电力安全工器具智能管理系统的研发及应用

侯 峰，王永亮，李秀广，刘世涛，刘 勇

(1.国网宁夏电力有限公司培训中心，宁夏 银川 750011；2.国网宁夏电力有限公司银川供电公司，宁夏 银川 750011；3.国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011；4.西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，陕西 西安 710049)

电力安全工器具种类多、数量大，取用归还频繁，使用过程中的损耗程度难以统计，采用传统的纸质出入库登记管理办法，工作量大，效率低下，容易发生现场遗失、放置不到位等现象。另外，安全工器具必须定期开展外观检查，以及在规定周期内，送至有资质的机构进行试验检测[1]，若不合格则严禁使用，而不同种类的安全工器具的试验检测周期是不同的，比如绝缘手套为6个月，令克棒12个月，安全帽42个月等，尤其是用于带电作业的安全工器具保管标准要求高[2]，检验周期短。目前，缺乏高效的管理工具和手段，精准闭环管控缺失，时常发生未经检测使用或者超出试验合格周期依旧在用的现象[3]，对电网生产和人员人身安全造成很大隐患。为解决以上问题，研发了电力安全工器具智能管理系统，该系统以大数据库为管理中心，基于“云平台”自动模式识别技术，实现各个安全工器具身份标识、位置信息、出入库记录、损坏报废标记以及超过检测周期警报提示等功能[3]。通过企业现场应用，构建电力安全工器具标准化管理体系，有效地提升了工作效率，保障安全生产。

1 系统研发

1.1 建立大数据库

电力安全工器具智能管理系统所有功能延展的基础是大数据库，按照中心控制、边界开放的应用要求，采用“库表扁平、读写分离、主外键并发控制”的设计原则，构建大数据库功能，结构设计如图1所示。

图1 大数据库设计

首先，每个工器具作为最小管理单元，拥有唯一身份表示，在窗口中展现为独立图标，除历史记录外，还包含型号、编号、生产厂家、出厂日期、入库时间、校验周期、试验日期和放置位置8项重点信息，按照3层5大类45小类设定大数据库表。以Key/value无结构化数据存储为链路轨迹[4]，提升数据更改容错率和搜索查找速度。

其次，依托MapReduce框架下空间数据仓库关联规则，设计上实现了被管理单元图像实时变化，绿色亮表示该工器具可用，红色亮表示未检查或定检超期，黄色亮表示已报废，灰色亮显示已出库，蓝色亮为备用物资，工器具以个体图标形式展现，人性化的交互界面设置，实现“一键式”查询操作和多维度组合定位。

最后，由于电力安全工器具“分级实施，归口管理”的全寿命周期管控要求，大数据库中级主、外键基本表配置为第三范式(3NF)，各级架构契合全过程信息管理[5]，各单元分层分类，个体防护装备、绝缘安全工器具、登高工器具、安全围栏和标识牌同时进入分配集群纳入管控范围，融合MapReduce大数据管理技术[6]，构建基本绝缘工器具、带电作业工器具、辅助绝缘工器具的核心管理模块，编写校验Hadoop底层程序，逻辑如图2所示，自动扫除冗余数据，完善信息迁移流畅及数据库链路安全。

图2 大数据库存储自校验逻辑

1.2 开发取用自动感应模块

基于大数据库进一步开发取用自动感应模块，包括使用人指纹识别登陆、工器具向导指示，出库感应扫描和入库感应扫描4个部分，各部分逻辑如图3所示。

图3 取用自动感应模块原理

首先，借助数据库底层链接支路的多维化选择，开辟MinMapReduce分支，嵌入所有使用人身份信息，完成个人口令和指纹双重识别管理，使用频率决定了HBase数据访问方式和优化模式。

另外，工器具向导指示部分采用信息物理融合的组合和分析机制，移动端路径示意和场地声光系统共同作用，人机互动，准确定位。出入库自动感应是建立在图像识别技术基础上的条形码扫描检测单元，实现光学影像、数字和条码信息的三合一。同时，开启虚拟构象记录，整体架构采用Matlab工具进行模糊逻辑设计，在大数据库中通过人工智能神经元的持续诱导和信息积累，取用和归还两个应用场景的比对一致性将作为最终判定算法，保证了识别的精准度。相关信息实时反馈至数据库中，引导MapReduce复归，完成系统中安全工器具使用情况和出入仓库登记，动态更新数据库信息，实时上传至“云平台”，实现多端口“UTC广播效应[7]”。

