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基于設備感知的變電站現場標準化作業遠程交互系統

2015/10/08

    1.概述
     隨著變電站自動化程度的提高,操作隊所管轄的無人值守變電站越來越多,其管轄范圍的擴大,給減員增效帶來了現實的難度。操作隊工作過程中,不再像原來有人值守的情況下,值班人員對本站設備的工況和環境了如指掌。在這種情況下,進行變電站現場工作,存在著較多方面的危險性和無法預知的安全隱患。同時,電力系統一直在推行標準化作業制度,而標準化作業在管理上的嚴格性和復雜性,使其很難在實際工作過程中得到徹底的貫徹,其中,很大一部分原因是由于缺乏良好的控制和實施標準化作業的技術手段。
雖然目前變電站現場標準化作業在某些方面有了一定的進展,但也只是在某項特定的工作中進行了由計算機系統支持的標準化,例如:巡檢系統。而基于設備感知的變電站現場標準化作業遠程交互及防誤系統,則較全面解決了現場標準化作業存在的問題。它建立在先進科學分析技術基礎之上,對各類作業進行智能的監護、管理措施的執行和流程的控制。同時,利用通訊技術實現遠程的交互和跟蹤,以及一些離線信息的遠方同步,使遠方監管人員能通過本系統實時跟蹤、了解現場的情況,更好的協調多個班組進行工作,也可通過標準的流程管理控制現場作業。
    2.系統架構和應用功能
    2.1系統軟件架構
    該系統分為三部分:變電站后臺操作安全約束分析系統、標準化作業流程控制系統和PDA遠程交互系統。
   (1)變電站后臺操作安全約束分析系統:接收實時數據,進行設備工況的判別和操作安全約束分析;
   (2)標準化作業流程控制系統:實現現場工作流程編制、控制和跟蹤;
   (3)PDA(移動智能終端)遠程交互系統:PDA作為現場工作人員的手持終端,通過無線局域網實現各項數據(包括:設備實時工況、圖形、分析防誤、操作票內容、標準化作業流程等等)和工作狀態的交互。
    2.2系統硬件架構
 
    ⑴ 在變電站層,由于PDA和變電站后臺操作安全約束服務之間通信,數據量大,實時性強,需要搭建無線局域網來實現。
    ⑵ 而調度層和變電站層之間的通信數據量較小,但距離較遠,可以考慮多種通信方式。 如:局內專網、數據網等。
    ⑶ 變電站中各設備,則裝設超高頻RFID電子標簽,一般PDA進行非接觸式識別。在允許的情況下,也可對各安全工器具裝設電子標簽,便于安全工器具的出入庫管理。
注:圖中調度層虛線框中的部分不屬于本系統范疇。
    2.3系統應用功能
    2.3.1變電站后臺服務功能
    智能操作安全約束分析:用于及時分析現場的智能手持終端通過無線網絡發送過來的就地設備操作,它將利用全網的拓撲模型和實時數據,智能的進行安全分析,并在線的將分析結果返送給手持終端,用以約束現場的操作,從而將以往單站、單間隔的操作約束分析提升到面向全網的操作約束分析,進一步提高了對電網操作的安全性。
    智能操作票:提供操作票的擬票、審票等全方位的流程管理,它在一次接線圖上直接進行全自動的智能擬票,使得操作票不僅僅是文字描述,更能被系統所識別,為對操作票的安全約束分析提供了基礎。同時它給遠方的手持終端提供了下載服務,可通過無線網絡將操作票傳送到手持終端中,在實際操作時,智能操作票服務將對現場的就地操作通過操作票進行全方位的約束,防止出現如跨步、誤入操作間隔、誤選操作設備等誤操作的發生。
    實時的設備關鍵特征分析:對現場巡視的設備進行關鍵特征的分析,它的分析是在實時的數據基礎之上的,這些輔助決策性的分析將防止現場巡視人員因為對設備工況的不了解而造成的一些電網事故。
標準化作業在線監管:將全面的對現場的標準化作業進行在線監管,防止操作人員因人為的疏漏而出現的漏項、一個工作尚未完成就進行下一個工作等情況。并通過無線網絡技術獲取現場工作的工作狀況,以圖形化的方式展現現場的實時工作狀況,給決策者提供準確信息。
    設備巡視和缺陷跟蹤:按照巡視路徑,設定巡視順序,進行常規巡視工作。同時,在非巡視狀態下,發現設備缺陷,也可及時記錄或通過遠程通訊上報,并可同缺陷管理系統結合實現缺陷的跟蹤。
 
