一种基于模型驱动的电力巡检系统

一种基于模型驱动的电力巡检系统

王建勋马丽红刘大鹏王忠义周伟

（国网吉林电力调度控制中心吉林长春130021）

摘要：为了解决传统的电力巡检系统效率低下、数据容易出错、缺乏有效的监管等问题，提出一种基于模型驱动的巡检系统方案。通过研究基于模型驱动的界面开发原理，实现了巡检任务的自动生成；同时采用以Android系统平板为载体的手持巡检终端进行数据采集工作，规范巡检流程的同时提高了工作效率。系统试运行的结果表明，系统较好地达到了预期效果。

关键词：模型驱动；巡检系统；Android；手持巡检终端

Abstract：Tosolvetheproblemsintraditionalelectricpowerinspectionsystemsuchasinefficiency，fallibilityindataandlackofsupervision，weproposeaelectricpowerinspectionsystemwhichisbasedonmodel-drivenarchitecture.Inthispaper，westudythemodel-drivenarchitectureandrealizeainspectionplanautomaticgenerationmodule.Atthesametime，weimprovethestandardizationandefficiencyoftheinspectionworkflowbyapplyingahandheldterminalsubsysteminthedataacquisitionworkwhichisbasedonandroidsystem.Thepracticalresultsshowthatthesystemachievestheexpectationeffect.

Keywords：model-driven；inspectionsystem；android；handheldterminal；

0引言

电力系统作为整个社会发展的基础性支撑产业，其运行的稳定性显得至关重要。然而众多的电力设备需要长时间连续运行，大部分还架设在室外，容易受到高温、潮湿、强风的影响以及各种外力侵害，从而产生安全隐患，如不及时发现和消除，就可能会发展成为各种故障，对电力系统的安全和稳定构成威胁。

电力设备巡检[1]是有效保证电力系统安全运行的一项基础工作。巡检的目的是掌握电力设备的运行状态，发现设施缺陷和危及线路安全的隐患并及时解决，保证设备的安全和电力系统稳定运行。经过多年的发展，目前的巡检系统基本改变了传统的手工摘抄数据的模式，但依旧存在巡检过程及巡检项目不规范，巡检数据的质量很大程度依赖于巡检人员的专业水平，巡检结果没有量化的评分标准，难于对设备的健康状况进行评价等问题。

本文分析了传统巡检系统存在的缺点，运用基于模型驱动的软件开发思想，提出一种新的电力巡检系统，并进行了实际的工程应用，最后给出实施效果的总结。

1巡检系统需求分析

早期的电力设备巡检，由于技术等条件的限制，使得巡检环节上存在巡检效率低，难于管理等诸多不足，主要体现在以下几个方面：

（1）纸质记录、人工录入导致巡检效率差，错误率高

传统的电力巡检一般是管理者对巡检员下达书面任务，巡检员到达目的后进行巡检，并以纸介质方式记录巡视情况，然后再人工录入到计算机中。一方面增加了工作量，另一方面巡检的效果依赖巡视员的个人能力，巡检方法不规范有可能导致数据错误或漏填，只能依赖人工复核。

（2）巡检员到位率难以控制

缺乏对巡检人员的监管，容易出现不到现场而乱填数据现象，巡视质量不能得到保障，设备的安全状况亦得不到保证，留下了安全隐患。

（3）设施、人员无法准确定位

由于各个子站都在较为偏僻的地方，巡检人员亲自到现场巡视线路，设施、人员常常无法准确定位，经常导致设备、线路错检、漏检的情况发生，导致巡检效率低、效果不好。

（4）巡检数据缺乏定量分析

对于巡检回来的数据没有依据一定的标准进行量化分析，无法对设备的健康情况做出客观的评价。

由于上述问题的存在，在传统的定期检修模式下往往会引起对运行状况良好的设备不仅造成设备频繁停电或停运，而且耗费大量的人力、物力资源，而对于运行状况不良的设备，却可能得不到及时检修，从而影响电网的安全稳定运行；同时，巡检系统对巡检数据的分析、对设备运行状态的准确客观评价，将成为后续实施继电保护状态检修非常重要的一环。由于缺乏对相关要求的支撑，传统的电力巡检系统已无法胜任这些需求，新型巡检系统的研发势在必行[2]。

2巡检系统整体设计

2.1系统结构

继电保护智能巡检系统基于统一的信息系统集成开发平台构建，采用模块化设计，可分为状态检修系统、手持终端巡检系统[5，6，9]两大部分。

状态检修系统对继电保护装置及其相关回路有关的环境、运行状态、动作信息等数据进行采集、记录、整理。根据《继电保护状态检修导则》及吉林电网相关检修规程生成巡检任务，巡检人员将任务及相应的设备数据下载到手持巡检终端，按照任务的要求到现场进行巡检并将巡检结果上传至状态检修系统进行计算分析，系统最终完成继电保护状态评价及相关的辅助决策功能。

