中電大豐風(fēng)力發(fā)電有限公司 楊成虎 曹少春 卞 俊

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，升壓站數(shù)量越來越多，升壓站內(nèi)設(shè)備種類也越來越多。變電站巡檢是一項(xiàng)日常工作，主要目的是保證設(shè)備的運(yùn)行安全，防止設(shè)備事故發(fā)生?，F(xiàn)有的巡檢方式存在巡檢不到位、巡檢人員工作效率低等問題，已不能滿足變電站的發(fā)展要求?；贕IS 和GPS 技術(shù)的可視化巡檢系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)設(shè)備巡視和故障定位，以數(shù)字化方式對(duì)變電站運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過提高巡檢人員工作效率，解決巡視人員工作強(qiáng)度大、工作環(huán)境差等問題，實(shí)現(xiàn)變電站故障提前預(yù)判、預(yù)警。本文主要介紹了一種220kV 升壓站可視化巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用與研究[1]。

1 變電站可視化巡檢系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力設(shè)備數(shù)量迅速增長(zhǎng)，如何保證電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行是電力部門亟須解決的問題。當(dāng)前在國(guó)內(nèi)，傳統(tǒng)變電站的巡檢方式不僅存在工作量大、效率低、人員緊張、安全隱患等問題，而且對(duì)巡檢人員的專業(yè)技能要求較高，存在一定程度上的人力資源浪費(fèi)。在智能電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新與開發(fā)背景下，基于智能終端和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變電站可視化巡檢系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。通過將GIS系統(tǒng)與智能終端、無線傳輸?shù)任锫?lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，提高了變電站巡檢工作效率和巡檢人員專業(yè)技能水平，有效降低了變電站運(yùn)行維護(hù)成本。

1.1 需求分析

傳統(tǒng)的變電站巡檢方式主要是人工操作，人工記錄，巡檢人員不能及時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)變化情況，如此不僅會(huì)造成數(shù)據(jù)記錄的滯后性，還會(huì)導(dǎo)致變電站運(yùn)行過程中出現(xiàn)一些人為因素，如人為操作失誤等情況，進(jìn)而造成設(shè)備故障。另外，人工記錄巡檢數(shù)據(jù)的方式還會(huì)造成巡檢不到位的現(xiàn)象，存在一定程度上的安全隱患。為有效解決上述問題，電力企業(yè)要基于GIS 系統(tǒng)和智能終端技術(shù)的變電站可視化巡檢系統(tǒng)方案，通過對(duì)GIS 系統(tǒng)功能模塊的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備信息的錄入、查詢、修改和刪除等操作，對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行可視化管理，同時(shí)結(jié)合智能終端設(shè)備，將巡檢數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到服務(wù)器上，便于管理人員及時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)變化情況[2]。

1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于GIS 和GPS 技術(shù)，采用B/S 模式。變電站可視化巡查系統(tǒng)主要由GIS 管理平臺(tái)、巡檢管理平臺(tái)和移動(dòng)端App 三部分組成。GIS 管理平臺(tái)通過GIS 軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站的信息管理、視頻監(jiān)控以及應(yīng)急預(yù)案等功能；巡檢管理平臺(tái)通過智能巡檢App 實(shí)現(xiàn)了對(duì)巡檢人員的智能派工、設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控以及故障預(yù)警等功能；移動(dòng)端App 則采用B/S模式，通過手機(jī)客戶端軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的可視化巡檢以及故障預(yù)警等功能。系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：一是通過GIS 實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息管理。二是采用B/S 模式，移動(dòng)端App 通過服務(wù)器端配置下發(fā)數(shù)據(jù)，無須客戶端支持。三是設(shè)備故障預(yù)警功能。

1.3 系統(tǒng)運(yùn)行原理

在系統(tǒng)中，每一個(gè)巡檢工作人員都有一個(gè)唯一的身份識(shí)別碼，并且在系統(tǒng)中有一個(gè)唯一的身份識(shí)別碼與巡檢任務(wù)相對(duì)應(yīng)，當(dāng)巡檢任務(wù)執(zhí)行時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)掃描設(shè)備上的RFID 電子標(biāo)簽，并將掃描到的信息通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控中心。當(dāng)巡檢人員的巡檢工作結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)將巡檢結(jié)果與電子標(biāo)簽信息進(jìn)行對(duì)比，并將巡檢結(jié)果通過無線網(wǎng)絡(luò)傳至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心可根據(jù)管理需要設(shè)置巡檢點(diǎn)和巡檢路線等信息，并對(duì)各巡檢工作人員的工作情況進(jìn)行記錄。系統(tǒng)還可根據(jù)設(shè)定的條件自動(dòng)判斷巡檢人員是否到崗，并發(fā)出預(yù)警通知。

