物联网和移动互联网技术在电力巡检工作中的应用研究

物联网和移动互联网技术在电力巡检工作中的应用研究摘要：通过引入移动互联网和物联网技术，使用RFID和Pad+Server搭建软件架构，建立标准化巡检流程，定义统一的设备缺陷库，从而实现变电站巡检的标准化、智能化和信息化，最大限度破解设备漏检、错检、判断不准确、信息传递不及时等巡检难题，确保电力设备安全、高效、稳定运行。关键词：移动互联网；物联网；RFID；变电站巡检；智能电网0引言变电站电力设备巡检工作是保证电力设备安全、提高电力设备可靠率、确保电力设备最小故障率的一项基础工作。目前，国内普遍采用的是人工巡视、手工纸介质记录的工作方式，这种方式存在着人为因素多、管理成本高、无法监督巡检人员工作、巡检数据信息化程度低等缺陷。高可靠性的设备是变电站正常工作的基础，综合分析、自动协同控制是智能变电站的关键，设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、检修状态化是智能电网未来的发展趋势，运维高效化是最终目标。智能变电站作为智能电网的重要组成部分，迫切需要通过可靠的信息化手段解决当前工作中存在的问题。智能标准化巡视系统是基于移动互联网技术的又一次创新性科技转化实践，智能标准化巡视系统针对巡检工作实际需要及特点，具有路线安排与审阅、内容智能检索、数据记录、缺陷和设备状态变化数据汇总报告等功能，能有效地了解、检查巡检工作状态，及时发现电力设备的缺陷及变化情况，提升电力设备运行安全性、降低生产运营成本、提高工作效率，具有低成本、轻便易操作等显著优点，可以有效降低人为因素带来的漏检或错检等问题。该系统使电力设备检修部门在巡检工作中首次实现了无纸化数据采集，同时使管理部门能有效监督巡检人员的工作情况，实现巡检工作标准化、信息化、智能化，从而最大程度地提高工作效率，保证了电力设备的低故障率及安全运行。1研究思路及方法总体思路以移动互联网和物联网技术为基础，建立标准化巡检流程，定义统一的缺陷库，搭建标准化的智能变电站巡检系统。物联网技术：使用高频RFID绑定设备，同时也关联了巡检流程和设备缺陷库。射频识别技术RFID(RadioFrequencyIdentification)是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，与传统的条形码相比具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点［1］。移动互联网技术：使用平板电脑作为巡检人员的巡检手持终端，构建Pad-Server的软件架构。服务器端的软件程序主要用于管理系统用户、变电站设备、巡检标准等基础信息。平板电脑端从服务器下载最新的巡检标准后，巡检人员将平板电脑携带到变电站，通过RFID准确识别设备，根据相应的巡检标准开展巡检工作，巡检人员将发现的设备缺陷记录在平板电脑中，巡检结束后将巡检结果同步到服务器，系统自动在服务器端进行汇总统计并生成Word版本的巡检报告和图形分析报告。标准化巡检流程：根据《220kV变电站设备巡视标准化作业指导书（范本）》的要求，所有巡检工作应严格按规定的巡视检查路线和巡视内容进行巡视，以此指导书为基础，通过梳理归纳，建立变电站标准化巡检流程14000余条（以乐山市电业局桥沟220千伏变电站为例），并固化到系统中。统一的缺陷库：虽然国家电网公司在2011年颁布了《输变电一次设备缺陷分类标准（试行）》，涉及的缺陷标准约6000条，但二次设备、通讯设备的缺陷标准均没有颁布。引入了标准化的管理理念后，针对每个厂家，每种型号的设备均编制了相应的巡检标准，将繁多的技术标准整理后固化进巡检系统，保证所有使用此系统的人员在同一标准下进行工作，从而解决了巡检标准针对性不强、标准不全和不统一的问题。以乐山市电业局桥沟220千伏变电站为例，定义缺陷47000余条。