    2.3.2手持移動終端功能
    手持移動終端主要為現場的操作人員配備使用,并通過WLAN與變電站后臺操作安全約束服務器上各項服務進行實時的交互。其主要應用功能如下:
    通過WLAN與變電站后臺的服務進行數據交互(包括:標準化作業流程狀態、現場操作的安全約束分析結果、智能操作票、設備的實時狀態、設備的實時關鍵特征、設備的掛牌、掛地線等);
    將操作設備間隔圖在PDA上顯示,并實時的同步設備狀態;
    利用RFID技術智能識別設備和器具;
    使用TTS技術進行智能語音報警;
    實現地線、標識牌等離線信息的在線管理。
    3.技術特點
    3.1 構建在線的標準化作業流程控制
    傳統的電力系統的標準化作業,由相關人員制定標準化作業的流程化的工作任務后,由實際操作人員到現場進行操作,其操作是否正確只能靠相應的管理規定來約束,無法利用合適的技術手段來實際的跟蹤現場人員的操作情況。
    本系統將構建在線的標準化作業模式,智能終端設備將實時在線的與遠端的服務進行通信,動態的刷新各個流程作業的狀態,并且與遠端的流程分析服務進行交互,獲取當前的分析結果,來一步步的進行操作。
 
    在智能客戶端方面,我們采用PDA來控制現場的標準化作業流程,其主要涉及到危險點分析、安全工器具、操作票執行、安全措施等方面,它將采用電子化的方式進行流程控制,提高了工作效率的同時,也規范了作業的流程,從而將現場作業的防誤從操作上的防誤上升到流程上的防誤,從而整體上提升防誤的層次,進一步提高現場操作的安全性。
    在服務端方面,主要負責標準化流程作業的編輯和執行。在編輯模塊中,我們將創建標準化流程,并進行相關危險點和安全工器具的編輯,并對危險點庫的添加,刪除,修改,同時進行安全措施的綁定,而且對安全工器具庫的配置和管理,并記錄需關聯的操作票,在執行階段將處理分析所有的執行單元的狀態,得出確定的是否可執行的消息以便反饋給客戶端,知道客戶端進行操作。
    3.2 基于流程圖的約束分析
    本系統中的流程約束應用在標準化作業中,它通過圖形化的方式定制流程約束關系,將標準化作業中的各個執行模塊串接在一起,形成嚴格的約束機制,在系統中,我們可完全通過圖形化得方式定制、分析、瀏覽流程約束關系和流程狀態。
    3.3 基于RFID的智能識別和感知技術
    在電力系統的生產過程中,誤入操作設備、誤選操作設備極易引發惡性事故,本系統采用先進的超高頻的RFID技術,最遠能在4米的范圍內對RFID標簽進行掃描,并將掃描到的信息通過無線網絡傳送到遠端的服務器,由遠端的服務器來對設備的狀態進行智能識別,并立刻發送給手持智能終端,手持智能終端上使用智能語音技術對設備的工況進行提示。在執行操作票時操作人員能利用RFID來防止誤入操作間隔、誤選操作設備、跨步操作等惡性事故。
    當作業人員在進行巡視或檢修工作時,能通過基于RFID的智能感知技術,隨時將設備的相應信息告知作業人員,從而防止“因一時疏忽,檢修時誤入帶電間隔”的類似惡性事故的發生。如下圖:
 
