據(jù)都實時傳送到國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司的監(jiān)控中心，檢修專家可以遠(yuǎn)程對遠(yuǎn)方的變電站重要設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱形缺陷，及時消缺已知缺陷，保障電網(wǎng)運行安全。本軟件在各項功能完善后，計劃在河南電網(wǎng)檢修公司所屬的近50個500kV超高壓變電站推廣應(yīng)用。

5 結(jié)論（Conclusion）

本文結(jié)合國網(wǎng)公司“大運行”“大檢修”對超（特）高壓變電站巡檢的新要求，開發(fā)了“主機(jī)+巡檢移動作業(yè)終端”的適用于特高壓變電站的智能巡檢軟件系統(tǒng)，與原有的基于早期PDA方式實現(xiàn)的概念型電子巡檢系統(tǒng)相比，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操控更方便，巡檢效率大幅提升，巡檢數(shù)據(jù)匯聚到遠(yuǎn)方檢修公司的數(shù)據(jù)中心和遠(yuǎn)程專家會診中心，實現(xiàn)了巡檢數(shù)據(jù)的深度挖掘，是改變變電站設(shè)備從現(xiàn)有的“定檢”檢修模式向更智能、高效的“狀態(tài)檢修”模式的有力手段。本軟件系統(tǒng)已在國家電網(wǎng)重點工程交流1000kV特高壓工程南陽1000kV特高壓變電站得到成功應(yīng)用，有效提升了特高壓變電站的技術(shù)及運維管理水平，并隨著在500kV超高壓變電站的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，將發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)（References）

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作者簡介：

姜國慶（1972-），男，高級工程師.研究領(lǐng)域：電力系統(tǒng)變電站運維管理.

魏 勇（1973-），男，高級工程師.研究領(lǐng)域：變電站自動化產(chǎn)品研發(fā).

方強(qiáng)華（1971-），男，高級工程師.研究領(lǐng)域：電力系統(tǒng)變電站運維管理.

于 海（1971-），男，高級工程師.研究領(lǐng)域：電力系統(tǒng)生產(chǎn)管理.

楊東海（1973-），男，高級工程師.研究領(lǐng)域：變電站自動化產(chǎn)品研發(fā)管理.

張喬賓（1978-），男，工程師.研究領(lǐng)域：變電站自動化產(chǎn)品研發(fā).

梁向陽（1975-），男，工程師.研究領(lǐng)域：電力系統(tǒng)變電站運維管理.

王來軍（1975-），男，高級工程師.研究領(lǐng)域：電力系統(tǒng)變電站運維管理.