梁亞明，任明珠，譚 佳，邵長嶺

(1.國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799 ；2.上海運(yùn)邦信息科技有限公司，上海 201204)

電力物聯(lián)網(wǎng)概念的提出順應(yīng)了科技發(fā)展的趨勢(shì)潮流[1-3]，同時(shí)為安全管理科技創(chuàng)新提供了新的思路。當(dāng)前，電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的監(jiān)督管理創(chuàng)新應(yīng)用仍集中于被動(dòng)式的監(jiān)督管控，其手段也側(cè)重于視頻監(jiān)控[4-5]、作業(yè)組織實(shí)施的程式化管理，對(duì)于人員作業(yè)行為缺乏主動(dòng)性的引導(dǎo)，而這也是當(dāng)前安全管理的一大薄弱點(diǎn)。當(dāng)前的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)科技創(chuàng)新，傾向于智能巡檢[6-9]，而對(duì)于安全作業(yè)方面多傾向于裝置的革新，對(duì)于直接使用的工器具則側(cè)重工器具本身的管理而缺少對(duì)其使用的智能化控制[10-13]?；陔娏ξ锫?lián)網(wǎng)理念中萬物互聯(lián)思想，本本旨在通過UWB技術(shù)、RFID技術(shù)、視頻采集等對(duì)工器具及人的行為進(jìn)行綜合判斷，結(jié)合站內(nèi)作業(yè)安規(guī)要求的邏輯內(nèi)化，利用系統(tǒng)智能輔助、判斷及報(bào)警，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的主動(dòng)防御安全作業(yè)管理。

1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及組成

本文選取一座典型設(shè)計(jì)變電站作為試點(diǎn)，通過對(duì)變電站站內(nèi)相應(yīng)感知、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)和應(yīng)用的建設(shè)及開發(fā)，實(shí)現(xiàn)變電站安保、巡視、操作、檢修及搶修五種工作狀態(tài)下的主動(dòng)防御，并通過對(duì)傳統(tǒng)工器具加裝識(shí)別標(biāo)簽或開發(fā)新型工器具，結(jié)合安規(guī)中規(guī)定的操作邏輯，實(shí)現(xiàn)工器具規(guī)范操作的主動(dòng)監(jiān)督提醒、誤入帶電間隔等防誤功能，主動(dòng)式地開展現(xiàn)場(chǎng)安全管理。系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架

1.1 感知層

(1)站內(nèi)基站布置。按照每5 m2部署一個(gè)基站，基站主要用于采集人員的位置信息，通過位置判斷與帶電設(shè)備或布防設(shè)備的距離是否小于安全距離。

(2)視頻采集攝像頭。攝像頭主要用于與其他感知層設(shè)備聯(lián)動(dòng)，抓拍報(bào)警時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)畫面，在一些關(guān)鍵部位安裝帶圖像識(shí)別的攝像頭，開展直接防護(hù)工器具(接地線、絕緣手套、安全帽等人員作業(yè)時(shí)直接操作使用的安全工器具)的識(shí)別、人臉識(shí)別等。

(3)智能化的非直接防護(hù)類工器具。開發(fā)新型的非直接防護(hù)類(在人員作業(yè)中起到隔離、提醒等功能的紅白帶、擋板等工器具)的智能型工器具，如具備感應(yīng)檢測(cè)及通信告警功能的檢測(cè)裝置、紅白帶、帶聲光報(bào)警功能的絕緣擋板等，可以感知人員靠近并進(jìn)行通信、警報(bào)等。開發(fā)的此類工器具可通過磁鐵基座吸附至開關(guān)柜頂，從而對(duì)人員靠近開關(guān)柜進(jìn)行感知及限定；也可制作為立柱式，限定區(qū)域空間工作范圍。

1.2 網(wǎng)絡(luò)層

現(xiàn)場(chǎng)感知層設(shè)備之間通信以本地?zé)o線通信為主，現(xiàn)場(chǎng)與后臺(tái)服務(wù)器以光纖通信為主。

非直接防護(hù)類工器具通過當(dāng)?shù)責(zé)o線方式與本地網(wǎng)關(guān)通信，本體網(wǎng)關(guān)匯總數(shù)據(jù)后以光纖上傳至后臺(tái)服務(wù)器。定位數(shù)據(jù)與視頻數(shù)據(jù)通過4G路由器上傳至后臺(tái)服務(wù)器。

1.3 平臺(tái)層

平臺(tái)層主要包含管理平臺(tái)和數(shù)據(jù)平臺(tái)兩部分內(nèi)容。數(shù)據(jù)平臺(tái)以目前流行的開源數(shù)據(jù)庫為主，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分發(fā)。管理平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)前端感知層設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，如參數(shù)設(shè)置，命令下發(fā)等。

