繼電保護移動運維平臺的設計與應用

王善諾， 梁文武， 李輝， 朱維鈞， 歐陽帆

(國網湖南省電力有限公司電力科學研究院， 湖南 長沙410007)

0 引言

隨著電力物聯網建設的持續推進， 繼電保護專業對于大數據運維管理平臺的建設提出了更高要求， 在傳統功能基礎上需進一步擴展和豐富。 以服務電網安全為根本， 以基于物聯網技術的繼電保護移動運維平臺為基礎， 全面融合繼電保護專業多源數據， 統籌構建先進繼電保護設備專業應用模型[1-3]， 引領繼電保護設備管理模式的變革， 實現數據統計更智能、 設備運行更可靠、 運維作業更高效， 支撐大電網安全穩定運行， 實現能源流、 業務流、 數據流的“三流合一”。 著力打造技術領先的繼電保護移動運維平臺， 實現全業務的大數據， 信息化應用支撐， 提升二次設備狀態感知、 預測診斷、 可靠運行能力， 支撐國際一流的繼電保護專業卓越化管理。

目前， 繼電保護專業已陸續建立了繼電保護統計分析及運行管理模塊、 繼電保護狀態檢修及輔助決策模塊等多個專業系統， 系統之間應用獨立， 數據分散， 而繼電保護專業數據量日益增多， 各應用場景、 數據管理模式、 數據交互模式存在一定差異， 造成繼電保護專業綜合應用水平難以提升。 繼電保護移動運維平臺將統一數據建模和應用模式[4-8]， 在現有基礎上， 從泛在連接、 開放共享兩方面進行提升， 為繼電保護室二次設備的全壽命周期管理打下良好基礎。

1 繼電保護移動運維平臺介紹

1.1 背景介紹

繼電保護移動運維平臺充分利用當前成熟的物聯網技術， 結合高速網絡通信和移動終端技術， 對繼電保護設備進行全壽命周期管理[9-11]， 對運行維護工作實現移動化、 無紙化、 自動化及智能化， 從而實現現場運維工作的高效、 正確和安全。 該系統主要面向電力調度人員、 運行維護人員、 檢修人員等相關技術人員， 利于運行維護工作實現精益化設備管理、 在線化工作管控、 智能化單兵裝備、 專業化決策支撐。

通過傳統繼電保護設備運維與具備全面感知、可靠傳遞、 智能處理三個特征的物聯網相結合， 形成基于物聯網及移動互聯技術的繼電保護設備運維管理， 實現了運維作業及管理的移動化、 網絡化、智能化和精益化， 滿足當前變電站高速發展的需要。

1.2 基本架構

根據電力物聯網整體要求， 繼電保護移動運維平臺從架構上包含感知層、 網絡層、 平臺層、 應用層4 層結構。 感知層主要解決數據的來源問題， 網絡層主要解決數據的傳輸問題[12-14]， 平臺層主要解決數據的管理問題， 應用層主要解決數據的價值創造問題。

1.3 技術架構

繼電保護移動運維平臺的技術架構如圖1所示。

繼電保護智能移動運維應用服務端技術架構主要分為數據層、 服務層、 邏輯層和展示層4 部分內容。

1) 數據層使用關系型數據庫來存放設備臺賬、 缺陷業務數據等內容， 文件數據庫主要存放圖片、 報告等文件信息， 主要技術包括數據庫管理工具(Oracle or MySQL) 和文件管理系統。

2) 服務層提供系統內部之間數據交互的數據訪問服務及與外部系統之間的數據接口服務， 以及地理信息服務， 主要技術包括 ApacheCamel、ActiveMQ、 JDBC、 Ibatis、 GIS 等。

圖1 技術架構示意圖

3) 邏輯層為展示層提供各種展示所需的數據資源， 主要技術包括Servlet、 Struts、 Spring 等。

4) 展示層使用較為成熟的頁面、 圖表展示技術， 為用戶提供友好的系統交互界面， 主要技術包括 JSP、 JavaScript、 Ajax、 Flash、 Html5、 SVG、DWZ、 Fusionchart 等。

