安全工器具檢測智慧試驗室設計與實現

陳 鵬,李 銳

（1.安徽南瑞繼遠電網技術有限公司,安徽 合肥 230088; 2.國電南瑞南京控制系統有限公司,江蘇 南京 211106）

0 引言

為保障電網運行的安全與穩定，電力設施維護人員需要定期對線路和設備進行維護和檢修，其間離不開電力工器具的使用。由于電力維護工作涉及高空、高壓，電力相關工器具在實際使用中會與高壓線路接觸，承受較大的拉力、壓力。因此，工器具是否符合質量要求直接關系到作業人員的安全以及維護和檢修工作的質量。電力工器具會隨著使用逐漸出現磨損、疲勞和老化，因此需要定期對其外觀、機械強度、絕緣等性能進行試驗和檢測，幫助工作人員找出工器具的受損部位或薄弱位置，以消除潛在風險。

傳統的電力安全工器具檢測存在一系列問題，如：資源利用欠合理，試驗室人員工作效率不夠高；試驗室人員手工操作、人為干預過多，導致檢驗數據因人為因素出現錯誤；質量管理欠規范，操作過程存在一定的隨意性；實驗數據的跟蹤溯源存在困難等問題。建設基于物聯網、大數據等現代信息技術的安全工器具智慧試驗室，開發智慧檢測與管理系統可以克服傳統檢測方式中存在的問題，實現檢測過程自動化、檢測方式智能化、檢測結果數字化、數據傳遞無紙化。

1 場地布局規劃

根據安全工器具試驗室的功能需求可規劃為7 個大區域：辦公區、力學試驗區、沖擊試驗區、電氣試驗區（一）、電氣試驗區（二）、試品存放區和預留試驗區，如表1 所示。

表1 試驗區域規劃表

安全工器具試驗室相應的建設要求如下。

（1）試驗室接地要求：整體分為高壓接地和低壓接地，這兩個接地需要分開，高壓接地要求接地電阻＜0.5 Ω；低壓接地要求接地電阻＜2.5 Ω。電氣試驗設備和試品上所有的接地線應滿足試驗要求，接地線采用多股編織裸銅線或外覆透明絕緣層銅質軟絞線或銅帶，接地線截面要滿足試驗要求，但不得小于4 mm2。電氣試驗設備的接地點與試品的接地點之間應有可靠的金屬性連接，試驗區內所有的金屬構架、固定的金屬安全屏蔽遮攔均必須與接地網有牢固可靠的連接。

（2）試驗室電源要求：每個獨立區域需要安裝單獨的電源分支箱，對應區域的電源插座由該區域的分支箱經空開單獨引出。220 V 電源安裝10 A 五孔插座，布線2.5 mm2；380 V 電源安裝15 A 四孔插座，布線4 mm2，所有電源不得使用漏保。

（3）試驗室安全配置要求：電氣試驗區保持清潔、光線充足、通風良好。通往試驗區的入口與試驗電源配連鎖裝置，當入口被打開或有人員闖入時，發出報警信號，并使試驗電源跳閘。試驗區配電源開關緊急按鈕，以便發生危急情況時可迅速切斷電源。

（4）試驗室力學試驗區要求：根據工器具試驗方法要求，配置專用靜負荷試驗機，以及通用性立式、臥式拉力機，靜負荷試驗機力值測量準確度應不低于1 級。

（5）試驗室水源要求：試驗區需要具備進水管和排水管，出水口安裝手控閥門。進水管出水端為4 分管，離地高度600 mm；排水管出水端為6 分管，離地高度不高于100 mm。

2 系統技術架構

安全工器具智慧檢測與管理系統基于物聯網和大數據技術，由感知層、網絡層和應用層三部分組成，其中應用層分為本地應用和互聯網應用，如圖1 所示。

圖1 智慧檢測與管理系統架構

2.1 感知層

感知層是系統的底層組成部分，由具有感知、檢測、識別、控制和執行等功能的多種設備和傳感器組成，主要負責采集被檢測工器具的性能參數和環境參數，該層通常包括以下三類組件：