手持巡检终端采用平板电脑进行二次开发，由检修人员对各变电站继电保护设备的运行状态等信息进行采集和存储，并上传到管理主站进行分析处理。不同的电力现场以及不同的电压等级的设备对巡检的流程有着不同的要求，这就需要系统具备灵活、快捷的任务定制功能，同时提供必要的巡检提示，确保数据的采集准确无遗漏。

如图1所示，系统软件结构采用分层设计，数据层存储着基础的电网的基础数据，模版数据和巡检设备的数据，为巡检任务的生成提供支撑，同时统计各种巡检数据，对设备的运行状态进行评估，为设备检修提供参考；支撑层通过各种组件、形式对数据进行分类处理；应用层面对巡检人员和最终用户，通过明确、形象的工作流程帮助巡检人员完成电力现场的巡检工作；通过多种表格和图表的形式向最终用户显示巡检数据、统计信息，便于评估设备的健康状态。

图2所示的是系统的网络结构，巡检人员根据巡检系统生成的巡检计划，到各个现场通过手持终端巡检采集设备状态数据，然后上传到巡检系统，进行各种数据处理与分析。

2.2基于模型的界面开发方法

在电力巡检系统中，巡检任务的生成是关键的一环，能否根据电力现场的实际情况生成符合规范、可扩展、图形化和拥有详细指导信息的巡检任务，直接关系到智能巡检系统开发的成败。

电力系统的设备种类众多，不同的设备，不同的电压等级，对于巡检任务都有着不同要求。传统的做法是列举所有类型的设备，根据电力系统的巡检要求，指定特定的任务细则；生成巡检任务的时候，通过一定的规则将这些细则组合起来，成为某次巡检的任务。但是这样的做法有比较大的局限性：一旦现场出现新型的设备或对某次巡检任务有特殊的要求，系统就无法生成符合要求的巡检任务，只能通过修改代码来解决，严重影响系统的可用性。

近年来兴起的基于模型的界面开发方法[3，4，7，8，10]很好的解决了这一问题。界面模型一般分为概念模型和陈述模型。概念模型从软件工程的角度出发，注重描述软件界面的构成及各个界面元素的逻辑控制关系，通过抽象界面逐步细化直到形成具体界面。但是概念模型较为抽象，在实现时缺乏面向设计的表现形式。陈述模型则属于工程模型，从用户的需求出发，将各功能模块分解为任务，加上对任务间的逻辑操作关系的描述，最终形成用户界面。其常用的模型有：任务模型（taskmodel），用户模型（usermodel），领域模型（domainmodel），对话模型（dialogmodel）和界面模型（interfacemodel）。根据实际需求，不同的场景选用不同的模型。

相对而言，陈述模型较为适合智能巡检系统。如图3所示，首先按照领域模型的要求归纳各种巡检设备的属性特征，然后定义这些设备相关联的界面模版，从而得出基本的巡检界面；接下来通过定义巡检工作的流程，最终生成巡检计划。其中定义设备属性、界面模版和巡检工作流这部分都可以根据实际需求进行配置，无需修改代码，具有良好的组态特性。

3系统主要功能模块设计

3.1状态检修系统

（1）设备资料管理

对继电保护设备全寿命周期内的资料收集和集中管理，包括保护设备台帐、保护缺陷记录、保护动作记录、保护巡检记录等；其中保护设备台帐、保护缺陷记录、保护动作记录等内容项在国网统计分析软件中数据项的基础上进行有效的补充。

（2）巡检路线定制

通过平面图的方式，将现场设备按所处位置进行划分，线路设定具体到室内保护设备的实际位置和方向，便于巡检员快速定位设备。例如：220千伏变电站一般划分为“主控室、220千伏场地、66千伏场地”。主控室内设备按现场实际保护屏位置及朝向进行排列，现场端子箱按间隔顺序进行排列，按排列位置依次进行设备巡视，巡视方向可以调整。

（3）巡检信息提示

针对保护装置、二次回路的巡视项目增加默认提示和专用提示两级提示，其中默认提示由省调统一建立，主要针对环境温湿度、端子排锈蚀、接地情况、交流采样等公共、常规项目统一建立巡视要点、计算方法，并可对巡视项目提出巡检管理要求；专用提示主要针对保护液晶显示、指示灯显示、压板空开使用等需要依照现场保护运行规程进行细化说明项目建立巡检提示，专用提示的优先级高于默认提示，可在默认提示的基础上根据现场实际情况对设备巡视要点进行特殊说明。

（4）巡检项目分解

针对保护装置、二次回路的巡视项目增加默认提示和专用提示两级提示将原有运行、检修巡检项目按巡视位置细化为屏前、屏后项目，结合巡视路线定制功能，在对应位置可删选出对应的巡视项目，简化巡视内容，防止误填巡视项目。

（5）巡检任务生成

对不同的巡检现场，定制相应的巡检模版，在上述几个功能的协助下，生成巡检任务[9]。

（6）二维码管理

在设备区域中可按区域（主控室、各电压等级设备场地）及设备单元（保护屏、现场端子箱）生成设备二维码，打印张贴在设备上，方便巡检员进行设备位置识别。

（7）平板终端管理

利用平板的串码作为平板标识，将平板终端按单位进行关联。可设定使用该平板巡视的变电站，由系统自动进行巡检任务筛选，避免下载重复无用的巡检任务。平板端首次连接系统时，需由省调设置平板所属单位。

