基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的變電站智能檢修報警系統(tǒng)設(shè)計

司小慶李文書張志朋郭 新畢宏圖

（1.國網(wǎng)南京供電公司，南京 210019；2.國網(wǎng)天津濱海供電公司，天津 300450）

基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的變電站智能檢修報警系統(tǒng)設(shè)計

司小慶1李文書1張志朋2郭 新2畢宏圖2

（1.國網(wǎng)南京供電公司，南京 210019；2.國網(wǎng)天津濱海供電公司，天津 300450）

本文針對變電站的檢修特點，需要設(shè)定圍欄、標牌，專責人員監(jiān)護，檢修人員的主觀意識對檢修安全產(chǎn)生隱患，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能檢修報警系統(tǒng)的設(shè)計方案。參照物聯(lián)網(wǎng)四層架構(gòu)體系從感知層到應(yīng)用層對系統(tǒng)進行了設(shè)計，感知層采用激光傳感技術(shù)、振動檢測技術(shù)代替圍欄；傳輸層采用網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)系統(tǒng)上下層信息交換；服務(wù)層提供變電站裝置分布模板，檢修任務(wù)模板等多種數(shù)據(jù)庫；應(yīng)用層在人機交互較好的 Android平臺實現(xiàn)。本系統(tǒng)實現(xiàn)了變電站檢修的專業(yè)化、智能化，提高了檢修工作的工作效率，使檢修人員更加安全。

變電站檢修；物聯(lián)網(wǎng)；激光傳感；人機交互

目前，防止運維人員走錯間隔、誤碰、誤動、誤操作事故的措施主要有，規(guī)范操作、圍欄隔離、掛牌提示等。在維護、檢修過程中，必須嚴格遵守《電業(yè)安全工作規(guī)程》中的收發(fā)工作票制度[1]以及工作許可人、工作負責人必須到現(xiàn)場的規(guī)定。這些規(guī)程很全面的規(guī)范了檢修人員的活動范圍以及操作過程，但這些全部都是建立在檢修人員主觀能動性基礎(chǔ)上的，另外設(shè)置圍欄掛牌提示了現(xiàn)場的勞動強度。

采用智能檢修報警系統(tǒng)，在現(xiàn)場布置好檢測終端后，紅色激光能設(shè)置虛擬圍欄[2]，檢修時就不用設(shè)置圍欄；振動檢測終端針對單裝置檢測振動，在區(qū)域中劃分出勿動裝置；通過客戶端可以方便的設(shè)置檢修區(qū)域、報警數(shù)據(jù)統(tǒng)計。該系統(tǒng)提升了變電站檢修的工作效率；最重要的是采用硬件設(shè)備管理檢修工作，彌補了因工作人員主觀因素產(chǎn)生錯誤的漏洞。當工作人員誤入?yún)^(qū)域時，檢測終端設(shè)備發(fā)出聲光報警，提示誤入人員離開危險區(qū)域，并及時將報警信息傳遞給監(jiān)督人員。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)四層架構(gòu)體系，系統(tǒng)由下至上分別由感知層、傳輸層、服務(wù)層、應(yīng)用層構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)[3]如圖1所示。

圖1 變電站智能檢修管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

感知層主要獲取誤入、誤動告警信息，在變電站的墻體和設(shè)備上安裝激光感應(yīng)裝置，柜體上安裝振動檢測裝置，終端檢測參數(shù)見表 1。這些告警感應(yīng)端均有WiFi模塊[4]，WiFi通信特點是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播，不用考慮布線問題，方便安裝。

表1 終端檢測傳輸數(shù)據(jù)

傳輸層主要設(shè)備為網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)具有較強的硬件支撐，是系統(tǒng)上下層的交換樞紐。它向下通過WiFi與檢測終端設(shè)備相連，然后將所有檢測設(shè)備信息打包再與客戶端通信，與客戶端的通信方式也采用WiFi。網(wǎng)關(guān)每200ms將每個檢測模塊的信息采集一遍進行打包，傳輸給客戶端；客戶端將告警管理信息、檢修區(qū)域管理信息等設(shè)置管理信息通過網(wǎng)關(guān)發(fā)送給檢測終端。

服務(wù)層主要對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進行處理、存儲，為上層應(yīng)用建立一個高效，可靠的技術(shù)支撐平臺，服務(wù)層的主要包括變電站裝置分布數(shù)據(jù)庫、檢修模式數(shù)據(jù)庫和告警解析數(shù)據(jù)庫。變電站裝置分布數(shù)據(jù)庫提供了一些典型變電站裝置分布模板，經(jīng)過簡單的修改即可應(yīng)用到一個新的變電站中；檢修樣式數(shù)據(jù)庫總結(jié)常用檢修模式，配合變電站裝置分布數(shù)據(jù)庫劃分檢修區(qū)域；告警解析數(shù)據(jù)庫完成與網(wǎng)關(guān)的通信、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)保存工作。

應(yīng)用層的設(shè)計主要是面向用戶，解決用戶端信息處理和人機交互的問題，利用經(jīng)過分析的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供豐富的應(yīng)用功能。

2 系統(tǒng)功能模塊介紹。

該系統(tǒng)主要有系統(tǒng)管理、實時檢測、檢修報警、數(shù)據(jù)報表等功能模塊，如圖2所示。功能模塊在客戶端Android平臺的APP上實現(xiàn)。

