继电保护移动运维平台的设计与应用

王善诺， 梁文武， 李辉， 朱维钧， 欧阳帆

(国网湖南省电力有限公司电力科学研究院， 湖南 长沙410007)

0 引言

随着电力物联网建设的持续推进， 继电保护专业对于大数据运维管理平台的建设提出了更高要求， 在传统功能基础上需进一步扩展和丰富。 以服务电网安全为根本， 以基于物联网技术的继电保护移动运维平台为基础， 全面融合继电保护专业多源数据， 统筹构建先进继电保护设备专业应用模型[1-3]， 引领继电保护设备管理模式的变革， 实现数据统计更智能、 设备运行更可靠、 运维作业更高效， 支撑大电网安全稳定运行， 实现能源流、 业务流、 数据流的“三流合一”。 着力打造技术领先的继电保护移动运维平台， 实现全业务的大数据， 信息化应用支撑， 提升二次设备状态感知、 预测诊断、 可靠运行能力， 支撑国际一流的继电保护专业卓越化管理。

目前， 继电保护专业已陆续建立了继电保护统计分析及运行管理模块、 继电保护状态检修及辅助决策模块等多个专业系统， 系统之间应用独立， 数据分散， 而继电保护专业数据量日益增多， 各应用场景、 数据管理模式、 数据交互模式存在一定差异， 造成继电保护专业综合应用水平难以提升。 继电保护移动运维平台将统一数据建模和应用模式[4-8]， 在现有基础上， 从泛在连接、 开放共享两方面进行提升， 为继电保护室二次设备的全寿命周期管理打下良好基础。

1 继电保护移动运维平台介绍

1.1 背景介绍

继电保护移动运维平台充分利用当前成熟的物联网技术， 结合高速网络通信和移动终端技术， 对继电保护设备进行全寿命周期管理[9-11]， 对运行维护工作实现移动化、 无纸化、 自动化及智能化， 从而实现现场运维工作的高效、 正确和安全。 该系统主要面向电力调度人员、 运行维护人员、 检修人员等相关技术人员， 利于运行维护工作实现精益化设备管理、 在线化工作管控、 智能化单兵装备、 专业化决策支撑。

通过传统继电保护设备运维与具备全面感知、可靠传递、 智能处理三个特征的物联网相结合， 形成基于物联网及移动互联技术的继电保护设备运维管理， 实现了运维作业及管理的移动化、 网络化、智能化和精益化， 满足当前变电站高速发展的需要。

1.2 基本架构

根据电力物联网整体要求， 继电保护移动运维平台从架构上包含感知层、 网络层、 平台层、 应用层4 层结构。 感知层主要解决数据的来源问题， 网络层主要解决数据的传输问题[12-14]， 平台层主要解决数据的管理问题， 应用层主要解决数据的价值创造问题。

1.3 技术架构

继电保护移动运维平台的技术架构如图1所示。

继电保护智能移动运维应用服务端技术架构主要分为数据层、 服务层、 逻辑层和展示层4 部分内容。

1) 数据层使用关系型数据库来存放设备台账、 缺陷业务数据等内容， 文件数据库主要存放图片、 报告等文件信息， 主要技术包括数据库管理工具(Oracle or MySQL) 和文件管理系统。

2) 服务层提供系统内部之间数据交互的数据访问服务及与外部系统之间的数据接口服务， 以及地理信息服务， 主要技术包括 ApacheCamel、ActiveMQ、 JDBC、 Ibatis、 GIS 等。

图1 技术架构示意图

3) 逻辑层为展示层提供各种展示所需的数据资源， 主要技术包括Servlet、 Struts、 Spring 等。

4) 展示层使用较为成熟的页面、 图表展示技术， 为用户提供友好的系统交互界面， 主要技术包括 JSP、 JavaScript、 Ajax、 Flash、 Html5、 SVG、DWZ、 Fusionchart 等。

