配電線路故障在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)與實踐

肖開偉+梁仕斌+田慶生+張少泉+陳曉云

摘要：針對配電線路故障在線監(jiān)測主站系統(tǒng)普遍存在的兼容性差，重復(fù)建設(shè)多，維護不便等問題，本文提出了新的思路，采用集中式的思想探討了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、主站系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)軟件設(shè)計方案、采集模塊方案、以及系統(tǒng)邏輯模型。在實際運行中結(jié)果顯示有利于提升云南電網(wǎng)配電網(wǎng)管理的綜合水平，到達業(yè)務(wù)統(tǒng)一、管理規(guī)范、效果明顯的效果。

關(guān)鍵詞：主站系統(tǒng)；配電線路；故障監(jiān)測

O 引言

配網(wǎng)線路的特點是距離長，分支多，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故障發(fā)生后故障點位置不易確定，人工排查范圍大，查找故障也比較困難。針對這些問題，目前國內(nèi)外多家電網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)研發(fā)并采用了線路故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以監(jiān)測配電線路的短路故障、接地故障、過流、停送電等功能，是智能電網(wǎng)中不可缺少的一部分。該系統(tǒng)具有能夠快速確定線路故障范圍，減輕了勞動強度，提高了供電效率等優(yōu)點，從而為實現(xiàn)配網(wǎng)智能化管理打下堅實的基礎(chǔ)。

目前，各個供電企業(yè)均開展了配電線路故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)工作，主站系統(tǒng)的建設(shè)降低了配電線路故障查找時間，提高供電可靠性。但目前各個供電企業(yè)建設(shè)的主站系統(tǒng)存在建設(shè)廠家眾多，技術(shù)水平層次不齊，可用性和易用性底下；實時并發(fā)模式下的系統(tǒng)處理能力不強，對遙測量的采集與監(jiān)控數(shù)據(jù)較少；同時，主站系統(tǒng)均采用縣公司或供電局部署的方式，不利于整個省級電網(wǎng)企業(yè)的業(yè)務(wù)統(tǒng)一與配電網(wǎng)分析運行等問題。

針對以上的問題，本文提出開發(fā)一套集中主站系統(tǒng)的思想，云南電網(wǎng)公司內(nèi)所有安裝的故障監(jiān)測終端全部使用該系統(tǒng)，開發(fā)統(tǒng)一功能結(jié)構(gòu)，優(yōu)化采集系統(tǒng)架構(gòu)，統(tǒng)一通信規(guī)約。滿足大規(guī)模通信終端的接入、實現(xiàn)故障監(jiān)測功能和指標的標準化、實現(xiàn)各廠家設(shè)備互通互用。該系統(tǒng)的建設(shè)大大提高了配電線路故障在線監(jiān)測技術(shù)的標準化、統(tǒng)一化、便利化，以后將在云南省各個地區(qū)普遍使用。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體的架構(gòu)如圖1所示。通信模塊構(gòu)建具備網(wǎng)絡(luò)通信、中繼和網(wǎng)絡(luò)路由的功能，并支持通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)白愈的通信網(wǎng)絡(luò)；各通信模塊通過與FTU、DTU進行連接，采集柱上開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜等電網(wǎng)設(shè)備的遙信遙測信息，通過組建的通信網(wǎng)絡(luò)快速傳遞到主站，由主站實現(xiàn)對配電網(wǎng)進行實時的監(jiān)測，實現(xiàn)配電網(wǎng)的故障預(yù)警和故障定位功能，并將這些信息傳遞到營銷管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)和GIS等系統(tǒng)中，支撐營配信息集成快速復(fù)電、停電信息通知到戶和客戶應(yīng)急管理等應(yīng)用。

在整個系統(tǒng)中，主站系統(tǒng)是關(guān)鍵，主站系統(tǒng)的功能如圖2所示，主站系統(tǒng)總體包含四個方面的功能：

（1）監(jiān)控中心通過與地理信息和接線圖結(jié)合，實現(xiàn)配網(wǎng)運行狀態(tài)、告警及故障信息、故障影響范圍和通信網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等的可視化監(jiān)測。其中，配網(wǎng)運行狀態(tài)可監(jiān)測監(jiān)測點的工況、電壓、電流、負荷等情況；當運行狀態(tài)超出閾值或發(fā)生故障時，系統(tǒng)將產(chǎn)生告警或故障信息，并在圖中高亮顯示存在問題的設(shè)備和線路；同時也可以對故障引起的停電設(shè)備范圍、停電用戶和停電指標等進行統(tǒng)計展現(xiàn)；通信網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)施，也將在監(jiān)控中心中展示其實時的運行狀態(tài)。 （2）告警及故障管理功能，一是可設(shè)置告警或故障的觸發(fā)閾值，二是當告警或故障信息產(chǎn)生后，將發(fā)起相應(yīng)的處理流程，并通過與營銷系統(tǒng)系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)對接，實現(xiàn)系統(tǒng)間的業(yè)務(wù)協(xié)同。 （3）自動化終端管理，主要是對自動化終端基礎(chǔ)檔案信息的管理和自動化終端采集參數(shù)的配置。 （4）通信網(wǎng)絡(luò)管理，主要是對通信模塊基礎(chǔ)檔案信息的管理和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的配置。

