基于物联网的变电站智能运维辅助系统

廉 颖，叶苏林

（国网宁夏电力有限公司中卫供电公司，宁夏 中卫 755000）

1 变电站智能运维辅助系统网络结构

1.1 感知层

感知层主要包括各种传感装置，这些传感装置安装在设备屏中，如声光告警器、声音传感器、二维码标签、人体传感器和柜门传感器等，主要作用是完成实时设备状态的感知。传感器完成相关信息的采集后，会将信息传输到服务器进行处理，并通过二维码和声光告警将信息传达给工作人员[1]。

1.2 传输层

传输层分为核心层和接入层，主要作用是完成传递和控制信息的工作。在本次系统设计中选择了无线传感器，在组网时利用ZigBee协议，感知层数据通过无线网关接入，利用综合数据网和电力光纤传输网络向服务器传输数据。

1.3 平台层

服务器主要负责接收、存储、清洗、计算并分析来自各种传感器的数据，然后在时间序列数据库中存放最终结果。

1.4 应用层

应用层以手机移动应用和Web应用为主要内容，借助云平台获取计算结果，同时，实现各应用系统的有效连接，如生产管理系统等，能够监督和了解设备的运行情况，能准确分析检修过程中产生的数据，完成检修过程记录，并在终端中展现最终结果。

2 系统硬件架构

系统硬件架构如图1所示，系统主要包括各类传感器，主要目的是为了完成站端信息采集，包括用于设备监控的人体传感器、在机柜门安装的柜门传感器、用于视频信息采集的摄像头以及能够完成声音记录的声音传感器[2]。无线传感器在组网时利用ZigBee协议，现阶段常规传感器的电池能够达到2年左右的续航时间，而定制版可以将续航时间延长一倍，正常情况下只需更换两次电池就可以达到设备的设计生命周期。

图1 系统硬件架构

喇叭和麦克风是一个组合，因为需要较大的耗电量，在供电时使用有线供电的方式，出于安装空间方面的考虑，建议只在一列屏中安装一套。主要作用就是完成设备运行声音、非授权工作录音以及现场安全交底录音的记录，当存在异常情况时能够发出声音警示。可以将一套功率较大的喇叭安装在机房里，当有违章作业时会发出明确的告警。应明确划分告警声音的等级，当只是工作区域屏门打开错误时，只需要发出相应的声音完成提示，而当非允许工作设备的人体感应区域感应到工作人员进入后，必须让喇叭发出更大的声音，从而达到警示工作人员的目的。

每个机房都需要完成无线网关的配备，当机房拥有较大的面积并且无法满足信号覆盖要求时，可以适当增加无线网关的套数。

在设置系统硬件时可以借助两套LED灯完成设备状态的显示，其中一套负责设备运行状态的显示，另外一套负责设备工作状态的显示。设备状态正常和故障分别用绿色和黄色灯光代替。工作人员工作时，相邻屏会快速闪烁红色灯光，工作人员接收到视觉提示，可快速、准确地找到工作区域。若工作人员已经得到工作票但是没到规定工作时间，则显示预约状态；若可以打开柜门但未被允许作业，则显示巡视状态；若柜门可开且可作业，则显示检修状态。

出于保护工作手机信息安全的目的，工作手机不可以连接公网和插入SIM卡，需要相关人员通过云平台和防火墙连接内网的安全网络，才能正常发挥查阅、调用数据、获得巡视权限、检修等功能[3]。

在设备、柜门、机房门上粘贴二维码，用于查询设备状态、申请工作权限，有助于工作人员规范作业，并有效避免误操作。

3 设备资源描述模型

物联网的实体设备来只有进行抽象描述才能被有效利用，与面向对象相结合，完成设备资源建模。主要对以下三个方面进行设备资源描述。

3.1 属性类信息

对设备本身属性进行描述，主要分为设备属性、资产属性以及位置属性。其中设备属性包括设备型号、设备说明书和设备板件参数等。资产属性包括投产时间、资产编号、生产厂商和生产日期等。位置属性包括序号、屏位和站点。

3.2 状态类信息

主要完成操作者反馈状态、传感器采集状态、设备工作状态等信息的记录。其中，操作者反馈状态包括检修中、巡视和预约。传感器采集状态包括冷备用、热备用、故障和正常运行等。设备工作状态包括检修、运行。

