基于拓?fù)渲悄芊治雠c展示的配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鐘達(dá)　黃盛亮　張建國(guó)

【摘 要】在電力生產(chǎn)運(yùn)行中，中壓配電網(wǎng)故障主要為接地故障，且故障點(diǎn)隱蔽，按傳統(tǒng)方式不易查找。接地故障對(duì)線路變電設(shè)備、配電設(shè)備、配電網(wǎng)會(huì)造成嚴(yán)重的危害。在配電網(wǎng)線路中準(zhǔn)確地查找線路故障的區(qū)段并進(jìn)行定位一直是困擾當(dāng)前配電網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)難點(diǎn)。本文論述的基于拓?fù)渲悄芊治雠c展示的配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)通過拓?fù)鋱D形智能搜索分析算法的分析計(jì)算，能夠準(zhǔn)確定位線路故障，減小故障范圍，縮短故障處理時(shí)間，從而大大減輕停電對(duì)居民、生產(chǎn)生活的影響，減少經(jīng)濟(jì)損失，減少社會(huì)影響，維護(hù)電力公司的良好形象。

【關(guān)鍵詞】故障定位；深度優(yōu)先搜索；拓?fù)浞治?；前置機(jī)

0 引言

國(guó)家電網(wǎng)公司提出從2011年開始，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)試點(diǎn)工作全面開展。到2015年，基本建成堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，關(guān)鍵技術(shù)和裝備達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，雙向互動(dòng)服務(wù)在大中城市得到推廣。

配電網(wǎng)建設(shè)是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是電網(wǎng)運(yùn)行中較為薄弱的環(huán)節(jié)。在生產(chǎn)運(yùn)行中，中壓配電網(wǎng)故障主要為接地故障，且故障點(diǎn)隱蔽，按傳統(tǒng)方式不易查找。接地故障對(duì)線路變電設(shè)備、配電設(shè)備、配電網(wǎng)會(huì)造成嚴(yán)重的危害。在配電網(wǎng)線路中準(zhǔn)確地查找線路故障的區(qū)段并進(jìn)行定位一直是困擾當(dāng)前配電網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)難點(diǎn)。按傳統(tǒng)方式，故障發(fā)生后由線路維護(hù)人員逐段、逐線、逐桿查找，工作強(qiáng)度大，故障處理時(shí)間長(zhǎng)，影響人們正常生產(chǎn)生活，且對(duì)社會(huì)造成了不可估量的損失，同時(shí)也影響了電網(wǎng)在社會(huì)的企業(yè)形象。因此，建立一套配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)來快速定位故障、解決故障，減少故障處理時(shí)間，降低故障所引起的損失，提高企業(yè)形象已迫在眉睫。

配網(wǎng)智能故障定位系統(tǒng)的建設(shè)有著重要意義，通過本文論述的基于拓?fù)渲悄芊治雠c展示的配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確定位線路故障，減小故障范圍，縮短故障處理時(shí)間，從而大大減輕停電對(duì)居民、生產(chǎn)生活的影響，減少經(jīng)濟(jì)損失，減少社會(huì)影響，維護(hù)電力公司的良好形象。由于電能不能儲(chǔ)存，一旦發(fā)生大面積停電將造成重大損失，及時(shí)定位故障，能將損失降低。配電線路故障的快速、準(zhǔn)確定位，不僅對(duì)修復(fù)電路和保證可靠用電，而且對(duì)保證整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有十分重要的作用。

1 系統(tǒng)架構(gòu)（圖1）

基于拓?fù)渲悄芊治雠c展示的配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)分為三層結(jié)構(gòu)，包括故障定位主站和采集前置機(jī)兩大部分，其中故障定位主站分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層；各層具體實(shí)現(xiàn)如下：

1）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、任務(wù)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)，其中圖形數(shù)據(jù)來自GPMS系統(tǒng)，是整個(gè)配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)來源；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來自統(tǒng)一目錄，包括電力公司組織機(jī)構(gòu)、人員等基礎(chǔ)信息，是系統(tǒng)運(yùn)行的重要數(shù)據(jù)支撐。

2）應(yīng)用層

應(yīng)用層按業(yè)務(wù)功能劃分為七個(gè)功能模塊和內(nèi)部接口服務(wù)，是實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，其中內(nèi)部接口服務(wù)是故障定位主站和數(shù)據(jù)采集層數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，提供?shù)據(jù)交互、消息服務(wù)、數(shù)據(jù)推送等通訊功能方面的服務(wù)。