1.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層包含三套應(yīng)用：基于三維的變電站主動(dòng)防御系統(tǒng)；移動(dòng)掌機(jī)App應(yīng)用；工器具管理及操作邏輯計(jì)算軟件。

1.5 體系建設(shè)技術(shù)方案

變電站內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)布置一臺(tái)空間計(jì)算服務(wù)器，用于計(jì)算定位數(shù)據(jù)；一臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)工器具管理及操作邏輯計(jì)算、一臺(tái)WEB服務(wù)器實(shí)現(xiàn)B/S架構(gòu)的三維實(shí)景展示和功能應(yīng)用，以三維實(shí)景建模[14-15]，實(shí)現(xiàn)PC瀏覽器端集中監(jiān)控中心、移動(dòng)端作業(yè)監(jiān)控和應(yīng)用。系統(tǒng)以三維實(shí)景平臺(tái)為基礎(chǔ)，所有功能及展示頁面，在三維立體模型的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了安管管控人員管理、電力作業(yè)業(yè)務(wù)模式管理、電力作業(yè)工器具管理、安全防護(hù)工序邏輯控制、數(shù)據(jù)可視化等業(yè)務(wù)功能，見圖2及圖3。

圖2 系統(tǒng)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖3 系統(tǒng)功能

2 站內(nèi)全域作業(yè)防護(hù)的實(shí)現(xiàn)

2.1 工器具的識(shí)別及智能化

2.1.1 直接防護(hù)及操作類工器具的可識(shí)別化

直接防護(hù)及操作類工器具因可能承壓、承重或接觸高壓，對(duì)其力學(xué)及絕緣性能等都有較高的要求。此類工器具可通過為其添加額外的電子識(shí)別標(biāo)簽，如安全帽、接地線接地端、導(dǎo)體端貼上UWB定位標(biāo)簽，通過感應(yīng)或視頻裝置對(duì)工器具進(jìn)行識(shí)別，輔以站內(nèi)定位技術(shù)，可以對(duì)工器具的移動(dòng)予以判斷。

2.1.2 間接防護(hù)工器具的智能化

傳統(tǒng)的間接防護(hù)工器具如紅白帶、絕緣擋板、硬隔離圍欄等工器具，在現(xiàn)場(chǎng)主要起隔絕、警示、提醒的作用，但工器具自身不能起到自身報(bào)警的功能?？蛇\(yùn)用紅外感應(yīng)、NFC感應(yīng)、人體感應(yīng)等技術(shù)對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的隔離、警示類的紅白帶、絕緣擋板、硬隔離圍欄等傳統(tǒng)工器具進(jìn)行升級(jí)改造，輔以物聯(lián)網(wǎng)通信功能，則可以實(shí)現(xiàn)此類工器具的聯(lián)接，進(jìn)而結(jié)合軟件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的完成。

(1)開關(guān)柜感應(yīng)檢測(cè)防御裝置。可利用紅外感應(yīng)、NFC感應(yīng)、人體感應(yīng)等技術(shù)研制放置于開關(guān)柜柜面的反應(yīng)檢測(cè)裝置，對(duì)接近的人員進(jìn)行感知，如果為非法則提供聲光報(bào)警，也可通過通信實(shí)現(xiàn)對(duì)此類防御裝置的遠(yuǎn)程控制。此類防御裝置不接觸柜體的電磁及機(jī)械部件，設(shè)備的安裝可采用磁吸式方式，裝置本身使用具備通信告警功能的智能紅白帶提供臨時(shí)性、可移動(dòng)性隔離防護(hù)提醒的裝置。可通過光對(duì)準(zhǔn)等技術(shù)，提供對(duì)一定區(qū)域范圍進(jìn)行圍欄保護(hù)的裝置，可以對(duì)接近的人員進(jìn)行預(yù)警和進(jìn)一步的聲光報(bào)警。

(2)具備通信告警功能的智能紅白帶。提供臨時(shí)性、可移動(dòng)性隔離防護(hù)提醒的裝置?？赏ㄟ^光對(duì)準(zhǔn)等技術(shù)，提供對(duì)一定區(qū)域范圍進(jìn)行圍欄保護(hù)的裝置，可以對(duì)接近的人員進(jìn)行預(yù)警和進(jìn)一步的聲光報(bào)警。

(3)帶聲光報(bào)警功能的絕緣擋板。提供對(duì)開關(guān)柜的斷路器抽出后的空倉進(jìn)行保護(hù)的一種裝置，可以對(duì)接近的人員進(jìn)行預(yù)警。