3.3 历史信息

历史信息包括定检记录、运行记录和状态记录。定检记录为验收记录、定检人员和定检记录。运行记录包括巡视记录、处理人员和故障检修。状态记录包括反馈状态、设备装填和工作状态。

4 实现业务功能

本系统以共享设备数据与信息为主要目标，最终目的是为了发挥安全辅助作用。

1）工作人员在设备巡视过程中，可以将设备柜门打开，但是不能动手操作设备。当异常操作情况存在时，相关的录音录像开始工作，并发出声光告警，同时安全督查人员将会得到短信通知。

在进入机房前，工作人员要使用手机完成机房门二维码的扫描，并且产生机房巡视记录。在这个过程中，人员权限信息会受到系统审核，在确认工作人员拥有相关权限后，机房喇叭会播放欢迎巡视等提示音，同时相关设备的开门权限也会开放。但是，当工作人员巡视权限不足时，并且有打开机柜门的操作时，将及时发出声光告警，并打开录音录像，同时相关的安全督查人员会收到短信通知。工作人员若是存在开关柜门的权限，当其身体与重要设备距离较近时，人体传感器会捕捉到这一行为，并进行告警以及记录相关信息。

2）当工作人员在非正确工作屏或检修时间作业时，系统中的录音、录像功能会开启。并发出声光告警，同时安全督查人员会得到短信通知。

工作人员需要办理电子工作票，并且使用工作票才能进入机房。在这个过程中，系统能够了解到工作票的各种信息，如检修范围、检修时间、工作位置等。设备屏上的设备状态将切换到预约检修状态。负责人可以在现场核实转变状态的工作屏位是否正确。在准许工作后，代表检修中的工作状态灯将亮起。工作负责人需要说出现场技术交底的录音，供麦克风记录，同时，摄像头也会完成照片记录。在上述工作完成后，相关设备和机柜上的人体传感器和柜门传感器将为工作人员开放权限。相邻屏会快速闪烁工作状态灯，对工作人员进行提示，有效避免工作人员找错操作对象。若是工作人员由于工作失误打开不正确的柜门，设备会发出声光告警。若是在声光告警后工作人员仍然继续作业，声光告警将会变得更加强烈，录音录像会打开，同时安全督查人员会得到短信通知。在完成检修工作后，系统会对相关柜门的状态进行检测。若是发现柜门没有正常关闭，会通过声光告警提示工作人员。若是设备门存在故障，工作人员可通过故障屏上的二维码做出故障标识。

3）当工作人员发现问题、处理故障时，能够借助系统完成相关厂商、说明书以及故障记录的查找。

工作人员需要完成设备二维码扫描，点击相关功能模块，如设备属性、历史记录等模块，完成设备故障记录及其他信息的查询，了解以往的故障处理人和故障原因，对比本次定检和以往定检记录。在这个过程中，工作人员能够了解设备使用方法、设备参数以及生产厂商电话等，当故障无法处理时，可以与厂商人员沟通，提高故障处理质量和效率[4]。

5 优化方向

通过本文构建的变电站智能运维辅助系统，能够有效整合各个部门和设备，使变电站设备检修工作的质量得到显著提升。

1）故障诊断与智能决策。在有效采集管理、组织设备检测信息的前提下，应该重视评估、分析、诊断设备运行状态的功能。通过有效结合自诊断信息和设备监测，能够深入了解设备信息之间的关联，并且通过共享各种信息，获取系统和设备运行信息，与设备检修和维护记录、设备权限相结合，能够准确分析和诊断变电站设备状态。

2）电子地图。在系统中应融入电子地图功能。在电子地图中清晰明确地展现故障发生地点，实时显示各种告警信息，在电子地图中可以通过红色光标显示告警点，有利于工作人员和安全督查人员快速锁定问题位置。

6 结语

本文以互联网技术为基础，借助传感器等设备，实现变电站哑设备向智能设备的转变，将安全管理系统、全程管控系统和数据采集处理系统等应用模块贯通，建立起基于物联网的智能管理模式，拥有实时智能报警、工作人员作业监控等功能，不但能有效约束工作人员作业行为，还能够为工作人员开展维修作业提供帮助，保证变电站设备更加稳定、安全地运行。