圖2 智能檢修管理系統(tǒng)用戶功能模塊框圖

2.1 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要用于變電站第一次使用該系統(tǒng)時，在客戶端上建立模擬變電站裝置的分布圖，同時將檢測終端映射到分布圖上，這樣出現(xiàn)報警時能就能快速的知道報警地點。檢修區(qū)域的劃分根據(jù)實際情況在系統(tǒng)中打開檢測終端。變電站裝置分布圖和報警區(qū)域都可以保存為模板，供下次直接使用，也可以對系統(tǒng)用戶權(quán)限進行管理。普通用戶只能查看相應(yīng)信息，管理員用戶可以進行相應(yīng)的操作。

2.2 實時檢測

實時檢測用于既可用于查看報警區(qū)域，也可以用于監(jiān)視檢測終端的狀態(tài)。

2.3 檢修報警

1）預警管理

系統(tǒng)設(shè)計了系統(tǒng)報警，短信報警、聲光報警 3種報警方式，以保證報警信息能及時傳達給變電站的管理人員。系統(tǒng)報警在客戶端上以彈出窗口的方式通知值班及管理人員；短信報警是通過手機短信及時將報警信息發(fā)送給報警聯(lián)系人；聲光報警是通過客戶端上蜂鳴器和指示燈提示相關(guān)人員。用戶登錄系統(tǒng)后可以對報警策略、報警重發(fā)時間，報警聯(lián)系人通信錄等進行設(shè)置。

2）報警處理

當彈出告警頁面時，管理人員可以對告警信息進行處理。在報警信息解除之后，報警信息自動存入歷史報警數(shù)據(jù)庫中，包括報警發(fā)生日期、時、編號、報警地點、報警類型等信息。

2.4 數(shù)據(jù)報表

通過數(shù)據(jù)報表可以查看報警歷史記錄，對報警歷史記錄進行數(shù)據(jù)導出或者刪除。

3 報警模塊設(shè)計

報警裝置采用區(qū)域告警和單裝置防誤碰告警相結(jié)合的報警模式。變電站檢修分為一次檢修、二次檢修、全站停電檢修、部分線路停電檢修，可以用激光報警模塊劃出大范圍的禁入?yún)^(qū)域或者操作時需要一定安全距離的高壓設(shè)備，用振動報警模塊可以在工作區(qū)域中細分可操作裝置和非操作裝置，兩者結(jié)合可以解決大部分現(xiàn)場告警區(qū)域的劃分。

激光報警模塊采用感光技術(shù)，當人體通過告警區(qū)時身體遮擋激光，感光模塊失光報警，檢修區(qū)域劃分如圖3所示。

圖3 區(qū)域報警功能實現(xiàn)圖

振動檢測報警模塊采用加速度感應(yīng)芯片，貼放在柜門處，當勿動柜體時發(fā)出告警。與激光報警終端相同，振動檢測終端發(fā)出聲光報警提示觸碰人員禁止打開柜門，同時發(fā)出信息給客戶端提示管理人員。報警服務(wù)流程如圖4所示。

圖4 報警服務(wù)流程

4 現(xiàn)場應(yīng)用

檢修報警系統(tǒng)經(jīng)過初步設(shè)計在南京江邊變進行了適用。劃分出檢修區(qū)域并在柜體上安裝振動模塊后啟動系統(tǒng)，當人員誤入誤動時系統(tǒng)產(chǎn)生告警，系統(tǒng)產(chǎn)生聲光報警并將信息發(fā)送給有關(guān)人員，客戶端將報警信息記錄下來。初步看來，檢修報警系統(tǒng)可有效解決檢修人員因主觀因素而產(chǎn)生的錯誤。但系統(tǒng)報警終端的結(jié)構(gòu)有待優(yōu)化，通過優(yōu)化相信可以提高檢修人員的工作效率，減輕現(xiàn)場人員的勞動強度。

5 結(jié)論

本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)四層架構(gòu)的變電站檢修智能報警系統(tǒng)方案，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)應(yīng)用到電力生產(chǎn)細節(jié)的實例。該技術(shù)提高了電力生產(chǎn)的效率，保證了電力生產(chǎn)的安全。

[1]蔡樹人,胡代舜,陳其祥.電業(yè)安全工作規(guī)程[M].北京：中國電力出版社,2004.

[2]黨安明,張欽軍.傳感器與檢測技術(shù)[M].北京：高等教育出版社,2002.

[3]錢志鴻,王義君.面向物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述[J].電子與信息學報,2013,35(1)：215-227.

[4]曾磊,張海峰,侯維巖.基于 WiFi的無線測控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電測與儀表,2011,48(7)：81-83,96.

Intelligent Maintenance Alarm System Design of Transformer Substation based on Things Oriented Architecture

Si Xiaoqing1Li Wenshu1Zhang Zhipeng2Guo Xin2Bi Hongtu2
(1.State Grid Nanjing Power Supply Company,Nanjing 210019；2.Tianjin Coastal Power Supply Company,Tianjin 300450)

This article proposes some designing scheme of intelligent maintenance alarm system of transformer substation based on things oriented architecture according to the maintenance characteristic,the need of rail,scutcheon and care by specialist staff and the risk of subjective consciousness caused by maintenance staff.It designs from the sensing layer to the application layer referring to the four frame system of things oriented architecture.The sensing layer adopts laser sensor technology and vibration detecting technology to replace the rail; the transferring layer changes the information by using the gateway; the servicing layer supply multiple database including the distribution model of substation equipment and maintenance mission.The application layer is realized in the Android platform with better man-machine interaction.This system achieve the professional and intelligent maintenance of transformer substation and improve the work efficiency that the maintenance staff will be safer.

maintenance of transformer station；internet of things；laser sensors；man-machine interaction

司小慶（1977-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，碩士研究生，高級工程師，從事電力安全監(jiān)督管理工作。