3）終端采集層

終端采集層主要由故障采集終端和故障指示器組成。故障指示器安裝在10kV中壓配電線路上，A、B、C三相每相各懸掛一個(gè)，定時(shí)采集配網(wǎng)線路上的負(fù)荷電流值、對(duì)電場(chǎng)、接地電流基準(zhǔn)等數(shù)據(jù)。故障采集終端一般安裝在指示器附近的電線桿上，定時(shí)上報(bào)線路運(yùn)行過程中的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，也可以接收故障定位主站下發(fā)的各種操作命令。

2 業(yè)務(wù)流程（圖2）

故障定位主站的外部接口服務(wù)定時(shí)從GPMS系統(tǒng)同步的圖形數(shù)據(jù)，根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則自動(dòng)生成配網(wǎng)圖形新增、異動(dòng)、報(bào)廢等不同類型的任務(wù)工單。

線路運(yùn)行正常時(shí)，故障指示器可以采集線路上的負(fù)荷電流值、對(duì)地電場(chǎng)、接地電流基準(zhǔn)等數(shù)據(jù)，提供了分析線路運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)線路發(fā)送故障時(shí)，指示器會(huì)立即把故障告警信息通過Zigbee 433MHz的方式發(fā)送到附近的故障采集終端，再由故障采集終端通過GPRS把告警信息轉(zhuǎn)發(fā)到主站，主站在接收到故障信息后會(huì)以彈出系統(tǒng)托盤的方式提醒電力值班人員，也支持通過短信的方式將故障告警信息直接發(fā)送到電力搶修人員的手機(jī)中，便于相關(guān)人員及時(shí)做出反應(yīng)。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 深度優(yōu)先搜索算法

深度優(yōu)先搜索是一種在開發(fā)爬蟲早期使用較多的方法。它的目的是要達(dá)到被搜索結(jié)構(gòu)的葉結(jié)點(diǎn)（即那些不包含任何超鏈的HTML文件） 。在一個(gè)HTML文件中，當(dāng)一個(gè)超鏈被選擇后，被鏈接的HTML文件將執(zhí)行深度優(yōu)先搜索，即在搜索其余的超鏈結(jié)果之前必須先完整地搜索單獨(dú)的一條鏈。深度優(yōu)先搜索沿著HTML文件上的超鏈走到不能再深入為止，然后返回到某一個(gè)HTML文件，再繼續(xù)選擇該HTML文件中的其他超鏈。當(dāng)不再有其他超鏈可選擇時(shí)，說明搜索已經(jīng)結(jié)束。

深度優(yōu)先搜索的優(yōu)點(diǎn)是能遍歷一個(gè)Web 站點(diǎn)或深層嵌套的文檔集合；缺點(diǎn)是因?yàn)閃eb結(jié)構(gòu)相當(dāng)深，，有可能造成一旦進(jìn)去，再也出不來的情況發(fā)生。

深度優(yōu)先遍歷圖的方法是，從圖中某頂點(diǎn)v出發(fā)：

1）訪問頂點(diǎn)v；

2）依次從v的未被訪問的鄰接點(diǎn)出發(fā)，對(duì)圖進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷；直至圖中和v有路徑相通的頂點(diǎn)都被訪問；

3）若此時(shí)圖中尚有頂點(diǎn)未被訪問，則從一個(gè)未被訪問的頂點(diǎn)出發(fā)，重新進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷，直到圖中所有頂點(diǎn)均被訪問過為止。

3.2 框架開發(fā)

1）主站系統(tǒng)

配網(wǎng)故障定位主站應(yīng)用采用B/S方式，通過J2EE、組件技術(shù)等實(shí)現(xiàn)；采集前置機(jī)的各類服務(wù)采用C/S方式，通過JAVA技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

配網(wǎng)故障定位主站應(yīng)用服務(wù)與采集前置機(jī)通過JMS（消息中間件） 進(jìn)行信息交互。檔案數(shù)據(jù)和定時(shí)批量采集數(shù)據(jù)通過EHcache緩存技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