2.2 三維立體模擬防護(hù)

通過UWB室內(nèi)定位及高清攝像裝置，對(duì)變電站站內(nèi)物理空間實(shí)現(xiàn)全域、全要素設(shè)備空間信息監(jiān)控防護(hù)，對(duì)操作、檢修、搶修、參觀或非法入侵的各類人員的行為動(dòng)作態(tài)勢(shì)感知，并根據(jù)其角色和作業(yè)權(quán)限判斷，根據(jù)其角色區(qū)分許可區(qū)域和禁入?yún)^(qū)域、許可操作設(shè)備對(duì)象和禁止設(shè)備對(duì)象，預(yù)判其行為態(tài)勢(shì)，對(duì)可能的非法進(jìn)入、非法操作或操作邏輯違規(guī)等進(jìn)行態(tài)勢(shì)預(yù)警。

2.2.1 作業(yè)安全防御模式

系統(tǒng)提供安保模式、巡視模式、檢修模式、操作模式、搶修模式等五種工作模式進(jìn)行流程化、自動(dòng)布防的主動(dòng)安全防御監(jiān)控。系統(tǒng)運(yùn)行模式的切換，由具有操作權(quán)限的角色進(jìn)行切換，在任一工作模式下，不同的角色可在流程中相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)具有不同的操作權(quán)限。通過對(duì)智能工器具的使用，從而對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行布防。

(1)安保模式，即在沒有巡視、操作、檢修、搶修等作業(yè)的情況下，系統(tǒng)處于一個(gè)全方位、全空域防御狀態(tài)，變電站物理邊界、站內(nèi)設(shè)備幕簾式檢測(cè)裝置、虛擬電子圍欄、視頻監(jiān)控等所有防御措施，均處于布防狀態(tài)，對(duì)變電站范圍內(nèi)所有非法行為進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警的狀態(tài)。

(2)巡視模式，即在開展變電站巡視作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)所處的防御模式。此模式下，相關(guān)安全防御裝置處于巡視狀態(tài)，偵測(cè)并記錄工作人員巡視路徑及動(dòng)作，監(jiān)測(cè)巡視工作到位情況，并根據(jù)人員對(duì)設(shè)備的巡視覆蓋情況、設(shè)備前逗留時(shí)間、工器具使用等情況對(duì)人員巡視質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分。

(3)操作模式，是操作人員對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行停電、驗(yàn)電、接地、懸掛標(biāo)示牌或裝設(shè)遮欄等操作時(shí)，系統(tǒng)相關(guān)防御檢測(cè)裝置及虛擬電子圍欄所處于的防御狀態(tài)。操作人員可將系統(tǒng)由安保模式設(shè)置為操作模式，系統(tǒng)根據(jù)操作設(shè)備對(duì)象所在區(qū)域自動(dòng)設(shè)定非防御區(qū)域和防御區(qū)域，并在后臺(tái)系統(tǒng)形成記錄。操作設(shè)備左右兩側(cè)幕簾式防御裝置，處于鄰近模式防御狀態(tài)，工作人員接近時(shí)形成的提醒或報(bào)警，攝像頭跟隨，實(shí)時(shí)監(jiān)控檢修行為。分析操作人員行為動(dòng)作，工器具識(shí)別及操作邏輯順序，實(shí)現(xiàn)操作過程中工序內(nèi)在邏輯安全控制。操作結(jié)束后，提供工器具核對(duì)功能，避免工器具遺忘。

(4)檢修模式，由工作許可人進(jìn)行安措布置，工作負(fù)責(zé)人對(duì)安全措施確認(rèn)后，將系統(tǒng)切換進(jìn)入檢修狀態(tài)。以開關(guān)檢修為例，檢修設(shè)備所在柜體幕簾式安全防御裝置撤防，檢修設(shè)備兩側(cè)、后側(cè)的非檢修設(shè)備柜體的幕簾式安全防御裝置處于鄰近模式布防狀態(tài)，其他設(shè)備所在柜體幕簾式安全防御裝置正常布防。

根據(jù)需要，布置立柱式安全防御裝置(立柱式物聯(lián)網(wǎng)紅白帶)或磁吸式安全防御裝置(磁吸式物聯(lián)網(wǎng)紅白帶)，對(duì)檢修設(shè)備鄰近的左右兩側(cè)、后側(cè)等其他帶電設(shè)備，形成物理防御空間，禁止靠近或侵入。根據(jù)需要，對(duì)拉出手車的開關(guān)倉，布置物聯(lián)網(wǎng)安全防御絕緣擋板，并使其處于鄰近模式防御狀態(tài)，形成物理保護(hù)平面，禁止靠近或侵入。

