無人值守變電站巡檢技術研究與應用

孫立偉，謝蓓敏，趙長春

(國網吉林省電力有限公司檢修公司，吉林 長春 130000)

變電站實行無人值守模式后，運行人員會定期對變電站設備進行巡檢，目前是將檢查結果記錄到紙質表格中，記錄之后就成為存檔的資料，沒有進行統計分析。這種管理方式不符合當今信息化管理的發展趨勢，任務記錄的數據沒有二次加工利用，是對數據的極大浪費。變壓器等大型設備在發生故障時，本體會發生一些輕微的振動變化，現有設備中沒有該類設備的振動監測，該項技術還是個空白。

而隨著信息技術的快速發展，國內電力行業出現了很多巡檢系統，包括火電廠巡檢系統、熱力設備巡檢系統等，經過多年的技術積累，巡檢系統技術已經比較成熟。針對上述問題研制出一套變電站巡檢系統[1]及固定式測振裝置。采用巡檢軟件系統來代替傳統紙質記錄的方式，可以對巡檢采集的信息方便地進行二次分析、統計及比較。通過統計分析的結果，可以對設備的運行情況進行判斷，對設備的維護提供依據。

1 系統設計與實現

1.1 系統構成

1.1.1 總體結構

無人值守變電站巡檢系統為網絡分布式結構，分為終端層和基站層。基站層由后臺服務器軟件系統組成，終端層由手持智能終端和固定測振裝置組成。通信系統由無線WIFI網絡系統組成，負責建立基站層和終端層間的網絡通道。

系統總體結構如圖1所示。

圖1 無人值守變電站巡檢系統結構

1.1.2 手持智能終端

手持智能終端配備7寸觸摸屏，內置安卓操作系統，能夠防水、防塵，具體功能如下：攝像功能；錄音功能；IC卡掃描功能；WIFI功能；3G通信功能；高速數據通信接口。

1.1.3 固定測振裝置

固定測振裝置由振動傳感器和數據轉換發送裝置組成(見圖2)。

圖2 固定測振裝置

數據轉換發送裝置負責接收、處理振動傳感器傳來的電流信號[2]，并轉換成振動信號，通過無線WIFI模塊連接到無線網絡中，服務器端系統平臺可以通過IP 訪問的方式讀取數據。

1.1.4 服務器端軟件

服務端軟件平臺采用java語言開發，基于Windows Server 2008操作系統運行。 軟件系統的體系結構共分為數據層、功能層、邏輯層和web發布層，提供基于角色的安全權限控制。

1.2 主要功能

無人值守變電站巡檢系統研發遵循實用性強、可靠性高、智能化水平高的設計原則。系統數據采集分為人工錄入和自動采集兩部分，所有數據存儲到服務器中。該系統實現的主要功能如下。

a. 巡檢記錄功能

巡檢人員可以通過手持智能終端內置的程序，與服務器端軟件系統通過無線網絡進行實時通信，巡檢人員可以通過人為錄入和自動采集2種方式把設備的運行參數及運行狀態錄入到系統中，在后端服務器系統進行分析處理。

b. 故障現場信息采集

在設備發生故障或異常時，可以利用手持智能終端的錄音、錄像、拍照等功能記錄現場情況，通過無線網絡傳送到服務器中，相關人員不在現場的情況下，就可以通過遠程訪問的方式，第一時間了解設備的狀況，進行初步分析和判斷，及時給出處理意見和方案。

c. 固定測振功能

在變壓器等大型設備上安裝固定測振裝置，實時采集數據并通過無線網絡上傳到后臺系統中，可以實現越線報警功能，也可以分析振動變化趨勢來分析設備的運行狀態。

d. 系統平臺分析報表功能

后臺軟件系統可以儲存所有收集到的數據，并分析管理，可以導出規定格式的報表，數據異常時也可以做到異常報警。

系統主要工作過程如下：巡檢員通過手持智能終端對設備進行巡檢，檢查結果錄入到手持智能終端的系統中，手持智能終端通過無線網絡把數據傳送到服務器端；固定測振傳感器同數據轉換發送裝置把變壓器等設備的振動信號通過無線網絡傳輸到服務器中，服務器端軟件管理平臺，可以對收集的數據進行分析、統計，然后形成報表。

1.3 系統硬件設計

1.3.1 WIFI網絡搭建[3]

現在無線網絡已經比較成熟，但變電站屬于高電壓區域，且在室外使用，選型時要注意設備對環境因素的影響，無線AP分為全向和單向，根據吉林合心500 kV變電站實際情況，無線AP選用單向加強型，有效角度范圍120°，有效距離200 m，無線AP通過光纖與管理主機連接，管理主機具備無線AP管理功能。