系统流程①平板电脑与服务器连接，从服务器下载设备库、巡检标准库和缺陷库；②平板电脑通过RFID电子标签识别设备，根据识别的设备有针对性地检索相应的巡检标准，巡检人员按照巡检标准进行巡检；③巡检人员发现缺陷后记录设备缺陷，同时向管理人员手机客户端发送缺陷信息；④巡检结束后将平板电脑上的缺陷数据上传到服务器；⑤在服务器端对缺陷进行汇总管理和统计分析；⑥待缺陷被消除后，将缺陷消除的情况记录在平板电脑中；⑦将平板电脑中的消缺信息上传至服务器实现缺陷闭环管理。2解决方案2.1软件模型（1）巡检周期：管理人员在后台服务器端设定巡检周期，将周期发布至平板电脑后，平板电脑根据巡检周期自动推算每一次巡检作业时间并提醒巡检人员。（2）巡检标准：针对每个变电站每个设备的每个部件进行编写，由专业人员编写完成，完全符合巡检作业现场的实际需求。（3）缺陷标准：将《国家电网公司一次设备缺陷分类标准》完全分解到每一条巡检标准中，发现缺陷后只需要选择即可，很大程度上解决了以往巡检人员对缺陷性质判定不准确的问题。通过平板电脑的照相功能将缺陷照片和缺陷自动关联，减轻了以往巡检完毕后需要将缺陷登记并将缺陷和照片逐一制作超链接关联的工作量。（4）记录分析：目前系统后台能自动分站、分间隔、分设备、分时间对缺陷进行统计和分析，生成缺陷趋势图和消缺发展趋势图；能对设备运行参数自动生成运行曲线进行汇总分析判断；自动统计每月巡检作业完成情况，具有巡检过程追溯功能。（5）巡视路线：采用向导式操作流程，巡检时必须按照设定的巡检路线进行巡检。（6）不同的巡视方式：国内首先采用平板电脑进行所有类型的巡检，多项技术通过查新为国内首创。（7）缺陷判断、分析：缺陷的智能辅助判断有效提升值班员工作效率，而且按照缺陷管理规范实现了设备缺陷的统计功能，检修人员在进行检修作业前只需将待检修设备的缺陷一键导出打印即可，减少了以往缺陷汇总统计的时间。（8）移动终端、手机客户端：发现严重和危急缺陷后，可立即通过程序向管理者发送缺陷信息，手机客户端可立即收到变电站的缺陷信息，有效缩短了以往大量的汇报时间，提升了工作效率；（9）定期试验、切换：流程化、标准化、可视化的定期试验切换有效减少了运行人员的培训工作，操作人员只需按照图文并茂的指导提示进行操作即可完成定期试验、切换，有效减少了误操作的发生。软件架构系统后台采用J2EE三层架构搭建，将整个业务应用划分为：表现层（UI）、业务逻辑层（BLL）、数据访问层（DAL）,具有以下先进性：易用性：前台采用JSP、Jquery等技术框架，拥有非常简单易用的控件、组件和灵活多样的布局风格。安全性：SpringSecurity的安全验证机制非常严密，利用访问决策管理器验证用户是否有权限访问相应的资源，精准快速。Mysql具有高效的备份机制，是系统安全稳定运行的保障。扩展性：深度集成了Spring技术，并且整合了其它优秀的开源项目，如SpringMVC、Hibernate、JBPM等，这项框架涉及到系统架构中的各个功能领域，并能轻松安装、拆卸，具有很高的扩展性。稳定性：J2EE体系的稳定性是基于Java的健壮性和虚拟机实现的一致性基础上的。一些J2EE部署在WINDOWS环境中，客户也可选择健壮性能更好的Linux操作系统，这是实时性要求很强的系统最理想的选择。关键技术RFID蓝牙电容读写设备设备使用蓝牙技术与平板电脑通讯、使用RFID技术与电子标签进行通讯，并具备电容笔功能，能流畅地在平板电脑上进行书写，具备以下优点：（1）能轻松操控电容屏幕的平板电脑，与手指操作相比，操作更灵敏、便捷；（2）快速扫描RFID电子标签，与自带RFID读写器的平板电脑相比，更适合长时间巡检操作；（3）超长续航能力，通过开发重写蓝牙通讯连接的算法方式，大大节省了电量消耗，可长时间巡检无需充电。