區塊鏈技術在輸變電設備狀態管理中的運用

0 引言

輸變電設備是電力系統中不可缺少的“元件”，其檢修維護直接關系著電網的整體質量。為保證電力系統安全穩定運行，對輸變電設備的運轉情況進行監測非常必要。針對輸變電設備的初始階段、日常運行階段以及檢修過程進行全方位的監管，是電網管理的迫切要求。狀態管理是把技術監督放在首位，及時發現安全隱患并加以消除。積極發揮各個部門的作用，堅持以專業為理念，全面提升管理質量

。為了滿足人們對電網提出的越來越高的要求，傳統的周期檢修管理方法已經不能達到這個目標。

區塊鏈技術具有去中心化、可溯源、透明性、公開性的優點，在各個領域的應用研究蓬勃發展。區塊鏈的優點與輸變電設備管理要求相符合，為設備狀態管理提供了一種新的思路，區塊鏈與狀態管理的結合，使管理智能化與自動化，降低了輸變電設備發生故障的幾率。因此，能增強電網安全穩定運行、延長輸變電設備的生命周期。

1 區塊鏈技術

區塊鏈是將數據信息進行打包，以密碼學為基礎將數據存儲區塊連接起來的分布式賬本，是一個不依賴第三方的共享數據庫，具有去中心化、開放性、獨立性、安全性、匿名性等特點。區塊鏈作為公開透明的賬本，使用方、參與方、監督方都可以對信息進行寫入，通過算法和密鑰存入信息，然后經過共識機制的確認，在全網進行信息傳播，最終每個節點都具有完整一致的信息備份，從而實現區塊鏈的優越性

，區塊鏈的工作過程如圖1所示。

區塊鏈無需第三方，即可以實現數據的自我驗證與管理，區塊鏈大致可以分為數據層、網絡層、共識層、激勵層、合約層、應用層六個層次

，不同的層次使用不同的技術，在數據層使用哈希函數、加密算法等；在網絡層中構建了P2P網絡并加入驗證機制和傳播機制；在共識層中應用POW、POS等共識機制；激勵層配有分配機制等

；合約層采用智能合約來進行自我管理；應用層將區塊鏈所具有的去中心化、可溯源等優勢應用于各行各業。區塊鏈各個層次相互配合來實現區塊鏈的功能

。

微課依托教學目標而存在，設計中所體現的內容較為形象，并且設計流程簡單、精準，有利于突出教學重點。微課講解時間短，能夠為學生提供更多的自主學習空間，能夠將更多的時間留給學生進行自主探究，學生的學習意識也能夠得到有效激發，學生的學習能力也能夠在這一過程中得到培養。微課能夠應用于不同的情境中，對于小學生來說更為適宜，為學生創建更為靈活的學習環境，從而促使學生在潛移默化中掌握數學知識，只要學生的自主學習意識不斷提高，就能在任何時間及地點中進行學習。除此之外，微課還有另一重要優勢，就是能夠反復利用，學生在面對不懂的知識點時可以不斷通過微課進行知識點的深挖及研究，直到明確掌握知識點。

2 輸變電設備狀態管理

在測評模型設計方面，厲云（2013）用模糊層次分析法和主成分分析法對大學生素質進行測評并排序［12］。趙健（2014）借助于模糊綜合評判原理，從評價要素、要素權重和評價矩陣三方面進行分析［13］。林偉華（2012）基于灰色模糊理論引入學生綜合素質測評信息系統的概念，對系統的結構和功能進行分析并進行綜合評價［14］。劉秀麗（2013）利用層次分析法構建了大學生綜合素質測評體系，運用模糊綜合評價法構建大學生綜合素質測評模型［15］。姚朝宗（2014）運用方差膨脹因子對大學生綜合素質測評指標進行了共線性診斷，建立了綜合素質測評的偏最小二乘回歸模型［16］。