2 设计及开发

2.1 继电保护移动运维系统简述

研发内容包括: 设备台账管理、 版本校核管理、 专业巡检管理、 标准作业管理， 如图2 所示。

图2 软件功能架构图

2.2 继电保护移动运维系统功能

2.2.1 设备台账管理

1) PMS 管理系统新增/变更台账: 在PMS 管理系统中的存量台账、 新增台账以及变更推送到继电保护智能移动运维应用。

①数据推送。 PMS 管理系统自动将存量、 新增、 变更的台账信息推送到给省电科院主站(指PMS 管理系统中省级电力科学研究院主站)， 推送的设备台账信息包括: 变电站信息、 间隔信息、 一次设备信息、 二次设备信息、 管理单位/运维单位/调度单位/设计单位信息、 设备型号、 生产厂家等。

②台账下发。 省电科院主站把设备台账数据下发到地市主站， 地市主站把台账数据同步到地市公司移动端。

③台账查询。 在主站端、 移动端可通过管理单位、 变电站、 设备名称、 设备类别、 设备型号、 电压等级等维度查询设备信息。

④数据同步。 省电科院主站将PMS 管理系统下发的新增/变更台账信息同步至继电保护统计分析及运行管理系统。

2) 继电保护智能移动运维应用新增/变更台账: 设备台账有新增/变更时， 运维班组可在智能移动终端中进行记录， 并将新增/更新数据上报到省电科院主站端， 由省电科院主站发送给PMS 管理系统进行新增或变更。

2.2.2 软件版本管理

在省电科院主站中维护设备版本信息， 形成一个全省统一的标准版本库并将版本信息下发到各地市公司。 标准版本库有两个用途: 1) 可以对存量设备的版本信息进行比对， 如果版本信息不在标准库中则视为需要进行版本更新， 并触发对应的校核任务； 2) 新增设备的版本信息要与标准版本库进行校核， 校核不通过则不允许新增， 这样就能够保证所有入网的设备版本信息都是正确的。

软件版本管理具备功能:

1) 版本导入。 在省电科院主站中导入《湖南公司允许入网的220 千伏及以上保护装置软件信息表》 或接收继电保护统计分析及运行管理系统下发的设备入网版本信息， 形成全省统一的版本信息标准库。

2) 版本下发。 省电科院主站把标准版本数据下发到地市主站。

3) 增量设备校核。 对增量设备进行版本校核， 将增量设备的厂家、 型号、 版本号、 校验码与版本库进行比对， 若版本一致则进行设备增加， 若不一致则发起校核任务进行校核。

4) 存量设备校核。 对存量设备进行版本校核， 将存量设备的厂家、 型号、 版本号、 校验码与版本库进行比对， 若不一致则发起校核任务进行校核。

5) 版本校核。 保护班组根据校核不通过的设备版本信息进行更正， 同时将更正后的版本信息同步到省电科院主站， 再由省电科院主站更新到PMS 管理系统中。

2.2.3 专业巡检管理

主要用于二次专业化巡检任务管理及工作过程管控。 地市公司保护/检修班长在工作台发布巡检作业， 发布的任务通过主站端同步到智能移动终端上； 执行人携带智能移动终端进入现场对设备进行巡检作业， 根据设备保护类别、 设备型号等维度关联巡检模板自动带出设备巡检项目； 巡检结束后移动端记录的巡检结果同步到地市主站， 再通过地市主站上报到省电科院主站汇总。

专业巡检管理具备功能:

1) 模板管理。 将巡视、 巡检作业模板录入系统中， 并根据其周期要求开日常巡视、 巡检工作。

2) 任务发布。 班长在地市主站创建巡检作业任务， 包括巡检厂站、 巡检类型、 巡检项目、 巡检人、 巡检时间。

3) 数据同步。 主站创建的任务同步到移动应用中， 执行人通过智能移动终端在现场进行巡检作业， 同时将巡检作业结果更新到主站端。

4) 任务执行。 在移动应用中按照设备逐个进行巡检， 填写巡检结果和问题并上传对应问题照片。

5) 生成报告。 地市主站根据移动应用记录的巡检数据， 按照特定模板生成巡检报告。

6) 数据上报。 地市主站将巡检数据上报到省电科院主站， 省电科院主站汇总各地市巡检数据后， 推送至继电保护状态检修及辅助决策系统， 为设备评价提供数据支撑。

2.2.4 标准化作业管理

用于对保护设备执行检验任务及工作过程管控。 按照电压等级和设备类型录入设备检验标准化作业指导书及装置检验报告模板后， 通过在继电保护智能移动运维应用创建标准作业任务并关联作业项目后派发给执行人。 执行人在现场完成对设备检验操作后在智能移动终端上记录检验的结果和对应参数， 检验完成将结果和参数同步到地市主站端。再由地市主站端同步到省电科院主站端进行汇总。

标准化作业管理具备功能:

1) 模板管理。 按电压等级和设备类型录入设备检验标准化作业指导书及装置检验报告模板， 检验内容满足DL/T 995—2016 要求。

2) 任务发布。 班长在地市主站创建标准作业任务， 包括检验设备、 准备工作、 开工许可、 安全措施票信息、 工作时间等。

3) 数据同步。 主站创建的作业任务同步到移动应用中， 执行人持智能移动终端在现场进行作业， 同时将作业结果再更新到主站。

4) 任务执行。 在移动应用中按照设备维度进行检验， 填写检验结果和参数。

5) 生成报告。 地市主站根据移动应用记录的作业数据， 按照特定的模板生成标准作业报告。

3 继电保护运维系统应用成果及创新点

3.1 创建首个无硬件的纯应用

该平台基于大数据平台建设， 无需购置服务器。 应用服务及数据库服务都部署在大数据平台虚拟服务环境(即云端服务) 中， 所有的数据都保存在大数据云端。 移动终端通过电力无线虚拟专网安全接入平台与云端应用进行数据交互。 移动运维应用可自动从公司大数据平台获取继电保护设备PMS 台帐， 结合实物ID 建设， 实现云端—站端二元管理， 推动继保专业巡检和标准化检修的移动化、 无纸化， 终端设备操作便捷， 实现智能作业“一键上云”。

3.2 提高生产安全性

继电保护移动运维平台采用标准化的作业流程、 规范化的专业管理， 严格规范作业人员的行为， 保障了二次设备安全稳定运行及作业人员的人身安全， 大幅提高了专业运维工作效率。

运维人员通过移动终端接收工作任务， 并随时查询相关设备的全部信息资料(图纸、 说明书、定值单、 历史校验报告等)， 明确工作重点难点，确保准备工作有的放矢。 在运维工作过程中， 设备运维人员通过移动终端扫描设备电子标签明确工作地点， 避免走错间隔。 工作开始后依照标准化作业流程逐项进行， 及时录入数据， 严禁跳项漏项， 实现工作流程标准化， 提高了现场工作的安全性和工作效率。 由于每项作业都有明确内容和量化的检测评定标准， 既保证每次检查和维护的质量， 又可使突发性事故的可能性降到最低， 减少事后抢修工作量， 有利于提高设备的生产能力， 降低设备维修成本， 保证现场作业的安全性， 避免安全事故的发生。

3.3 全寿命周期管控

随着二次设备智能运维平台的应用， 在专业管理方面的多个关键指标都有明显提升。 如设备的台账及基础资料完备率达100%、 继电保护正确动作率95%、 标准化作业规范率达100%， 实现了专业基础管理精细化、 设备运维管理标准化、 安全管控规范化， 有效地提升了二次设备精益化管理水平。之前， 专业基础资料精细化管理深度不足(说明书丢失， 图纸不到位等现象时有发生， 特别是scd文件的现场查阅工作开展受限)， 实效性、 准确性、 及时性均难以满足现场需求； 标准化报告、 事故分析材料、 实时录波文档等关键性支撑文件的存储周期受限严重(一般为纸质材料保存两年， 电子版文档保存全周期)， 参考价值、 有效依据、 佐证尺度均难以把握。 平台建设完成后， 专业基础资料管理采用统一管理标准、 管理模式， 使资料管理标准化、 精细化； 各类报告采用电子版本保存， 可以保存至设备的全寿命周期， 且方便查询、 调阅，显著提升了专业管理效率、 管理水平。