2 變電站可視化巡檢系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)概述

變電站巡檢工作是變電站運(yùn)維工作的重要組成部分，傳統(tǒng)的變電站巡檢方式是通過人工巡檢，通過記錄設(shè)備的巡檢數(shù)據(jù)來分析設(shè)備出現(xiàn)故障的原因和及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，但存在較多缺點(diǎn)：一是人力成本高、效率低、安全性差；二是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、巡檢過程無法實(shí)時(shí)監(jiān)控；三是數(shù)據(jù)記錄不完整、不準(zhǔn)確，無法及時(shí)進(jìn)行分析和處理；四是人工記錄數(shù)據(jù)易出錯(cuò)、記錄時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)困難；五是無法及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行及健康狀況。

為了解決上述問題，要將人工智能技術(shù)引入變電站巡檢管理中，通過在變電站內(nèi)部署智能巡檢機(jī)器人，對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行可視化巡檢，采用人工智能技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和分析，可實(shí)現(xiàn)缺陷診斷、智能巡檢、異常告警、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等功能，并可通過App 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)查看和分析，及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀況、及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患和缺陷，提高設(shè)備運(yùn)維管理效率。

2.2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)功能主要有以下幾個(gè)方面：一是實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站的各個(gè)區(qū)域，包括人員、設(shè)備等，可通過手機(jī)App 或電腦端查看；二是紅外測(cè)溫?？赏ㄟ^手機(jī)App 或電腦端查看設(shè)備溫度等信息；三是智能巡檢機(jī)器人。巡檢人員可以通過手機(jī)App 或電腦端查看機(jī)器人的工作狀態(tài)和巡檢路線等信息；四是智能分析管理?？赏ㄟ^智能分析管理模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)分析和管理；五是設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)報(bào)警。通過設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)報(bào)警。

圖1 系統(tǒng)的功能

2.3 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

一是遠(yuǎn)程可視化的巡檢方式，提升了變電站巡檢的效率和質(zhì)量，減少了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了運(yùn)行維護(hù)成本；二是提高了變電站運(yùn)維管理水平，可以有效地預(yù)防事故，降低事故發(fā)生的頻率；三是系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)分析等功能，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供可靠依據(jù)；四是系統(tǒng)具有高精度的定位功能，可在設(shè)備故障發(fā)生前識(shí)別故障點(diǎn)、提前預(yù)警，做到早預(yù)防、早控制；五是系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。通過將人工智能技術(shù)與變電站運(yùn)維管理相結(jié)合，不僅可以減少工作人員的工作量，還可以對(duì)變電站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常情況，提前做好預(yù)防措施。

同時(shí)，基于人工智能技術(shù)的變電站可視化巡檢系統(tǒng)將變電站巡檢工作簡(jiǎn)單化、自動(dòng)化、智能化，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)集中化、數(shù)據(jù)分析智能化、預(yù)警響應(yīng)一體化，并構(gòu)建了多層次的電網(wǎng)運(yùn)維管理體系，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供更加可靠和高效的保障[3]。

3 GIS 與GPS 相結(jié)合的變電站巡檢系統(tǒng)

3.1 GIS 與GPS 技術(shù)在變電站巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用

我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，變電站的數(shù)量和規(guī)模都在迅速擴(kuò)大，而變電站作為整個(gè)電力系統(tǒng)的重要組成部分，其設(shè)備狀態(tài)的好壞直接影響著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因此，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備運(yùn)行過程中存在的問題，須及時(shí)進(jìn)行處理，采用GPS 技術(shù)進(jìn)行變電站巡檢具有重要意義。然而由于GPS 在戶外工作時(shí)，受各種天氣因素和人為因素的影響，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地定位。

所以將GIS 系統(tǒng)與GPS 相結(jié)合實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)變電站巡檢過程進(jìn)行定位和記錄是必要而又可行的，利用GIS 系統(tǒng)對(duì)GPS 進(jìn)行定位時(shí)，要通過衛(wèi)星定位和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸兩種方式將GPS 的位置信息傳送給GIS 服務(wù)器，然后GIS 服務(wù)器再通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送給GIS 終端。要把采集到的GPS 原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給GIS 服務(wù)器，在GIS 服務(wù)器中將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來。當(dāng)巡檢人員完成巡檢工作時(shí)，要把采集到的GPS 原始數(shù)據(jù)和巡檢表通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)紾IS 服務(wù)器中，將采集到的巡檢表內(nèi)容保存下來。

此外，采用RFID 射頻識(shí)別技術(shù)和衛(wèi)星定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)設(shè)備巡視和故障定位，通過手機(jī)App 將巡檢點(diǎn)和巡視內(nèi)容上傳至服務(wù)器，通過后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析；結(jié)合GIS 地圖可視化操作界面，能實(shí)現(xiàn)巡檢點(diǎn)與巡視線路的定位操作，將信息發(fā)送至終端設(shè)備；采用GPS 衛(wèi)星定位技術(shù)可實(shí)現(xiàn)定位跟蹤、導(dǎo)航數(shù)據(jù)的獲取，利用GIS 系統(tǒng)將所獲得的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障點(diǎn)快速定位、故障原因及部位分析、歷史運(yùn)行軌跡查詢等功能。