实现了主动式电子标签感应与传统的被动式和半被动式标签不同的是，主动式标签本身具有内部电源供应器，用以供应内部IC所需电源以产生对外的讯号，这使得主动式标签拥有较长的读取距离和较大的记忆体容量，可以用来储存读取器所传送来的一些附加讯息。该技术将运用于本项目中，为项目提供更先进、记忆信息量更大的RFID技术。RFID中间件典型的射频识别系统由射频标签、读写器和应用系统3部分组成［2］。RFID中间件是实现RFID硬件设备与应用系统之间数据传输、过滤和数据格式转换的一种中间程序［3］，是RFID应用部署运作的中枢。它介于读写器模块与应用系统之间，将RFID读写器读取的各种数据信息，经过中间件提取、解密、过滤及格式转换，导入管理服务器，并通过应用系统反应在程序界面上，供操作者浏览、选择、修改和查询［4］。数据同步技术作为一套异构系统解决方案，设备终端与服务器之间的数据同步功能对于系统尤为重要，不但终端设备要向服务器同步巡检结果数据，而且服务器也要为终端设备同步巡检内容资料。为了解决好数据双向同步的问题，使用技术领先的pervasync［5］数据同步方案。特点：支持弱连接和子集同步结构。通过Pervasync提供的客户端可视化配置界面，只需在终端设备中对服务器中心数据库(CenterDataBase)服务器地址、中心数据库授权使用的用户名和密码进行配置，便可完成数据库同步参数设置。配置一次，系统自动保存配置信息，之后的每次操作都不用再关心配置问题。3解决问题①“标准作业流程”实现标准化作业的轻松落地；②“设备巡检标准库”有效解决针对性不强、巡检标准不全、不统一的问题；③“图文并茂的标准”解决巡检人员不熟悉设备和标准的问题；④“设备缺陷库”解决巡检人员缺陷定义不准确的问题；⑤“四大方法”有效解决了巡检不到位的问题。4实施效果及展望〖BT（2+1〗〖STHZ〗4.1“四大方法”提高运行人员巡检质量，减轻巡检人员工作负担〖BT）〗将巡视维护标准的执行流程完全通过科技的手段融入到了本系统中，各种流程通过后台软件自动执行，有效减轻巡检人员工作负担，提升工作效率。“四大方法”是：方法1：“一键上传”减轻后期整理时间；方法2：“优化巡检流程”节约巡检时间；方法3：照片和缺陷自动关联提高工作效率；方法4：“实时缺陷提醒”及时跟踪缺陷发展情况。4.2减轻了运行管理人员负担①智能工作计划安排；②缺陷的实时自动汇报让管理者轻松掌控设备缺陷；③强大的缺陷智能统计分析及管理功能实现对变电站缺陷的轻松管控。由于此系统有效地解决了巡检不到位、巡检标准不清楚、巡检人员缺陷性质判断不清楚等问题，使管理更加轻松，标准化落地工作得到有效执行，因此该系统也获得了乐山市、雅安市、眉山市电业局的高度重视和认可，正在组织推广实施；同时该系统也受到四川省电网公司和国家电网公司的高度关注，四川省点网公司和国家电网公司相关领导及部门多次听取该项目汇报并进行实地调研，对该项目给与了高度评价，并计划进一步考察以便于更大范围的推广。5结语通过引入前沿的移动互联网和物联网技术，智能标准化巡检系统帮助运行人员准确掌握标准、定义缺陷，切实解决了运行人员专业素质差异带来的工作偏差，确保及时发现并处理缺陷，并解决了巡检不到位、采样数据少、统计不准确等问题，从而保障了变电站设备的安全、稳定、可靠运行。变电站智能巡检系统的应用改变了传统变电站的巡视方式，是变电管理在标准化、智能化和信息化方面的创新。参考文献参考文献：[1]殷波，邓恒，樊大伟.基于条码技术的变电站巡检系统J].仪器仪表学报，2002，30（10）：58-60.[2]徐海猛.基于PocketPC和.NET平台的变电站巡检系统的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2006.[3]成修治，李宇成.RFID中间件的结构设计J].计算机应用，2008，28（4）：1055-1057.[4]赵黎.RFID中间件事件管理系统的设