    3.4 操作時的在線雙機監護
    在進行現場操作時,特別是就地操作票的操作,一定需要在監護人到場的情況下才能執行,以往都是通過管理手段進行監管,沒有合適的技術手段來對操作時的監護情況進行監管。
   本項目中,操作人和監護人都手持PDA到現場工作,操作人在每進行一步操作時都將操作的信息發給監護人進行確認,如果在系統中的無線網絡內找不到監護人上線,將無法進行任何操作;如果在操作的過程中,監護人不確認某項操作,操作也無法執行下去,從而用技術的手段提高了雙機監護的可控性。
    3.5 操作時實時智能約束校驗
    在現場就地操作時,操作人員都可以通過PDA發送操作指令到變電站的后臺操作安全約束分析服務進行安全分析,安全約束分析服務使用實時數據在線的分析PDA發送過來的操作指令,并將校驗分析的結果實時的返送到手持的智能終端,提醒操作人員操作可能帶來的對電網的危害。如需要進行倒電源操作時,通過變電站本站信息無法確定變電站是否還有備用電源時,可在PDA上進行模擬操作,從而得到操作后的影響,如下圖:
 
    系統提示操作后全站停電,現場作業人員需聯系備用電源點側設備是否處于運行狀態,從而確定是否能進行倒換電源的操作。
    3.6 操作時的流程控制約束
    工作人員手持PDA到現場進行操作時,將從遠端服務器下載相應的操作票,工作人員對應著操作票進行操作。同時PDA自帶的RFID讀寫器將進行RFID掃描,得到RFID編號,并發送到服務端,服務端將智能的根據RFID的編號和當前執行的步驟進行判斷,是否誤入操作間隔、是否誤選了設備、是否進行了跨步操作,從而起到智能約束的作用。將實時系統約束和操作流程約束結合起來,更好的保障電網操作的安全。
 
    3.7 設備關鍵運行狀態特征的提醒
    在現場作業時,操作人員都可以通過PDA發送設備的RFID識別碼到變電站的后臺操作安全約束分析服務進行關鍵特征分析,并將分析的結果實時的返送到手持的智能終端,為操作人員的下一步操作提供參考建議,特別是如“設備接地,禁止合閘”等操作人員非常關心的信息,及時的反饋給用戶,保障電力生產的安全。
    3.8 離線信息的實時在線管理
    在檢修的過程中,操作人員可能會掛接一些臨時地線,系統可以通過PDA的間隔圖,在操作人員指定的位置設置地線,并實時的傳送到變電站后臺的操作安全約束服務上,同時通過專用網絡傳送到調控中心的調度指揮下令的服務中,從而形成一體化的離線信息的實時在線管理,并在各級防誤分析中將地線、標識牌信息作為分析的一個因素進行分析。 
    3.9 基于TTS語音告警和誦讀
    各類校驗結果和關鍵運行狀態識別的提醒均采用TTS語音同時在操作人PDA和監護PDA上同時發出語音,使相關人員同時了解當前工作可能存在的問題,語音的提醒是工作人員的一種強迫式信息接收方式,避免工作人員錯看文字和人為判斷的疏忽的缺陷。對工作內容也可以TTS語音進行誦讀,避免發音不準或方言而帶來的理解錯誤。
    4.系統擴展應用
    隨著自動化系統的水平越來越高,變電站內一次、二次設備改造得越來越穩定,變電站后臺直接操作設備的幾率越來越大,本系統完全可以利用無線網絡,與變電站后臺結合在一起,通過PDA直接操作設備,在PDA上實現遠方的順序控制,并在控制的同時,進行全網的分析防誤分析校驗,從而提高電力生產效率的同時,保障了安全。
    5.總結
    變電站現場工作標準化作業遠程交互及防誤系統利用了多項先進技術,從而實現了變電站的在線標準化作業流程,加強了變電站現場作業的管理,并且共享了集控中心或調度的一體化通用防誤模型,將使得電力操作更加安全可靠,同時對于標識牌、地線、工作流程狀態等信息的實時在線管理,進一步加強了現場操作的管理。并在未來可以考慮與變電站后臺結合在一起,在PDA上實現遠方的控制,在保障操作安全的前提下,提高電力生產的效率。

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