（1）力學類檢測設備：包括臥式拉力試驗機、安全帽試驗機、安全帶靜載試驗機、動態彎曲試驗機、便攜式伺服加載裝置、材料試驗機等。

（2）電氣類檢測設備：包括耐壓綜合試驗系統、絕緣桿試驗裝置、絕緣繩試驗裝置、接地電阻測量儀、絕緣手套耐壓系統、驗電器試驗裝置等。

（3）安防與環境監控：包括視頻與聲音識別系統、室內定位裝置、溫濕度傳感器、有害氣體檢測傳感器、智能門禁系統以及其他多種傳感器。

2.2 網絡層

網絡層負責將感知層采集到的被測工器具數據和環境參數傳輸到數據處理中心，以便進行分析和處理，該層通常包括以下組件：

（1）傳輸協議：定義數據傳輸的格式和規則。

（2）網絡通信設備：包括路由器、交換機、無線接入點等，用于構建通信網絡，連接感知層和應用層。

（3）防火墻設備：幫助系統構建內、外網之間相對隔絕的保護屏障，及時發現并處理網絡運行時可能存在的安全風險、數據傳輸等問題，以保護用戶資料與信息的安全。

2.3 應用層

應用層的功能是對感知層采集的數據進行計算、處理和挖掘，實現對試驗室的實時控制、精準管理和科學決策，同時也為用戶提供接口。根據區域范圍的不同系統提供了本地應用和互聯網應用。

（1）本地應用：硬件包括服務器、數據存儲器、交互大屏、各類終端等，部署有試驗室三維管控系統、試驗室信息管理系統和試驗室數據存儲系統，用于存儲感知層采集的檢測數據和環境參數，并運用大數據技術，對相關數據進行實時或離線的分析和處理，實現對工器具檢驗流程和試驗室的科學管理。

（2）互聯網應用：為上級管理部門、檢測分中心、移動檢測車、質量與監督部門以及各類移動用戶提供遠程服務，根據用戶不同權限可以實現對系統的有限訪問。

3 系統功能與實現

安全工器具檢測智慧試驗室的管理系統包括本地應用和移動端應用兩部分，在移動端可實現：在線委托、進度查詢、報告查詢、合格證查詢、服務項目、客戶問題反饋等功能。下面重點介紹本地應用的智能試驗室信息管理系統和智慧試驗室三維管控系統。

3.1 智能試驗室信息管理系統

該系統通過自動化檢測管理來滿足檢測中心體系要素，包括：數據、人員、儀器設備、樣品、文件、標準、客戶、服務、質量等，實現從樣品采集到檢測結束的全過程監測，實現試驗室檢測設備、環境控制設備、安全監控設備、信息輸入輸出設備有效連接，實時了解試驗室檢測工作完成狀況，并及時處理異常情況，跟蹤了解人員的工作痕跡，做到有據可查，責任到人，確保每一個工作步驟按照標準流程進行，每一項檢測任務符合質量規范完成。該系統主要包括以下功能模塊：

（1）合同管理模塊。主要功能為：合同信息登記，支持合同自動編號、手工編號以及編號規則定義，可自動防止重號、跳號；可通過定義打印模板實現對各類表單的打??；可對合同狀態、進度進行監控，實現業務預警提示；具有智能記憶、快速搜索功能；具有合同相關附件管理功能。

（2）樣品管理模塊。主要功能為：樣品信息登記，提供樣品信息編輯界面；支持樣品自動編號、手工編號以及編號規則定義，可自動防止重號、跳號；支持二維碼標簽打?。豢蓪悠窢顟B、進度進行監控；具有樣品信息復制、批量錄入、批量編輯功能；具有樣品相關附件管理功能。

（3）報告管理模塊。主要功能為：支持報告自動編號、手工編號以及編號規則定義，可自動防止重號、跳號；可定義多種報告模板，實現報告全自動編制（支持Excel 等格式）；支持網上瀏覽、網上審批，以及報告編制、審批歷史記錄查詢、報告批量打??；支持電子簽名、電子印章、防偽水印，以及報告領取、發送記錄管理。

（4）標準管理模塊。主要功能為：支持對產品標準中檢測項目、檢測指標、方法標準及標準值的管理；具有對標準的自定義分類管理功能；支持對電子版標準文件的管理；支持檢測項目與檢測方法的多種對應關系；提供對標準的替換、作廢功能。

（5）人員管理模塊。主要功能為：提供人員檔案編輯界面，支持人員基本信息管理和人員資質管理。

（6）查詢管理模塊。主要功能為：可對包括合同、樣品、報告、檢測項目、費用等各類數據對象自定義查詢條件，具有模糊查詢、精確查詢等功能，查詢結果可按Excel 格式導出。