(5) 搶修模式，可視為操作及檢修模式的疊加，只是在人員權(quán)限流程上予以調(diào)整。

2.2.2 安全規(guī)程邏輯防誤

依照站內(nèi)作業(yè)安全規(guī)程，借助防御裝置、標(biāo)簽、視頻、室內(nèi)定位交叉立體防護(hù)監(jiān)控網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)停電、驗(yàn)電、放電、接地、作業(yè)、拆除接地線等過程的邏輯工序進(jìn)行監(jiān)控，防止誤操作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)在驗(yàn)電器、放電棒、接地線接地端、接地線導(dǎo)體端、站內(nèi)接地端分別設(shè)置電子標(biāo)簽，通過標(biāo)簽定位檢測(cè)各工具位移情況，結(jié)合視頻圖像識(shí)別各工器具，雙重技術(shù)識(shí)別工器具及其使用先后順序，達(dá)到檢測(cè)掛接接地線的工作先后邏輯是否正確的目的，未使用或順序不正確時(shí)系統(tǒng)會(huì)給予報(bào)警[16]。

以接地線掛接為例，其判斷邏輯順序如下。

(1)圖像識(shí)別出驗(yàn)電器工具，同時(shí)驗(yàn)電器標(biāo)簽位置移動(dòng)，動(dòng)作上靠近停電設(shè)備，判定為已驗(yàn)電。

(2)圖像識(shí)別出放電棒工具，同時(shí)放電棒標(biāo)簽位置移動(dòng)，動(dòng)作上靠近停電設(shè)備，此時(shí)系統(tǒng)檢查是否已完成驗(yàn)電過程，若前期已完成了驗(yàn)電過程，則判定為放電，否則給予報(bào)警提示。

(3)圖像識(shí)別出接地線工具，同時(shí)接地線接地端標(biāo)簽位置移動(dòng)，接地線接地端標(biāo)簽與站內(nèi)接地端靠近或重合，此時(shí)系統(tǒng)檢查是否已完成驗(yàn)電、放電過程，若前期已完成了驗(yàn)電、放電，則判定為接、接地線接地端，否則給予報(bào)警提示。

(4)圖像識(shí)別出接地線工具，同時(shí)接地線導(dǎo)體端標(biāo)簽位置移動(dòng)，接地線導(dǎo)體端標(biāo)簽與接地端標(biāo)簽具有高度差，動(dòng)作上靠近停電設(shè)備，此時(shí)系統(tǒng)檢查是否已完成驗(yàn)電、放電、接、接地端過程，若前期已完成了驗(yàn)電、放電、接、接地端，則判定為掛接接接地線導(dǎo)體端，否則給予報(bào)警提示。

具體邏輯流程見圖4。

圖4 掛接地線的邏輯

2.2.3 安全帶的佩戴

站內(nèi)高處作業(yè)，則可以在人員的安全帽、安全帶的雙保險(xiǎn)掛鉤上張貼識(shí)別標(biāo)簽，通過站內(nèi)UWB定位輔以視頻識(shí)別判斷人員工作位置離地面達(dá)到1.5 m后，則發(fā)出使用安全帶的告警提醒。若人員使用安全帶，則通過視頻采集裝置捕捉雙保險(xiǎn)掛鉤是否至少有一個(gè)掛鉤與其他支持物直接接觸，在最終達(dá)到作業(yè)平臺(tái)后，則通過UWB實(shí)現(xiàn)掛鉤標(biāo)簽與安全帽標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)空間位置的比較，如掛鉤標(biāo)簽低于安全帽標(biāo)簽位置，則提示安全帶低掛高用，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，提醒作業(yè)人員糾正。

2.3 工器具遺忘檢查

根據(jù)工作開展前工具檢查內(nèi)容，在工作結(jié)束后，檢查工器具帶出情況，避免遺忘，確保送電前所有的工器具均已離開主設(shè)備范圍。

3 結(jié)語

在國家電網(wǎng)公司“建設(shè)具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”戰(zhàn)略目標(biāo)下，電網(wǎng)安全運(yùn)行、精益化管理要求更高。本文實(shí)現(xiàn)了變電站主動(dòng)防御體系的建立，提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全防御的智能化水平。該體系的成功實(shí)施，可以為其他變電站站內(nèi)主動(dòng)安全防御體系提供標(biāo)桿和借鑒意義在推廣應(yīng)用后，可以極大地提高變電專業(yè)站內(nèi)安全生產(chǎn)作業(yè)管控和智能化水平。