在設備常規運行時，對設備的監管要通過日常巡檢、反措監管、排查潛在弊端、制定預控措施來保證設備安全穩定運行。日常巡檢中，也要對監測設備的儀表儀器進行檢查，儀表儀器等反映設備實時狀態的電氣量應及時進行區塊鏈上鏈存儲，以便及時對電網宏觀調控；反措監管是貫穿在整個監管過程中，全面落實管理部門的規程確保每一項流程都合格，監管的意見以及意見憑證也需要上鏈存儲；在排查潛在弊端時，工作人員為電網跟蹤流程編寫排查報告，對輸變電設備的可能故障進行擴展防控，排查結果上鏈存儲；在制定預控措施時，應該定期召開技術監督分析會，針對工作期間出現的技術標準不匹配等問題，對輸變電設備進行新的全方位、跟蹤式的有效監督。每個流程也都應該上鏈。

2.1 輸變電設備動態監測

2.2 輸變電設備的管理和維護

電網的使用生命周期是由輸變電設備來決定的。由于在電網運行過程中，輸變電設備會產生損耗，當損耗持續一段時間后，為保證正常供電需要更換設備。更換設備通常意味著要更換其配套設備，勢必會影響企業的經濟效益，也會對資源產生浪費，甚至影響持續供電。因此，對設備的維修保養顯得至關重要。從初始階段的審核配件規格、出廠檢定、安裝資質的管控，到全程常規運行的日常巡檢、反措監管、排查潛在弊端的管控，每一步的管理做到位，將會延長設備的生命周期，從而使利益最大化。

3 區塊鏈在輸變電設備狀態管理的運用

加強輸變電設備管理平臺的建設，從生產、安裝、運行管理等方面構建監管體系。基于區塊鏈技術的輸變電設備監管平臺，有助于追溯設備配件信息、監測數據安全存儲、明確事故定責。

3.1 區塊鏈管理系統方案設計

本方案采用若干個組織和機構可共同參與管理的聯盟鏈，通過區塊鏈技術，輸變電設備生命周期過程中所有環節都需要進行管理并且數據上鏈存儲，避免電網因輸變電設備的損壞而產生事故。

圖2 為基于區塊鏈技術的輸變電設備管理流程

，對于設備的管理按時間順序分為設備投運前、設備常規運行、設備檢修三個層次。

在設備投運前，應該按審核配件的規格、出廠檢定、安裝資質審查來確保在安全運行前的一系列檢查工作。審核配件規格是工作人員按照原定的指標參數來查驗設備型號，需要各個部門配合查驗結果是否滿足最初的技術參數，查驗結果合格才能完成審批，每一步的查驗都需要各方將簽名后的結果上傳至區塊鏈永久保存。出廠檢定是在出廠前，對配件的查驗再進行一次復查，防止在大量的配套設施采購時混入不合格的產品。由專業的工作人員對主要設備再次查驗，對國家標準、試驗數值等逐一核實，將配件的參數結構等上鏈存儲，復查合格開具核查合格報告。安裝資質審查，較好的安裝水平和質保水平是延長輸變電設備使用生命周期的關鍵步驟

，工作人員需要嚴格按照圖紙和說明書進行安裝，查驗工程師也需要親臨現場，對設備的安裝進行跟蹤。每一步的參數審查和結果都應該由各方負責人員進行數字簽名，并上鏈保存。

倡導綠色和諧，構建可持續發展的管理生態。高校管理工作的理念是實現人與人、人與環境的和諧共存。組織管理的優良與否，直接影響到高校的辦學效益與育人功能的發揮。高校要構建機構設置科學合理、權責明確、管理高效的管理生態，并在意見征求、制度修訂、考核評價及組織實施的各環節體現出科學規范性及人文關懷，充分調動廣大師生的積極性和創造性，保障學校辦學的合法有序。