3.4 作业效率提升

当前湖南地区， 继电保护设备台账信息需要在继电保护统计分析及运行管理、 OMS、 PMS 等多个系统分别维护， 导致运维班组基础数据维护工作量大， 台账数据一致性差， 为设备的运行和管理埋下诸多隐患。 继电保护专业巡检工作需要采集的数据较多， 例如采样值、 差流、 定值核对、 压板检查等， 现场手动录入效率低下， 容易出错； 保护装置定期检查准备工作中， 作业指导书、 二次安全措施票、 装置检验记录的编制耗时耗力， 现场检验对保护功能的逐项检查、 逐条验证， 也需要大量的时间， 现场检验报告的整理又是一项复杂繁琐的工作。 通过对继电保护专业数据录入及运维业务流程的优化， 改变传统继电保护设备运维的模式， 提高了运维人员的工作效率， 降低了实际工作成本。 系统建设完成后能够极大程度提升现场继电保护专业运维效率， 降低运维作业成本， 提升运维人员对继电保护运行管理系统的整体认知能力、 提升技术水平。 项目实施后能够保证地区继电保护移动运维平台数据录入准确性达到100%、 完整率达到100%、及时率达到100%， 能够显著改善目前的运维手段。 220 kV 变电站单间隔保护定期检验作业， 继电保护运维人数将由5 人减少至2 人， 工期由2 天减少至1 天， 极大地降低了运维成本。 通过强化缺陷预判， 提高缺陷处理的效率和质量， 平均缺陷处理时间也大大缩短。

3.5 创新点

1) 将原赖于电脑端来完成设备台账新增、 修改、 校核的工作扩展到了移动终端， 台账数据变更后实时同步到系统后台进行更新。

2) 打破传统纸质作业模式， 采用移动电子化作业模式实现数据移动化采集及报告的自动生成，减少重复劳动。

3) 提升作业结果管控及作业预警程度， 将原人工诊断模式通过系统定制诊断规则转变为智能诊断， 大大提高作业结果正确率。

4) 由人工校核向系统自动校核转变， 不仅减少人工核对工作， 而且提高版本比对的准确性， 对不符合版本要求的设备进行实时监控。

4 结论

继电保护移动运维平台利用物联网技术， 结合高速网络通信和移动终端， 对继电保护设备进行全寿命周期管理， 旨在解决专业技术人员难以匹配设备数量高速增长、 人工作业方式效率低下、 继电保护各系统之间数据分散等问题。 实现二次专业运维、 检修、 巡检工作移动化、 无纸化及智能化， 提高现场运维工作信息化率。 本平台基于大数据平台建设， 率先部署无硬件云应用， 目前开发了四个模块: 一是设备台帐管理， 以PMS 台帐为源头， 结合实物ID 建设， 实现全省保护设备台帐接入、 比对、 校核及管理， 解决设备台帐不完整、 准确率不高的问题； 二是保护版本校核， 通过云端自动校核功能， 把控现场设备版本信息， 杜绝不合格设备进入电网； 三是移动巡检， 打破传统纸质作业模式，通过移动终端电子化巡检， 实现巡检数据自动统计、 分析、 校核， 减少重复劳动， 将检修人员精力集中在设备问题分析和缺陷处理上； 四是无纸化检修， 定制标准化作业文本指导现场检验， 通过边缘计算对试验数据进行实时智能判别， 实现设备状态在线评价， 自动完成报告云端整合， 解决报告线下管理难、 利用率低的问题。 下一步将继续开发电子化二次安全措施票， 构建继电保护信息中台， 实现源端唯一、 处处共享。 通过保护设备全业务运行信息， 实现缺陷诊断、 风险预警、 状态评估等高级应用。