2 主站系統(tǒng)設(shè)計

主站系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如下圖3所示，分別由Struts框架實現(xiàn)表示層，Spring框架實現(xiàn)業(yè)務(wù)服務(wù)層，Hibernate框架實現(xiàn)持久層，構(gòu)成了一個B/S結(jié)構(gòu)的配電線路故障在線監(jiān)測系統(tǒng)。這種多架構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有助于降低模塊間的耦合度，增加代碼可復(fù)用性。

下面解釋各層的設(shè)計思想：

（1）表示層。表示層是采用SVG、jfreechar、flash等圖像展示方式進行數(shù)據(jù)動態(tài)展示。前臺腳步語言使用JavaScript中的jquery和extjs等代碼庫進行前臺界面功能實現(xiàn)。JSP頁面中一般不會嵌入Java代碼，這樣可以增強代碼的可讀性和可維護性。

（2）業(yè)務(wù)層。業(yè)務(wù)層是由Struts的控制組件ActionMapping、ActionServlet、Action以及業(yè)務(wù)邏輯類JavaBean來實現(xiàn)。該層借助Spring框架的依賴注入、面向接口編程等容器組件處理業(yè)務(wù)邏輯和業(yè)務(wù)校驗、事務(wù)管理等，以降低業(yè)務(wù)之間的耦合性。在JavaBean里封裝了與數(shù)據(jù)持久層的交互關(guān)系，以實現(xiàn)所有的業(yè)務(wù)邏輯。

（3）持久層。持久層是以Spring和Hibemate相結(jié)合的方法實現(xiàn)，設(shè)計目標是為整個項目提供一個高層、統(tǒng)一、完全和并發(fā)的數(shù)據(jù)持久機制。

3 軟件技術(shù)路線

該系統(tǒng)的設(shè)計涉及到多種技術(shù)體系和架構(gòu)，主要采取以下技術(shù)路線并綜合考慮平臺的整體性和可擴展性。

（1）基于J2EE的Web架構(gòu)

采用的J2EE架構(gòu)，在軟件體系方面，遵循JAVAEE規(guī)范，并兼容流行的系統(tǒng)軟件，為功能拓展和系統(tǒng)遷移提供了平臺無關(guān)性支持。系統(tǒng)基于Web2.0、XML等通用技術(shù)標準，集成通用的權(quán)限、用戶、工作流等基本功能，有效保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠運行；通過對J2EE的標準應(yīng)用的擴展和補充，利用組件封裝技術(shù)，降低耦合度，實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的縱橫貫通，并提供根據(jù)需要提供接口，保證業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的交互能力。

（ 2） GIS圖形架構(gòu)

采用的GIS架構(gòu)，作為省級電網(wǎng)的圖形服務(wù)中心，采用的是多級分布式系統(tǒng)部署架構(gòu)，底層基于Oraclespatial空間數(shù)據(jù)存儲機制，采用同構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲地理要素、設(shè)備等地理信息數(shù)據(jù)?；贔LEX WEBGIS平臺提供全省電力GIS設(shè)備地圖服務(wù)、及電網(wǎng)業(yè)務(wù)分析服務(wù)。GIS系統(tǒng)建設(shè)符合南網(wǎng)規(guī)范及IEC61970標準支持與其他電力系統(tǒng)的頁面、控件、WebServices服務(wù)、數(shù)據(jù)等方式集成。endprint

（3）數(shù)據(jù)存儲

采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲電網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、站線、變、終端屬性等、計算結(jié)果數(shù)據(jù)；采用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的存儲與緩存，提高系統(tǒng)的處理能力。

（4） WEB信息發(fā)布

與主站系統(tǒng)進行物理隔離后，提供WEB訪問的方式，發(fā)布配網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，供其他系統(tǒng)人員進行查閱。

4 采集模塊架構(gòu)

（1）DB訪問引擎：通用的數(shù)據(jù)庫訪問引擎代碼，實現(xiàn)對各類不同的數(shù)據(jù)庫訪問代碼；

（2）業(yè)務(wù)DAO類庫：本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)邏輯代碼庫；

（3）業(yè)務(wù)調(diào)度核心類：是采集子系統(tǒng)的業(yè)務(wù)調(diào)度中心和業(yè)務(wù)請求中轉(zhuǎn)站。外部系統(tǒng)的命令請求通過“接口子系統(tǒng)”轉(zhuǎn)入到“業(yè)務(wù)調(diào)度核心類”，“業(yè)務(wù)調(diào)度核心類”將命令請求存人命令隊列中；“采集控制器”采集到數(shù)據(jù)之后，回調(diào)到“業(yè)務(wù)調(diào)度核心類”，之后，“業(yè)務(wù)調(diào)度核心類”調(diào)用“業(yè)務(wù)DAO類庫”相關(guān)方法完成數(shù)據(jù)存儲，并通過“界面接口類”完成數(shù)據(jù)顯示；再通過“外部接口類”向其它系統(tǒng)反饋實時運行信息；

