侯 峰，王永亮，李秀廣，劉世濤，劉 勇

(1.國網寧夏電力有限公司培訓中心，寧夏 銀川 750011；2.國網寧夏電力有限公司銀川供電公司，寧夏 銀川 750011；3.國網寧夏電力有限公司電力科學研究院，寧夏 銀川 750011；4.西安交通大學電力設備電氣絕緣國家重點實驗室，陜西 西安 710049)

電力安全工器具種類多、數(shù)量大，取用歸還頻繁，使用過程中的損耗程度難以統(tǒng)計，采用傳統(tǒng)的紙質出入庫登記管理辦法，工作量大，效率低下，容易發(fā)生現(xiàn)場遺失、放置不到位等現(xiàn)象。另外，安全工器具必須定期開展外觀檢查，以及在規(guī)定周期內，送至有資質的機構進行試驗檢測[1]，若不合格則嚴禁使用，而不同種類的安全工器具的試驗檢測周期是不同的，比如絕緣手套為6個月，令克棒12個月，安全帽42個月等，尤其是用于帶電作業(yè)的安全工器具保管標準要求高[2]，檢驗周期短。目前，缺乏高效的管理工具和手段，精準閉環(huán)管控缺失，時常發(fā)生未經檢測使用或者超出試驗合格周期依舊在用的現(xiàn)象[3]，對電網生產和人員人身安全造成很大隱患。為解決以上問題，研發(fā)了電力安全工器具智能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以大數(shù)據(jù)庫為管理中心，基于“云平臺”自動模式識別技術，實現(xiàn)各個安全工器具身份標識、位置信息、出入庫記錄、損壞報廢標記以及超過檢測周期警報提示等功能[3]。通過企業(yè)現(xiàn)場應用，構建電力安全工器具標準化管理體系，有效地提升了工作效率，保障安全生產。

1 系統(tǒng)研發(fā)

1.1 建立大數(shù)據(jù)庫

電力安全工器具智能管理系統(tǒng)所有功能延展的基礎是大數(shù)據(jù)庫，按照中心控制、邊界開放的應用要求，采用“庫表扁平、讀寫分離、主外鍵并發(fā)控制”的設計原則，構建大數(shù)據(jù)庫功能，結構設計如圖1所示。

圖1 大數(shù)據(jù)庫設計

首先，每個工器具作為最小管理單元，擁有唯一身份表示，在窗口中展現(xiàn)為獨立圖標，除歷史記錄外，還包含型號、編號、生產廠家、出廠日期、入庫時間、校驗周期、試驗日期和放置位置8項重點信息，按照3層5大類45小類設定大數(shù)據(jù)庫表。以Key/value無結構化數(shù)據(jù)存儲為鏈路軌跡[4]，提升數(shù)據(jù)更改容錯率和搜索查找速度。

其次，依托MapReduce框架下空間數(shù)據(jù)倉庫關聯(lián)規(guī)則，設計上實現(xiàn)了被管理單元圖像實時變化，綠色亮表示該工器具可用，紅色亮表示未檢查或定檢超期，黃色亮表示已報廢，灰色亮顯示已出庫，藍色亮為備用物資，工器具以個體圖標形式展現(xiàn)，人性化的交互界面設置，實現(xiàn)“一鍵式”查詢操作和多維度組合定位。

最后，由于電力安全工器具“分級實施，歸口管理”的全壽命周期管控要求，大數(shù)據(jù)庫中級主、外鍵基本表配置為第三范式(3NF)，各級架構契合全過程信息管理[5]，各單元分層分類，個體防護裝備、絕緣安全工器具、登高工器具、安全圍欄和標識牌同時進入分配集群納入管控范圍，融合MapReduce大數(shù)據(jù)管理技術[6]，構建基本絕緣工器具、帶電作業(yè)工器具、輔助絕緣工器具的核心管理模塊，編寫校驗Hadoop底層程序，邏輯如圖2所示，自動掃除冗余數(shù)據(jù)，完善信息遷移流暢及數(shù)據(jù)庫鏈路安全。

圖2 大數(shù)據(jù)庫存儲自校驗邏輯

1.2 開發(fā)取用自動感應模塊

基于大數(shù)據(jù)庫進一步開發(fā)取用自動感應模塊，包括使用人指紋識別登陸、工器具向導指示，出庫感應掃描和入庫感應掃描4個部分，各部分邏輯如圖3所示。

圖3 取用自動感應模塊原理

首先，借助數(shù)據(jù)庫底層鏈接支路的多維化選擇，開辟MinMapReduce分支，嵌入所有使用人身份信息，完成個人口令和指紋雙重識別管理，使用頻率決定了HBase數(shù)據(jù)訪問方式和優(yōu)化模式。

另外，工器具向導指示部分采用信息物理融合的組合和分析機制，移動端路徑示意和場地聲光系統(tǒng)共同作用，人機互動，準確定位。出入庫自動感應是建立在圖像識別技術基礎上的條形碼掃描檢測單元，實現(xiàn)光學影像、數(shù)字和條碼信息的三合一。同時，開啟虛擬構象記錄，整體架構采用Matlab工具進行模糊邏輯設計，在大數(shù)據(jù)庫中通過人工智能神經元的持續(xù)誘導和信息積累，取用和歸還兩個應用場景的比對一致性將作為最終判定算法，保證了識別的精準度。相關信息實時反饋至數(shù)據(jù)庫中，引導MapReduce復歸，完成系統(tǒng)中安全工器具使用情況和出入倉庫登記，動態(tài)更新數(shù)據(jù)庫信息，實時上傳至“云平臺”，實現(xiàn)多端口“UTC廣播效應[7]”。