（8）评估模型管理

根据《吉林省电力公司继电保护状态检修状态评价导则》，设计状态评估模型，能够灵活配置以下事项：继电保护装置和二次回路的评价内容，内容的评分项目及得分计算公式，不同类型保护设备的状态评估模版等。因辅助装置缺陷纳入保护装置可能导致对保护装置状态的误判，对操作箱等辅助装置进行单独评价。

（9）设备状态评估

利用设备当前和历史状态指标数据，选择状态评估模版，对设备状态进行评分，生成保护状态评价报告。系统自动形成省调状态评价总报告、地区分报告，其内容主要包括：评价依据、参评设备概况、动作统计分析概述、缺欠记录分析概述、状态分析（良好、正常、注意、异常、严重）等，为后续的检修决策提供准确客观的数据支撑。

3.2手持巡检终端

（1）数据的上传和下载

巡检任务开始前，巡检人员将手持终端接入系统，下载本次巡检任务；巡检结束后，将本次巡检的数据上传至系统，以便进一步分析和处理。

（2）巡检任务的填写

巡检计划按区域分类，如220千伏变电站一般包括主控室、220千伏场地和66千伏场地，主控室按屏位排列；现场端子箱按间隔排序，对温、湿度设置公共项，填写后自动回填到各间隔对应温、湿度项。巡视项目除必需填写数据的选项外，时间、天气、巡检人员等基本信息均为按钮选择确定，最大程度减少数据录入量。

通过点选巡检提示信息可现实该项巡视项目的巡视要点，使得巡

视人员可以实现精确复制、准确巡视，及时发现设备异常状态，巡视数据真实反映设备运行状态，有效提升巡检的质量和效率。

（3）智能巡检路线

巡检路线生成、中断及恢复共有三种模式：一是按巡检计划中定制的顺序自动按区域生成巡检路线，每一个保护屏（现场间隔）巡视任务结束后自动跳转到下一个保护屏（现场间隔）；二是利用扫描二维码自动判断是设备还是区域，如果是设备进入该设备的巡检信息填写界面，如果是区域，进入该区域的巡检界面；三是当巡检过程中因故中断时，在平板巡检任务中重新进入该区域，系统自动跳转到上次中断时的保护屏（现场间隔），继续填写相关设备运行信息。

（4）巡检数据智能纠错

根据一般经验数据，对严重超出一般数据范围的数据选项报警，如温、湿度、差流值、电流、电压值等。有效防止错误巡检数据。对每个设备的巡检项自动进行核查，巡视项目未全部完成的设备显示为蓝色，巡视项目全部完成的设备显示为灰色。变电站内所有设备巡视项目完成后，变电站该项巡视任务方可标记为已完成。

（5）视频留证

运检人员在巡视过程中，可以通过平板的摄像头拍摄压板、指示灯、液晶显示、端子排锈蚀等现场情况，便于巡视后分析、查验巡视数据。

4巡检系统实施效果评价

本巡检系统自2015年起在国网吉林省电力有限公司电力调度控制中心投入试用，各部门人员依据国家电网公司及国网吉林省电力有限公司继电保护状态检修相关规程的规定，结合吉林电网实际情况，严格规范设备巡检的各个环节，经过一年多的试运行，取得了比较好的效果。

（1）系统按照继电保护状态检修的相关规程自动生成巡检计划，一方面减少了相关人员的工作量，另一方面实现了从制定计划、执行巡检、回传数据到设备状态分析整个过程的闭环管理，改变了以往主要靠人工，纸张操作的模式，使得整个巡检流程可查，可控，可追溯。

（2）系统采用基于模型的界面开发方法，具有良好的可配置性，能够适应电力现场的各种复杂情况，从而制定出符合规范的、图形化的巡检计划和巡检线路，提高了巡检员的工作效率。

（3）手持终端在巡检过程中针对每个设备能够给出对应的信息提示，同时对于录入的巡检数据进行实时的纠错，方便巡检员工作的同时有效保障了数据的正确性。

（4）手持终端提供视频留证的功能，可以把电力现场的照片拍下来，配合系统分析的结果，能够更准确对设备的运行状态进行评价。

（5）众多生产管理人员和专业人员共同参与系统的测试和试用，提高了系统易用性和实用性的同时，使得专业人员对继电保护设备状态检修的概念有了更深层次的理解，最终培训了一大批对状态检修有较深认识并能开展工作的管理和专业人才。

结束语

新型巡检系统采用基于模型的界面开发，实现巡检计划的灵活配置和自动生成，最终形成了一个平台化、标准化、可扩展的继电保护状态检修智能巡检系统平台，具备可定制的巡视路线、丰富的巡检提示信息、智能数据核查、便捷的数据接口，减轻巡检人员工作量提高日常巡检的质量和效率，为准确评价设备运行状态奠定良好的数据基础。

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