（7）權限管理模塊。主要功能為：支持權限的可視化勾選設置，可進行靈活權限定義和權限管理。

（8）系統參數管理模塊。主要功能為：提供開放式的參數定義界面，可實現各模塊參數的集中管理，如：頁面顯示內容、打印模板、編號規則、分工策略、收費相關參數等。

（9）系統備份模塊。主要功能為：數據庫文件、程序文件、數據文件的自動定時備份。

（10）設備管理模塊。主要功能為：提供設備臺賬管理，支持設備的分類管理，具有設備圖片上傳、設備檢定/校準、期間核查、維修時間等管理及預警功能；提供設備狀態、日志的管理；支持設備附件的上傳。

（11）樣品庫存管理模塊。主要功能為：支持對收樣入庫、檢驗員領樣、分樣、檢驗員還樣、歸還客戶、損耗登記等操作的管理；支持樣品與庫存信息自動關聯；具有樣品領用清單的打印，以及對樣品檢后處理方式的管理功能。

（12）客戶管理模塊。主要功能為：提供客戶檔案信息的管理，支持客戶分類管理，包括客戶聯系方式管理、客戶歷史業務管理等。

（13）二維碼模塊。主要功能為：支持報告打印二維碼，報告二維碼防偽查詢，以及樣品標簽打印二維碼等。

（14）外網查詢模塊。主要功能為：支持客戶遠程查詢報告，以及客戶遠程查詢業務進度。

（15）微信對外服務模塊。主要功能為：支持檢測進度查詢和檢測報告查詢等。

（16）大屏顯示功能模塊。主要功能為：支持試驗室基本情況、業務范圍、設備狀態、任務情況等信息的展示；支持宣傳圖片的上傳及播放，可滾動字幕播放和翻頁播放。

3.2 智慧試驗室三維管控系統

檢測試驗室通常場地較大，設備類型多，在CNAS認可準則的CL11 條款中明確規定需要對試驗室的環境條件進行監測，對設備電源質量進行記錄，試驗時要確保設備接地狀況良好。為更好地進行試驗室管理以及滿足試驗、安全的規范要求，該智慧試驗室配置有三維管控系統，其主要功能模塊包括：管控軟件、大屏顯示、檢測設備狀態、安全防護預警、試驗室環境監控、視頻監測、人員定位與貴重樣品和儀器定位等，具體功能如下：

管控軟件：對采集信息進行分析、判斷、統計，并以各類圖表形式展示，全面掌握動態信息，實現對試驗室的監測和數據存儲。

檢測設備狀態顯示：顯示主要檢測設備的工作狀態，檢測設備的故障報警、檢測設備的位置信息等。

安全防護預警：管控系統實時監測傳感器采集的安全防護數據，當某一數據超過設定閾值時，可立即在大屏顯示報警信息，并將該信息同步發送到相關管理人員手機上。

環境監控：實時采集室內的溫度、濕度、空氣質量等環境參數，并數據進行過濾、校驗和處理，同時根據預設的控制策略，對試驗室內的空調、加濕器、除塵設備等進行控制和管理使室內環境條件滿足試驗要求。

視頻監測：由攝像、傳輸、存儲、控制、顯示五部分組成，視頻設備采集的圖像、聲音、報警等全部信息能在監控管理平臺的顯示設備上多方式實時顯示，能體現監控信息與其物理位置的對應關系，并具有可追溯功能。

室內定位：采用室內定位技術，實時精確地定位試驗人員、樣品、設備的位置，實時將人、物的位置信息顯示在監測大屏上，進行安全區域管控、人員在崗監控、樣品實時軌跡監控。定位精度達到10 cm 級，極大提高了試驗室的管理水平。

4 結束語

安全是電力企業的第一生命線，電力安全工器具是保障電力生產安全的重要基礎。通過開展電力安全工器具試驗，能夠進一步保障電力安全工器具的質量，為電力工作人員的作業安全提供更好的保障[1]。安全工器具智慧試驗室管控系統將人員、設備、材料、實驗等要素結合，將各業務流程有機統一，從軟件、硬件、基礎設施等方面實現全方位管理。通過物聯網、大數據等新一代信息技術，使得試驗數據、設備管理數據、材料管理數據等實現由人工紙質記錄到無紙化線上錄入的轉變，對影響檢測數據和質量的關鍵因素進行嚴格管理和控制，使之符合試驗室標準化管理規范要求，保證了試驗檢測的真實性、規范性和可溯性，達到提高試驗室分析檢測水平、確保檢測數據準確可靠、提高設備利用率、控制和降低實驗成本、完善試驗室質量管理體系之目的，切實提高了試驗室的信息化水平[2]。