2 設計及開發

2.1 繼電保護移動運維系統簡述

研發內容包括: 設備臺賬管理、 版本校核管理、 專業巡檢管理、 標準作業管理， 如圖2 所示。

圖2 軟件功能架構圖

2.2 繼電保護移動運維系統功能

2.2.1 設備臺賬管理

1) PMS 管理系統新增/變更臺賬: 在PMS 管理系統中的存量臺賬、 新增臺賬以及變更推送到繼電保護智能移動運維應用。

①數據推送。 PMS 管理系統自動將存量、 新增、 變更的臺賬信息推送到給省電科院主站(指PMS 管理系統中省級電力科學研究院主站)， 推送的設備臺賬信息包括: 變電站信息、 間隔信息、 一次設備信息、 二次設備信息、 管理單位/運維單位/調度單位/設計單位信息、 設備型號、 生產廠家等。

②臺賬下發。 省電科院主站把設備臺賬數據下發到地市主站， 地市主站把臺賬數據同步到地市公司移動端。

③臺賬查詢。 在主站端、 移動端可通過管理單位、 變電站、 設備名稱、 設備類別、 設備型號、 電壓等級等維度查詢設備信息。

④數據同步。 省電科院主站將PMS 管理系統下發的新增/變更臺賬信息同步至繼電保護統計分析及運行管理系統。

2) 繼電保護智能移動運維應用新增/變更臺賬: 設備臺賬有新增/變更時， 運維班組可在智能移動終端中進行記錄， 并將新增/更新數據上報到省電科院主站端， 由省電科院主站發送給PMS 管理系統進行新增或變更。

2.2.2 軟件版本管理

在省電科院主站中維護設備版本信息， 形成一個全省統一的標準版本庫并將版本信息下發到各地市公司。 標準版本庫有兩個用途: 1) 可以對存量設備的版本信息進行比對， 如果版本信息不在標準庫中則視為需要進行版本更新， 并觸發對應的校核任務； 2) 新增設備的版本信息要與標準版本庫進行校核， 校核不通過則不允許新增， 這樣就能夠保證所有入網的設備版本信息都是正確的。

軟件版本管理具備功能:

1) 版本導入。 在省電科院主站中導入《湖南公司允許入網的220 千伏及以上保護裝置軟件信息表》 或接收繼電保護統計分析及運行管理系統下發的設備入網版本信息， 形成全省統一的版本信息標準庫。

2) 版本下發。 省電科院主站把標準版本數據下發到地市主站。

3) 增量設備校核。 對增量設備進行版本校核， 將增量設備的廠家、 型號、 版本號、 校驗碼與版本庫進行比對， 若版本一致則進行設備增加， 若不一致則發起校核任務進行校核。

4) 存量設備校核。 對存量設備進行版本校核， 將存量設備的廠家、 型號、 版本號、 校驗碼與版本庫進行比對， 若不一致則發起校核任務進行校核。

5) 版本校核。 保護班組根據校核不通過的設備版本信息進行更正， 同時將更正后的版本信息同步到省電科院主站， 再由省電科院主站更新到PMS 管理系統中。

2.2.3 專業巡檢管理

主要用于二次專業化巡檢任務管理及工作過程管控。 地市公司保護/檢修班長在工作臺發布巡檢作業， 發布的任務通過主站端同步到智能移動終端上； 執行人攜帶智能移動終端進入現場對設備進行巡檢作業， 根據設備保護類別、 設備型號等維度關聯巡檢模板自動帶出設備巡檢項目； 巡檢結束后移動端記錄的巡檢結果同步到地市主站， 再通過地市主站上報到省電科院主站匯總。

專業巡檢管理具備功能:

1) 模板管理。 將巡視、 巡檢作業模板錄入系統中， 并根據其周期要求開日常巡視、 巡檢工作。

2) 任務發布。 班長在地市主站創建巡檢作業任務， 包括巡檢廠站、 巡檢類型、 巡檢項目、 巡檢人、 巡檢時間。

3) 數據同步。 主站創建的任務同步到移動應用中， 執行人通過智能移動終端在現場進行巡檢作業， 同時將巡檢作業結果更新到主站端。

4) 任務執行。 在移動應用中按照設備逐個進行巡檢， 填寫巡檢結果和問題并上傳對應問題照片。

5) 生成報告。 地市主站根據移動應用記錄的巡檢數據， 按照特定模板生成巡檢報告。

6) 數據上報。 地市主站將巡檢數據上報到省電科院主站， 省電科院主站匯總各地市巡檢數據后， 推送至繼電保護狀態檢修及輔助決策系統， 為設備評價提供數據支撐。

2.2.4 標準化作業管理

用于對保護設備執行檢驗任務及工作過程管控。 按照電壓等級和設備類型錄入設備檢驗標準化作業指導書及裝置檢驗報告模板后， 通過在繼電保護智能移動運維應用創建標準作業任務并關聯作業項目后派發給執行人。 執行人在現場完成對設備檢驗操作后在智能移動終端上記錄檢驗的結果和對應參數， 檢驗完成將結果和參數同步到地市主站端。再由地市主站端同步到省電科院主站端進行匯總。

標準化作業管理具備功能:

1) 模板管理。 按電壓等級和設備類型錄入設備檢驗標準化作業指導書及裝置檢驗報告模板， 檢驗內容滿足DL/T 995—2016 要求。

2) 任務發布。 班長在地市主站創建標準作業任務， 包括檢驗設備、 準備工作、 開工許可、 安全措施票信息、 工作時間等。

3) 數據同步。 主站創建的作業任務同步到移動應用中， 執行人持智能移動終端在現場進行作業， 同時將作業結果再更新到主站。

4) 任務執行。 在移動應用中按照設備維度進行檢驗， 填寫檢驗結果和參數。

5) 生成報告。 地市主站根據移動應用記錄的作業數據， 按照特定的模板生成標準作業報告。

3 繼電保護運維系統應用成果及創新點

3.1 創建首個無硬件的純應用

該平臺基于大數據平臺建設， 無需購置服務器。 應用服務及數據庫服務都部署在大數據平臺虛擬服務環境(即云端服務) 中， 所有的數據都保存在大數據云端。 移動終端通過電力無線虛擬專網安全接入平臺與云端應用進行數據交互。 移動運維應用可自動從公司大數據平臺獲取繼電保護設備PMS 臺帳， 結合實物ID 建設， 實現云端—站端二元管理， 推動繼保專業巡檢和標準化檢修的移動化、 無紙化， 終端設備操作便捷， 實現智能作業“一鍵上云”。

3.2 提高生產安全性

繼電保護移動運維平臺采用標準化的作業流程、 規范化的專業管理， 嚴格規范作業人員的行為， 保障了二次設備安全穩定運行及作業人員的人身安全， 大幅提高了專業運維工作效率。

運維人員通過移動終端接收工作任務， 并隨時查詢相關設備的全部信息資料(圖紙、 說明書、定值單、 歷史校驗報告等)， 明確工作重點難點，確保準備工作有的放矢。 在運維工作過程中， 設備運維人員通過移動終端掃描設備電子標簽明確工作地點， 避免走錯間隔。 工作開始后依照標準化作業流程逐項進行， 及時錄入數據， 嚴禁跳項漏項， 實現工作流程標準化， 提高了現場工作的安全性和工作效率。 由于每項作業都有明確內容和量化的檢測評定標準， 既保證每次檢查和維護的質量， 又可使突發性事故的可能性降到最低， 減少事后搶修工作量， 有利于提高設備的生產能力， 降低設備維修成本， 保證現場作業的安全性， 避免安全事故的發生。

3.3 全壽命周期管控

隨著二次設備智能運維平臺的應用， 在專業管理方面的多個關鍵指標都有明顯提升。 如設備的臺賬及基礎資料完備率達100%、 繼電保護正確動作率95%、 標準化作業規范率達100%， 實現了專業基礎管理精細化、 設備運維管理標準化、 安全管控規范化， 有效地提升了二次設備精益化管理水平。之前， 專業基礎資料精細化管理深度不足(說明書丟失， 圖紙不到位等現象時有發生， 特別是scd文件的現場查閱工作開展受限)， 實效性、 準確性、 及時性均難以滿足現場需求； 標準化報告、 事故分析材料、 實時錄波文檔等關鍵性支撐文件的存儲周期受限嚴重(一般為紙質材料保存兩年， 電子版文檔保存全周期)， 參考價值、 有效依據、 佐證尺度均難以把握。 平臺建設完成后， 專業基礎資料管理采用統一管理標準、 管理模式， 使資料管理標準化、 精細化； 各類報告采用電子版本保存， 可以保存至設備的全壽命周期， 且方便查詢、 調閱，顯著提升了專業管理效率、 管理水平。