3.2 系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)

系統(tǒng)主要由服務(wù)器端和客戶端兩部分組成，服務(wù)器端由通信設(shè)備和GIS 軟件構(gòu)成，客戶端由無線數(shù)據(jù)終端、GPS 定位終端和控制中心組成。其中，通信設(shè)備主要負(fù)責(zé)與服務(wù)器端的通信，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行；GIS 軟件主要負(fù)責(zé)對(duì)巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和查詢；控制中心通過GPS 定位終端實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢數(shù)據(jù)的定位，將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。此外，控制中心可以通過無線數(shù)據(jù)終端對(duì)變電站進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的監(jiān)控[4]。系統(tǒng)功能主要包括以下幾方面。

一是變電站巡檢管理。在GIS 系統(tǒng)中設(shè)置變電站的相關(guān)信息，并將其顯示在屏幕上；二是設(shè)備信息管理。利用GIS 系統(tǒng)將巡檢設(shè)備信息和所巡檢設(shè)備的詳細(xì)信息錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中；三是巡檢任務(wù)管理。對(duì)巡檢任務(wù)進(jìn)行分配，并根據(jù)每個(gè)任務(wù)的不同要求設(shè)定不同的巡檢方式和完成時(shí)間；四是巡檢過程管理。對(duì)巡檢人員進(jìn)行身份驗(yàn)證，并根據(jù)巡檢內(nèi)容的不同的權(quán)限；五是報(bào)表分析功能。通過分析巡檢數(shù)據(jù)報(bào)表，了解設(shè)備運(yùn)行情況、存在問題以及處理情況；六是日志管理功能。根據(jù)巡檢人員提出的要求自動(dòng)生成相應(yīng)的日志，以供日后查閱。

GIS 系統(tǒng)與GPS 相結(jié)合的變電站巡檢系統(tǒng)將GIS、GPS 和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效地結(jié)合起來，既能有效地利用GPS 在戶外工作時(shí)受天氣因素和人為因素的影響較大這個(gè)缺陷，又能充分利用GIS 的數(shù)據(jù)管理功能對(duì)變電站設(shè)備的狀態(tài)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、管理和維護(hù)，同時(shí)還能在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)及時(shí)地將故障信息傳遞給相關(guān)人員，從而使相關(guān)人員能夠在第一時(shí)間掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況，作出合理的判斷和處理，提高變電站設(shè)備故障處理效率。

因此，在變電站設(shè)備巡檢過程中加入GIS 系統(tǒng)與GPS 相結(jié)合這一技術(shù)后，能夠有效地提高變電站設(shè)備故障處理效率、節(jié)約成本，使電力系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定、可靠[5]。

3.3 系統(tǒng)的工作流程

變電站設(shè)備巡檢工作的開展是保證變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，為保證巡檢工作的順利進(jìn)行，GIS與GPS 相結(jié)合的變電站巡檢系統(tǒng)，必須建立在巡檢工作全過程監(jiān)控和管理的基礎(chǔ)上。若想保證GIS 系統(tǒng)與GPS 相結(jié)合的變電站巡檢系統(tǒng)能正常運(yùn)行，必須建立起一套完善、可靠的巡視制度，包括檢查制度和管理制度是保證巡檢點(diǎn)、路線可靠運(yùn)行的前提條件。

根據(jù)變電站巡檢工作的實(shí)際需要，結(jié)合GIS 系統(tǒng)和GPS 技術(shù)特點(diǎn)，變電站巡檢系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：GIS 系統(tǒng)、GPS 設(shè)備、巡檢點(diǎn)、巡檢員。GIS 系統(tǒng)：GIS 是由地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、地圖服務(wù)及管理程序組成。利用地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)為GIS 系統(tǒng)提供了豐富的地圖資源和數(shù)據(jù)資源；利用地圖服務(wù)程序?yàn)镚IS 系統(tǒng)提供了地理信息管理，包括：數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形對(duì)象、空間操作對(duì)象及屬性對(duì)象等功能。

4 結(jié)語

總之，設(shè)計(jì)開發(fā)的變電站可視化巡檢系統(tǒng)，能夠通過在變電站內(nèi)部署RFID 智能標(biāo)簽，對(duì)巡檢過程中的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備的可視化、智能化管理。但目前所設(shè)計(jì)開發(fā)的變電站可視化巡檢系統(tǒng)還存在一些不足之處，例如在系統(tǒng)集成和設(shè)備布置方面有待進(jìn)一步改進(jìn)。因此，要不斷完善系統(tǒng)功能，加強(qiáng)與GIS 系統(tǒng)的融合，以提高系統(tǒng)的可用性。