1.3 構建智能告警體系

智能告警體系是電力安全工器具智能管理系統(tǒng)關鍵組成部分。作為重要安全管控屏障，為保證此項功能的數(shù)據(jù)信息全面準確、告警及時可靠，設計有聚族索引、專鎖專用的分割表及鏈路層，以“安全可靠、合格有效”作為記錄和維護實施原則，配置專門的管理員權限，根據(jù)政策變化，及時更新，監(jiān)測每類安全工器具的檢查和校驗周期。邏輯設計套用傳統(tǒng)的LEC法安全風險評價模型[8]，如圖4所示，由“周期觸發(fā)值”引導每日零點掃描，自動模式識別到未定期檢查以及超過校驗周期的安全工器具[9]，紅色警報提示，并配置有登陸后置頂彈窗，智能安全管理無死角。

圖4 智能告警體系程序設計

告警體系配置以蜂鳴警報，并通過人機界面窗口顯示，如圖5所示，黑色虛線框中亮紅色背景的圖標為報警提示，“云平臺”即時響應，自動出庫感應模塊失效，警報窗口顯示送檢校驗。同時，管理系統(tǒng)記錄每個工器具使用程度[10]，形成歷史數(shù)據(jù)庫，形成狀況監(jiān)視、健康評價、趨勢預警和自動報廢為一體的智能告警體系。

圖5 智能告警顯示

1.4 打造分布式虛擬平臺

電力安全工器具智能管理系統(tǒng)以大數(shù)據(jù)庫為“管理核心”，獨立服務器作為支撐，應用B/S架構，完成用戶端瀏覽器的即時上線登錄，將中心管控和點對點應用以扁平化鏈接的形式呈現(xiàn)[11]，從而實現(xiàn)了電力安全工器具物聯(lián)網平臺和“一體化”管理系統(tǒng)對接融合。

首先，為了操作性和延展性滿足高端對象Java ASP開發(fā)分布式虛擬端網頁服務，依托控制單元小組進行“互聯(lián)網+”功能擴展[12]，打造共享型的區(qū)塊鏈云平臺，支撐移動端登陸，查看數(shù)據(jù)庫，提請預約等功能。

其次，智能管理系統(tǒng)加入權限控制，由超級管家添加不同角色成員，用戶瀏覽/增加/刪除由不同權限完成，每個用戶所做的變更均可同步體現(xiàn)數(shù)據(jù)庫所在服務器終端，采用FPGrowth和KNN算法建立模型[13]，開發(fā)大數(shù)據(jù)的標注和分析能力,提高了存儲和檢索效率，同時增強了取用分類的準確性，分散區(qū)塊鏈動態(tài)接入虛擬云平臺，數(shù)據(jù)實時備份和保存，減少因場地單機服務器程序損壞造成的損失。

最后對分布共享和中心“大數(shù)據(jù)庫”進行重組結合，構建多層級、多端口協(xié)同評價的智能管理機制。通過功能研發(fā)和深化應用，打造基于“云計算”的泛在物聯(lián)模式，以管理平臺為中樞，各個安全工器具為物理單元，身份信息和使用數(shù)據(jù)為信息基礎[9]，固定的客戶端和移動的客戶端為應用端口，提高系統(tǒng)大數(shù)據(jù)庫應用效率。

2 應用效果

電力安全工器具智能管理系統(tǒng)構建了開放、共享的云平臺模型，建立了標準化的管理應用體系，在國網寧夏培訓中心試運行2年，取得了顯著的經濟和安全效益。

(1)確保電力安全工器具全壽命周期管理，由分散布置升級為系統(tǒng)集中統(tǒng)一管控[10]，避免不同作業(yè)場地安全工器具的重復配置，總數(shù)量由1 136件降至511件，減少了約55%，有效縮減購置成本。同時，每年可減少相應的試驗檢測費近3.5萬元，節(jié)省維護資金，提升企業(yè)資源優(yōu)化配置效率。

(2)與傳統(tǒng)的書面記錄相比，系統(tǒng)開啟安全工器具“無紙化”出入庫登記模式，用戶指紋快速登錄，結合移動端預約操作，智能感應，取用和歸還平均時間縮短了2/3，工作效率顯著提升。以絕緣桿出庫時間為例，與紙質登記方式相比，出庫操作時間減少了79 s，如表1所示。

表1 絕緣桿出庫時間統(tǒng)計

(3)分布式區(qū)塊鏈技術支撐平臺數(shù)據(jù)的實時更新和資源共享，數(shù)字化提升管理效率。大數(shù)據(jù)庫分層、分類管理和歷史記錄回溯功能，便于集中統(tǒng)一管理和定期檢查電力安全工器具，提高管理人員效率，每月定期外觀檢查時間平均減少了42 min。

3 結 論

(1)針對電力安全工器具傳統(tǒng)管理中存在的庫管效率低、安全漏洞多、人為因素干擾等問題，研發(fā)了電力安全工器具智能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)有強大的數(shù)據(jù)庫，配置了取用自動感應、智能告警和“互聯(lián)網+”分布式虛擬平臺功能，提升了安全工器具管理的規(guī)范性。

(2)系統(tǒng)中各個管理單元組成全壽命閉環(huán)體系，自動感應掃描和智能告警提示功能，信息鏈路及時反饋，有效避免現(xiàn)場違規(guī)使用電力安全工器具事件的發(fā)生，夯實了安全基礎，提升了管理質效，助力電網安全生產目標任務的實現(xiàn)。

(3)電力安全工器具智能管理系統(tǒng)性能穩(wěn)定，擁有良好的擴展性和兼容性，建立了完備的管理制度和流程，對電力企業(yè)安全工器具高效性、標準化管控具有重要推動作用，具備較強的推廣應用價值。