1.3 构建智能告警体系

智能告警体系是电力安全工器具智能管理系统关键组成部分。作为重要安全管控屏障，为保证此项功能的数据信息全面准确、告警及时可靠，设计有聚族索引、专锁专用的分割表及链路层，以“安全可靠、合格有效”作为记录和维护实施原则，配置专门的管理员权限，根据政策变化，及时更新，监测每类安全工器具的检查和校验周期。逻辑设计套用传统的LEC法安全风险评价模型[8]，如图4所示，由“周期触发值”引导每日零点扫描，自动模式识别到未定期检查以及超过校验周期的安全工器具[9]，红色警报提示，并配置有登陆后置顶弹窗，智能安全管理无死角。

图4 智能告警体系程序设计

告警体系配置以蜂鸣警报，并通过人机界面窗口显示，如图5所示，黑色虚线框中亮红色背景的图标为报警提示，“云平台”即时响应，自动出库感应模块失效，警报窗口显示送检校验。同时，管理系统记录每个工器具使用程度[10]，形成历史数据库，形成状况监视、健康评价、趋势预警和自动报废为一体的智能告警体系。

图5 智能告警显示

1.4 打造分布式虚拟平台

电力安全工器具智能管理系统以大数据库为“管理核心”，独立服务器作为支撑，应用B/S架构，完成用户端浏览器的即时上线登录，将中心管控和点对点应用以扁平化链接的形式呈现[11]，从而实现了电力安全工器具物联网平台和“一体化”管理系统对接融合。

首先，为了操作性和延展性满足高端对象Java ASP开发分布式虚拟端网页服务，依托控制单元小组进行“互联网+”功能扩展[12]，打造共享型的区块链云平台，支撑移动端登陆，查看数据库，提请预约等功能。

其次，智能管理系统加入权限控制，由超级管家添加不同角色成员，用户浏览/增加/删除由不同权限完成，每个用户所做的变更均可同步体现数据库所在服务器终端，采用FPGrowth和KNN算法建立模型[13]，开发大数据的标注和分析能力,提高了存储和检索效率，同时增强了取用分类的准确性，分散区块链动态接入虚拟云平台，数据实时备份和保存，减少因场地单机服务器程序损坏造成的损失。

最后对分布共享和中心“大数据库”进行重组结合，构建多层级、多端口协同评价的智能管理机制。通过功能研发和深化应用，打造基于“云计算”的泛在物联模式，以管理平台为中枢，各个安全工器具为物理单元，身份信息和使用数据为信息基础[9]，固定的客户端和移动的客户端为应用端口，提高系统大数据库应用效率。

2 应用效果

电力安全工器具智能管理系统构建了开放、共享的云平台模型，建立了标准化的管理应用体系，在国网宁夏培训中心试运行2年，取得了显著的经济和安全效益。

(1)确保电力安全工器具全寿命周期管理，由分散布置升级为系统集中统一管控[10]，避免不同作业场地安全工器具的重复配置，总数量由1 136件降至511件，减少了约55%，有效缩减购置成本。同时，每年可减少相应的试验检测费近3.5万元，节省维护资金，提升企业资源优化配置效率。

(2)与传统的书面记录相比，系统开启安全工器具“无纸化”出入库登记模式，用户指纹快速登录，结合移动端预约操作，智能感应，取用和归还平均时间缩短了2/3，工作效率显著提升。以绝缘杆出库时间为例，与纸质登记方式相比，出库操作时间减少了79 s，如表1所示。

表1 绝缘杆出库时间统计

(3)分布式区块链技术支撑平台数据的实时更新和资源共享，数字化提升管理效率。大数据库分层、分类管理和历史记录回溯功能，便于集中统一管理和定期检查电力安全工器具，提高管理人员效率，每月定期外观检查时间平均减少了42 min。

3 结 论

(1)针对电力安全工器具传统管理中存在的库管效率低、安全漏洞多、人为因素干扰等问题，研发了电力安全工器具智能管理系统。该系统有强大的数据库，配置了取用自动感应、智能告警和“互联网+”分布式虚拟平台功能，提升了安全工器具管理的规范性。

(2)系统中各个管理单元组成全寿命闭环体系，自动感应扫描和智能告警提示功能，信息链路及时反馈，有效避免现场违规使用电力安全工器具事件的发生，夯实了安全基础，提升了管理质效，助力电网安全生产目标任务的实现。

(3)电力安全工器具智能管理系统性能稳定，拥有良好的扩展性和兼容性，建立了完备的管理制度和流程，对电力企业安全工器具高效性、标准化管控具有重要推动作用，具备较强的推广应用价值。