摘要：本文针对变电站检修中需设定围栏、标牌、专责监护人，作业人员主观意识薄弱构成安全隐患等因素，提出了一种基于物联网架构的智能检修报警系统设计方案。参照物联网四层架构体系，即感知层利用激光传感、振动检测技术代替围栏，传输层基于网关实现系统信息交换，服务层设置变电站检修任务模板数据库，应用层通过Android平台实现人机交互。本系统实现了变电站检修的专业化、智能化，提高了检修工作的效率、现场作业的安全性。
关键词：变电站检修；物联网；激光传感；人机交互
目前，防止运维人员走错间隔、误碰、误动、误操作事故的措施主要包括规范操作、围栏隔离、挂牌提示等。在设备运维过程中必须严格遵守《电业安全工作规程 》中的工作票制度[1]、工作许可人、工作负责人必须到现场等规定。上述规程规范了检修人员的活动范围以及操作过程，但这些均建立在检修人员主观能动性基础上。
采用智能检修报警系统，可通过激光模块设置虚拟围栏[2]代替现有的安全围栏；振动检测终端针对单装置检测振动，在区域中划分出勿动装置；管理人员可利用客户端实现对检修区域报警数据的统计分析。该系统提升了变电站检修工作效率，尤其是采用硬件设备管理检修工作，弥补了作业人员由于主管意识欠缺而产生安全漏洞或隐患。当工作人员误入区域时，检测终端设备发出声光报警，提示误入人员立即离开危险区，并及时将报警信息传递给相关监督管理人员。
1 系统整体设计
根据物联网四层架构系统，系统由下至上分别由感知层、传输层、服务层和应用层构成，其结构[3]如图1所示。
图1 变电站智能检修管理系统结构示意图
感知层主要通过在变电站墙体和设备上安装激光感应传感器、在柜体上安装振动检测装置等方法获取误入、误动等告警信息。告警感应端均配有WiFi模块，利用无线电磁波信号实现数据信息传播，无需考虑布线等问题，便于安装。
传输层主要设备为网关，具有较强的硬件支撑性能，是系统上下层数据的交换枢纽。向下通过WiFi与检测终端相连，将获取的检测设备信息打包发送至客户端。向上与客户端数据交换亦采用WiFi通信方式，网关每200ms将每个检测模块的信息采集一遍，并进行打包传输给客户端。客户端通过网关将告警管理信息、检修区域管理信息等内容发送给检测终端。
服务层实现对现有数据进行处理与存储，为上层应用建立高效、可靠的技术支撑平台。服务层主要包括变电站装置分布数据库、检修模式数据库和告警解析数据库。变电站装置分布数据库提供了典型的装置分布模板，经简单修改即可应用至新的变电站；检修模式数据库立足常用的检修模式，并配合站内装置分布数据库划分检修区域；告警解析数据库完成与网关的数据通信、采集、解析及保存等工作。
应用层的设计主要是面向用户，解决用户端信息处理和人机交互等问题，利用经过分析的感知数据向用户提供丰富的应用功能。
2 系统功能模块介绍
该系统主要有系统管理、实时检测、检修报警、数据报表等功能模块，如图2所示。功能模块在各客户端Android平台的APP上实现。
2.1 系统管理
系统管理功能在变电站首次使用该系统时实现初始化。在客户端上建立模拟变电站装置的分布图，并将检测终端映射到分布图上，在报警发生后可快速地定位报警地点。检修区域的划分可根据实际情况在系统中打开检测终端。变电站装置分布图和报警区域都可以保存为模板，供下次直接使用，也可对系统用户权限进行管理。普通用户只可查看相应信息，而系统管理员可进行相关操作。
2.2 实时检测
实时检测既可用于查看报警区域，也可用于监视检测终端的工作状态。
图2 智能检修管理系统用户功能模块示意图
2.3 检修报警
1）预警管理
系统设计了系统报警、短信报警、声光报警等3种方式，以保证报警信息能及时传达至变电站管理人员。系统报警在客户端上以弹出窗口的方式通知值班及管理人员，短信报警是通过手机短信将告警信息及时发送至报警联系人，声光报警是通过客户端上的蜂鸣器和指示灯提示现场人员。用户登录系统后可以对报警策略、报警重发时间、报警联系人通信录等内容进行设置。
2）报警处理
当弹出报警页面时，管理人员可对告警信息进行处理。在报警信息解除后，报警信息自动存入历史报警数据库，包括报警时间发生的时间、编号、报警地点、报警类型等。
2.4 数据报表
通过数据报表可查看报警历史记录，对报警历史记录进行数据整理、导出或删除。
3 报警模块设计
报警装置采用区域告警和单装置防误碰告警相结合的报警模式。变电站检修分为一次检修、二次检修、全站停电检修、部分设备停电检修，可利用激光报警模块设置相应的禁入区域、或在操作中需保持安全距离的高压设备。通过振动报警模块可在工作区域中设置可操作装置和非操作装置，两者结合可以解决大部分现场告警区域的划分。
激光报警模块采用感光技术实现检修区域划分，当人体通过告警区时身体遮挡激光，感光模块失光报警。振动检修报警模块采用加速度传感器芯片，贴放在柜门处，当柜体被作业人员误动时即可发出告警。当激光报警终端与振动检测终端，在发出声光报警提示的同时，将发信息至客户端，及时提醒运维管理人员迅速处理现场问题。
4 应用及结论
智能检修报警系统及装置在初步设计与研发后，在部分变电站进行了现场测试、应用与推广。现场测试中，当有人员误入、误动或误操作时，系统立即启动告警，在各系统终端产生声光报警，并将信息发送给有关运维人员，实现了现场违章行为的预控与处置。经验证，智能检修报警系统可有效解决因作业人员安全意识欠缺而导致的安全隐患或事故，进一步提升检修人员的工作效率，减轻现场人员的劳动强度。基于物联网四层架构的变电站检修智能报警系统方案，是物联网技术、信息技术在电力生产领域的成功应用范例，该技术在保证电力生产安全的同时，也促进了变电站检修工作效率的提升。
参考文献：
[1] 蔡树人，胡代舜，陈其祥.电业安全工作规程[M].北京：中国电力出版社，2004.
[2] 党安明，张钦军.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2002.
[3] 钱志鸿，王义君.面向物联网的无线传感器网络综述[J].电子与信息学报，2013，35（1）：215-227.
作者简介：
李文书（1976-），男，江苏涟水人，高级工程师，主要从事变电安全管理工作。
论文作者:李文书,李煜,张晶,邹宇,郑星
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/10
标签：变电站论文; 系统论文; 终端论文; 装置论文; 区域论文; 人员论文; 客户端论文; 《电力设备》2017年第34期论文;