（4）外部系統(tǒng)接口類：采集子系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的信息接口模塊，通過定制的協(xié)議和通信接口與外部系統(tǒng)提供信息交互；比如：接收外部系統(tǒng)的命令請求、向外部系統(tǒng)反饋命令執(zhí)行結(jié)果；

（5）命令隊列：下行任務(wù)信息緩存類。“業(yè)務(wù)調(diào)度核心類”向其中增加命令請求；“采集控制器”自動檢測是否有新命令請求，當檢測到后立即“中斷”通信握手，執(zhí)行請求，執(zhí)行成功之后，從隊列中刪除該命令；

（6）采集控制類：檢測命令隊列，管理、協(xié)調(diào)其下的“采集業(yè)務(wù)”、“通信方式”、“通信協(xié)議”等模塊，完成所有的通信及數(shù)據(jù)采集功能；

（7）采集業(yè)務(wù)類：封裝當前系統(tǒng)的具體采集業(yè)務(wù)對象，為通用的“采集控制類”定制具體的采集任務(wù)。

（8）通信適配器：采集方式的Adapter；

（9）協(xié)議適配類：通信協(xié)議的Adapter；

（10）采集方式類：封裝具體的串口、TCP/IP等通信采集類，實現(xiàn)具體的通信方式控制及通用的數(shù)據(jù)收發(fā)接口；

（11）通信協(xié)議類：封裝系統(tǒng)中軟件與硬件的通信協(xié)議。

5 系統(tǒng)邏輯模型

系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖5所示。

（1）設(shè)備層：設(shè)備層為電網(wǎng)故障指示器配電終端；通信終端負責設(shè)備數(shù)據(jù)與主站系統(tǒng)通信，與設(shè)備采用無線射頻進行通信，與采集模塊采用無線或光纖等通信；

（2）采集模塊：負責數(shù)據(jù)的采集，采集到數(shù)據(jù)后，直接進行數(shù)據(jù)存儲操作；采集數(shù)據(jù)庫，主要對采集數(shù)據(jù)進行存儲和加工，數(shù)據(jù)進行邏輯處理后存入主站數(shù)據(jù)庫；

（3）主站數(shù)據(jù)庫：采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的存儲，數(shù)據(jù)庫根據(jù)數(shù)據(jù)類型，進行分區(qū)、分片或時點數(shù)據(jù)存儲。

（4）消息/監(jiān)聽：通過消息或監(jiān)聽機制，按照配網(wǎng)業(yè)務(wù)制定規(guī)則，對符合業(yè)務(wù)規(guī)則的數(shù)據(jù)進行處理，包括故障數(shù)據(jù)短信通知、故障消息面面推送。

（5）業(yè)務(wù)服務(wù)：進行業(yè)務(wù)檔案、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護、報表統(tǒng)計、資產(chǎn)管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)接口等業(yè)務(wù)服務(wù)處理。

6 結(jié)語

通過對主站系統(tǒng)功能規(guī)范標準的研究，達到配電線路故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的標準化、精益化、一體化運行的管理目的。系統(tǒng)必備功能完成配電線路數(shù)據(jù)管理、權(quán)限管理、臺賬管理、故障識別、故障告警、查詢統(tǒng)計、通信終端設(shè)置、故障指示器設(shè)置、數(shù)據(jù)采集等功能；系統(tǒng)選配功能包含主站管理、事件記錄、高級統(tǒng)計分析等功能開發(fā)和應(yīng)用。有利于提升云南電網(wǎng)配電網(wǎng)管理的綜合水平，到達業(yè)務(wù)統(tǒng)一、管理規(guī)范、效果明顯的效果。

通過對系統(tǒng)主站方案研究，以合理的系統(tǒng)處理模式或處理算法進行主站系統(tǒng)處理。主站系統(tǒng)與子站系統(tǒng)按照分層部署的方式設(shè)計，子站系統(tǒng)與采集服務(wù)平臺部署在供電局Ⅱ區(qū)網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)遙控、遠程配置等功能，主站部署在電力綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、故障信息推送等高級應(yīng)用。對改變供電企業(yè)業(yè)務(wù)良莠不齊、系統(tǒng)處理能力低下、數(shù)據(jù)管理不規(guī)范等現(xiàn)存問題，對構(gòu)架集中的主站系統(tǒng)，有直接的指導意義，有利于全省的配網(wǎng)業(yè)務(wù)集中分析和管理。endprint