在設備檢修階段，針對設備運行時出現的故障或者潛在的風險進行檢查和修理，沒有故障的定期檢修也是保證輸變電設備安全運行的必不可少的部分。設備停運期間要確保正常供電，供電不間斷，要提前進行規劃安排；在設備檢修或者更換期間，嚴格按照設備投運前的流程，設備檢修完成后恢復使用。在任何階段對不同的操作、不同的部門都應該明確分工，然后每次檢查結果、測量數據都應該上鏈保存。保存在區塊鏈中的信息，不僅有利于事故定責，對輸變電設備的管理和性能預測也提供了很好的參考。

3.2 區塊鏈管理系統方案實現機制

區塊鏈通過P2P網絡節點將各點連接起來，具有去中心化的特點，每個節點都要進行數據驗證、區塊共識、區塊傳播等。區塊鏈是一個分布式的賬本，每個節點的加入都要進行身份驗證。采用聯盟鏈管理系統中的節點要獲得準入資格才能參與記賬。在進入電網機構充當管理系統的一部分時，即可獲得準入資格，并且要按照每個管理流程進行數據的上報存儲，當節點獲得準入資格后，會獲得可以向區塊鏈所有節點公開的公鑰和本節點作為身份驗證的私鑰，通過公、私鑰可以保證區塊鏈信息的共享。當節點產生新區塊時，要將新區塊進行全網廣播，在共識驗證后，即可將新區塊更新到本地區塊鏈內。

數據節點用于輸變電設備在投運前參數的記錄和在運行時實時的儀表儀器監測數據。以變壓器為例，在投運前對額定電壓、空載電流等指標的測試，運行時對電壓、電流、溫度的監測上傳到區塊鏈中通過的節點為數據節點。這類節點可以通過智能合約來判斷設備是否正常運行，在發生故障時，可以快速識別與處理。信息節點用作輸變電設備的監測是否合格，沒有具體數據作為支撐需要人為監測的上傳節點，如在投運前的出廠鑒定和安裝資格審查。這類節點可以在事故定責的時候提供依據。報告節點以監測報告的形式，比如在設備常規運行時的排查潛在弊端和制定預控策略，可以為決策者提供決策思路，為輸變電設備的管理提供便利。決策節點為電網發布動作命令的節點，當設備需要定期檢修或者發生故障時，發布解決方案，這類節點在管理系統中較少。所有節點在區塊鏈的管理系統中形成有機整體，各自發揮自己的作用，只有經過授權認證加入區塊鏈中的節點才能訪問區塊鏈中的數據。

動態監測過程，即輸變電設備在參與電網傳輸的過程中進行的監管，此過程需要對一些電氣量進行監測，如電壓、頻率等。監測過程需要信息采集和信息處理技術，有效監測電網中輸變電設備的各項指標，保證與輸變電設備相關的信息收集；監測過程需要通信技術的支持，對監測收集的信息進行分析，結合分析結果以保證輸變電設備的安全穩定運行。

數據上鏈過程如圖3 所示

。首先對管理系統中的人員身份驗證，認證成功后擁有數據的錄入權，將上傳的輸變電設備的狀態進行信息數字簽名然后打包到新區塊，新區塊全網廣播并在事先規定好的共識機制上進行共識認證，共識通過后，新區塊更新到原來的區塊鏈上。

輸變電設備管理系統中，每個部門上傳監測數據存儲在區塊中。區塊頭包含上一區塊的hash、Merkle 樹節點、數據hash、時間戳。因區塊鏈為分布式存儲，所以每個節點存儲著區塊體中各節點信息。節點因為數據內容不同分為數據節點、信息節點、報告節點、決策節點。

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智能合約是一種基于數字形式呈現的約定，是區塊鏈上可執行程序，智能合約無需人為干預。一旦某個事件觸發合約中的條款，代碼就會自動執行，智能合約最大的優勢是利用程序算法替代人仲裁和執行合同

。一旦編寫好即可被用戶信賴，合約條款不能被改變，因此合約是不可更改的。輸變電設備的數據節點通過對比歷史庫和專家庫，來判斷輸變電設備的安全運行。將參數的閾值寫入智能合約來對故障判斷進行參考，更加高效快速地判別并解決故障問題。