1.3.2 固定測振裝置設計

固定測振裝置采用無線通信技術來實現數據的傳輸[4]，包括數據采集單元、數字處理單元、數字傳輸單元、數據接收單元。結構如圖3所示。

圖3 固定測振裝置邏輯關系圖

1.4 后臺軟件設計

1.4.1 服務器端軟件平臺設計

軟件平臺采用分層的模塊結構，采用java語言開發，基于Windows Server 2008操作系統運行； 軟件系統的體系結構共分為數據層、功能層、邏輯層和web發布層，提供基于角色的安全權限控制；通過多線程進行耗時任務的處理，避免阻塞用戶的操作界面。

1.4.2 功能設計

系統具有界面簡潔美觀、操作快捷方便、功能豐富、穩定性高等特點。后臺客戶端系統主界面是一個容易使用的桌面環境，具有友好的界面、簡潔的菜單和工具欄，客戶可以很方便地查詢巡檢記錄的情況或主要設備振動的變化趨勢圖(見圖4)。

圖4 振動變化趨勢

2 巡檢系統研發

針對無人值守變電站巡檢系統軟件的情況，研發了一套適用于無人值守變電站巡檢系統。系統集成手持智能終端、固定測振裝置、服務器端軟件系統，代替原有落后紙質的巡檢記錄方式，把設備巡檢全部信息化管理。固定測振裝置是首次在變電站主設備上使用。

2.1 手持智能終端

基于當前電子技術的快速發展，研制了手持智能終端設備，具備高速通信接口，可以同測溫、測振等設備進行通信，讀取數據準確、快速，同時具有IC卡掃描功能，可以快速識別卡內的信息，確定所屬設備的自然情況。設備殼體采用先進的ABS材料，密封性好，強度及韌性好，不易破損。

2.2 固定測振裝置

以變壓器為主要測振主體設備，變壓器每側固定安裝2個測振傳感器，通過數字轉換電路，把振動信號轉換成標準振動信號，再通過無線模塊，把數據傳到數據服務器中，此測振裝置能夠達到實時數據傳輸，而不會因通信線路的問題受到影響，安裝方便，操作靈活。

2.3 綜合巡檢管理平臺

服務器端綜合管理平臺系統，可以采集移動智能終端的數據上傳，也可以讀取固定測振裝置的數據，可以對收集的數據進行二次處理并儲存，也可以導出工作需要的各種表格。數據積累到一定周期后，可以形成曲線，通過曲線的變化可以判斷設備的運行狀況是否正常。

3 現場應用情況

無人值守變電站巡檢系統目前在吉林合心500 kV變電站進行了應用。

通過現場實際運行表明：手持智能終端運行穩定，系統操作簡單方便，設備采集數據準確，各種功能模塊功能正常，完全取代了原有巡檢紙質記錄方式，電子記錄方式簡單、準確，提高了設備巡檢的效率和質量；固定測振裝置數據傳輸穩定，數據采集準確，能夠實現全天候的實時數據傳輸。

巡檢結果自動通過無線網絡[5]傳回后臺管理平臺，通過后臺客戶端或者Web端可以很方便地查閱巡檢情況，提高了設備的信息化管理水平。

無人值守變電站巡檢系統是人工巡檢和固定在線監測相結合的平臺系統。該系統提高了無人值守變電站的智能化管理水平，把原有人工巡檢紙質的記錄方式升級為自動采集和人工記錄相結合的方式，記錄的信息直接存儲到平臺系統中，方便統計、分析，可以形成各種樣式的報表，也可以對設備的各類缺陷進行分類統計，為無人值守變電站的計劃檢修工作提供依據。

4 結束語

無人值守變電站巡檢系統依托目前國內多項先進技術，實現了系統的智能化和信息化，在穩定性、安全可靠性、數據實時傳輸方面均已達到或超過預期目標。該系統解決了原始巡檢方式數據無法共享，不具備實時性上傳等缺點。通過項目的實施，不僅是巡檢管理更加規范，而且固定測振裝置可以實時采集主設備的振動信號，對主設備進行實時監測，提高了設備的安全可靠性。

[1] 申曉留，雷 瓊，周長玉.基于Pocket PC的變電站巡視管理系統設計[C].第四屆輸配電技術國際會議論文集，2003：892-898.

[2] 裴彥東，于琳琳，趙 睿.無源無線熱故障管理系統在66 kV變電站的應用[J].東北電力技術，2017，38(6)：37-40.

[3] 張 強，胡立夫，李 彭.基于wifi的智能變電站巡檢機器人設計[J].中國科技信息，2016(14)：52-53.

[4] 王敬國，袁訓明，基于變電站設備巡檢的紅外智能在線監測系統[J].電力系統通信，2012，33(9)：76-80.

[5] 王志斌，關 艷，康麗雁.無線數據網技術在用電信息采集系統的應用[J].東北電力技術，2013，34(7)：1-4.