3.4 作業效率提升

當前湖南地區， 繼電保護設備臺賬信息需要在繼電保護統計分析及運行管理、 OMS、 PMS 等多個系統分別維護， 導致運維班組基礎數據維護工作量大， 臺賬數據一致性差， 為設備的運行和管理埋下諸多隱患。 繼電保護專業巡檢工作需要采集的數據較多， 例如采樣值、 差流、 定值核對、 壓板檢查等， 現場手動錄入效率低下， 容易出錯； 保護裝置定期檢查準備工作中， 作業指導書、 二次安全措施票、 裝置檢驗記錄的編制耗時耗力， 現場檢驗對保護功能的逐項檢查、 逐條驗證， 也需要大量的時間， 現場檢驗報告的整理又是一項復雜繁瑣的工作。 通過對繼電保護專業數據錄入及運維業務流程的優化， 改變傳統繼電保護設備運維的模式， 提高了運維人員的工作效率， 降低了實際工作成本。 系統建設完成后能夠極大程度提升現場繼電保護專業運維效率， 降低運維作業成本， 提升運維人員對繼電保護運行管理系統的整體認知能力、 提升技術水平。 項目實施后能夠保證地區繼電保護移動運維平臺數據錄入準確性達到100%、 完整率達到100%、及時率達到100%， 能夠顯著改善目前的運維手段。 220 kV 變電站單間隔保護定期檢驗作業， 繼電保護運維人數將由5 人減少至2 人， 工期由2 天減少至1 天， 極大地降低了運維成本。 通過強化缺陷預判， 提高缺陷處理的效率和質量， 平均缺陷處理時間也大大縮短。

3.5 創新點

1) 將原賴于電腦端來完成設備臺賬新增、 修改、 校核的工作擴展到了移動終端， 臺賬數據變更后實時同步到系統后臺進行更新。

2) 打破傳統紙質作業模式， 采用移動電子化作業模式實現數據移動化采集及報告的自動生成，減少重復勞動。

3) 提升作業結果管控及作業預警程度， 將原人工診斷模式通過系統定制診斷規則轉變為智能診斷， 大大提高作業結果正確率。

4) 由人工校核向系統自動校核轉變， 不僅減少人工核對工作， 而且提高版本比對的準確性， 對不符合版本要求的設備進行實時監控。

4 結論

繼電保護移動運維平臺利用物聯網技術， 結合高速網絡通信和移動終端， 對繼電保護設備進行全壽命周期管理， 旨在解決專業技術人員難以匹配設備數量高速增長、 人工作業方式效率低下、 繼電保護各系統之間數據分散等問題。 實現二次專業運維、 檢修、 巡檢工作移動化、 無紙化及智能化， 提高現場運維工作信息化率。 本平臺基于大數據平臺建設， 率先部署無硬件云應用， 目前開發了四個模塊: 一是設備臺帳管理， 以PMS 臺帳為源頭， 結合實物ID 建設， 實現全省保護設備臺帳接入、 比對、 校核及管理， 解決設備臺帳不完整、 準確率不高的問題； 二是保護版本校核， 通過云端自動校核功能， 把控現場設備版本信息， 杜絕不合格設備進入電網； 三是移動巡檢， 打破傳統紙質作業模式，通過移動終端電子化巡檢， 實現巡檢數據自動統計、 分析、 校核， 減少重復勞動， 將檢修人員精力集中在設備問題分析和缺陷處理上； 四是無紙化檢修， 定制標準化作業文本指導現場檢驗， 通過邊緣計算對試驗數據進行實時智能判別， 實現設備狀態在線評價， 自動完成報告云端整合， 解決報告線下管理難、 利用率低的問題。 下一步將繼續開發電子化二次安全措施票， 構建繼電保護信息中臺， 實現源端唯一、 處處共享。 通過保護設備全業務運行信息， 實現缺陷診斷、 風險預警、 狀態評估等高級應用。