輸變電設備的運行狀態關系著整個電網的質量，采用傳統的周期檢修不能為電網的運行提供強大的保障。狀態管理是對輸變電設備在其生命周期的整個過程中的預防和管理，及時發現安全隱患，將其徹底消除，充分發揮相關職能部門的積極作用

。實行全過程、全方面的設備監督方式，全面提升管理質量，完成輸變電設備生命周期的立體化管理。輸變電設備的管理需要在動態監測和管理維護兩個方面進行分析。

傳統的城市規劃以物質空間規劃為主導、以用地布局安排為重點、以終極藍圖描述和目標制定為方向，傳統的城市規劃模式難以應對日益復雜多變的城市問題以及滿足城市可持續發展的需求。大數據的運用使得城市規劃在問題分析層面更加全面系統，在物質空間的基礎上，加強對居民行為、活動空間、要素流動以及城市的交通、環境、企業、創新等進行系統性研究，推動面向城市社會經濟協調和可持續發展的綜合規劃模式轉變。

輸變電設備用簡單直觀的參數是否在經驗閾值內來判斷電網運行是否正常。利用智能合約進行編寫，例如對電壓進行判別的智能合約如下：

3.3 系統特點

基于區塊鏈技術建立的輸變電設備管理系統具備以下特征

：

1）可追溯性。區塊鏈可以保證每個流程的監管都有跡可循，設備的來源參數等都可以被追溯。當設備發生故障時，可以精準定責，也可以為設備的生命周期預測提供可靠的依據。

在庫存管理上，小米與早期戴爾 “零庫存”的理念相類似，是指有需求時才將需求傳達給生產企業進行產品生產從而有效控制庫存成本的方式。這種庫存管理方式特別強調及時性，直接對準客戶的需求，減少了不必要的資源浪費。

天漸然黑下，阿里開始四處找母親，卻怎么都沒找到。他不停地問：“姆媽呢?”阿里的父親躺在床上，面無人色。阿里不明白他何故如此，上前搖著他說：“爸爸，姆媽呢？”阿里的父親便淌眼淚，不作一聲。

2）數據公開透明。設備在投運前和正常運行中的監測在整個區塊鏈中公開透明，參與管理系統的任何節點都可以查看管理數據，這對管理系統中人員的自我監督與完善是一種正向的激勵。

3）不可竄改。數據一旦上鏈完成共識機制后，數據無法更改，杜絕了各部門推卸責任，檢查時粗心大意，使設備使用損耗更加透明，也使經濟管理更加便捷。

地基高程4.6～6.1m主要為第②層壤土，具中等壓縮性，微透水性，穩定性較好。高程4.6m以下為第③層壤土，有機質含量較高，具中等壓縮性，微透水性，工程地質相對較差。

4）自動化與智能化。由于智能合約的采用，自動判別、自動身份識別認證都可以實現。如果設備的參數超過規定閾值就會發出警告，大幅提高了發現設備事故發生的概率。

4 結論

本文將區塊鏈技術應用到輸變電設備的狀態管理中，以狀態管理需要的動態監測和管理維護為目標，基于區塊鏈的管理系統按輸變電設備的生命周期內的時間順序分為三個層次，將目標細化更好地與區塊鏈技術相融合。其次用數據存儲、數據上鏈、智能合約三部分闡述系統的運行機制。討論基于區塊鏈系統的四方面優越性，經過新技術與管理的結合，能在多方面得到益處。本系統構架了輸變電設備全生命周期的管理體系，實現了輸變電設備的智能判別技術，提升了設備管理的風險防控能力。

需要注意的是，本文僅從宏觀層面將區塊鏈技術應用到設備管理中，其中細節內容需要進一步完善。借助區塊鏈技術對輸變電設備狀態進行監測、對輸變電設備生命周期進行管理，有助于在今后的工作中進行深入的研究和探索。

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