為了構(gòu)建高可用性、安全性、集成性、先進(jìn)性、可擴(kuò)展性、經(jīng)濟(jì)性、可伸縮性和擴(kuò)展性的配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件采用成熟、標(biāo)準(zhǔn)的J2EE（Java 2 Enterprise Edition）企業(yè)平臺(tái)架構(gòu)搭建，采用多層的分布式應(yīng)用模型、組件再用、一致化的安全模型及靈活的事務(wù)控制，使系統(tǒng)具有更好的移植性，以適應(yīng)配網(wǎng)故障定位主站應(yīng)用交互性強(qiáng)、用戶需求多樣化、數(shù)據(jù)展示個(gè)性化，以及系統(tǒng)將來的擴(kuò)展的需要。

系統(tǒng)軟件采用分布式多層結(jié)構(gòu)，典型的軟件架構(gòu)分表現(xiàn)層、應(yīng)用層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層。根據(jù)本系統(tǒng)業(yè)務(wù)特點(diǎn) ，應(yīng)用層進(jìn)一步細(xì)分為采集子層和業(yè)務(wù)子層、對(duì)外接口等。系統(tǒng)軟件通過對(duì)外接口與外系統(tǒng)交互。

（1）表現(xiàn)層：提供統(tǒng)一的業(yè)務(wù)應(yīng)用操作界面和信息展示窗口，是系統(tǒng)直接面向操作用戶的部分。

（2）業(yè)務(wù)層：實(shí)現(xiàn)具體業(yè)務(wù)邏輯，是系統(tǒng)系統(tǒng)的核心層，根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)，業(yè)務(wù)層可分為采集子層、業(yè)務(wù)子層、對(duì)外接口等。

（3）服務(wù)層：提供全局通用的業(yè)務(wù)服務(wù)、報(bào)表服務(wù)、安全服務(wù)等組件服務(wù)支持，并實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)專用的業(yè)務(wù)邏輯服務(wù)，為業(yè)務(wù)層提供通用的技術(shù)支撐。

（4）數(shù)據(jù)層：通過大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle 10g實(shí)現(xiàn)海量信息的存儲(chǔ)、訪問、整理，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的管理支持。

2）前置機(jī)系統(tǒng)

系統(tǒng)前置服務(wù)提供通信服務(wù)、采集服務(wù)、定時(shí)/調(diào)度服務(wù)和入庫(kù)服務(wù)，統(tǒng)一接收配網(wǎng)故障定位主站應(yīng)用服務(wù)的各種請(qǐng)求任務(wù)；統(tǒng)一進(jìn)行規(guī)約解析服務(wù)，提供規(guī)約加載、規(guī)約卸載接口；統(tǒng)一為無線公網(wǎng)（GPRS/CDMA1X）、無線專網(wǎng)（230M）、有線網(wǎng)絡(luò)（Modem/光纖）等接入方式的通信前置機(jī)提供路由服務(wù)；無線公網(wǎng)通信服務(wù)實(shí)現(xiàn)與GPRS/CDMA1X等無線公網(wǎng)接入的終端進(jìn)行通信，無線專網(wǎng)通信服務(wù)實(shí)現(xiàn)與230M無線專網(wǎng)接入的終端進(jìn)行通信，有線通信服務(wù)實(shí)現(xiàn)與Modem撥號(hào)/光纖等有線網(wǎng)接入的終端進(jìn)行通信。

4 系統(tǒng)在配網(wǎng)運(yùn)行中試點(diǎn)的應(yīng)用

系統(tǒng)于2012年12月開始在國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)供電公司配網(wǎng)運(yùn)行中進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用，通過在線路故障多發(fā)地區(qū)的電線上安裝故障指示器和故障采集終端，實(shí)現(xiàn)了配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行線路運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地判別配網(wǎng)接地故障、短路故障，準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)。配電網(wǎng)故障智能定位系統(tǒng)解決了配網(wǎng)故障點(diǎn)隱蔽、不易查找等技術(shù)難點(diǎn)，將廣大線路維修人員從以往的逐段、逐線、逐桿查找的繁重工作中解脫出來，提升了配網(wǎng)自動(dòng)化水平。

5 結(jié)論與展望

基于拓?fù)渲悄芊治雠c展示的配網(wǎng)故障定位系統(tǒng)通過建立完善的配網(wǎng)線路運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控機(jī)制，集成了拓?fù)鋱D形智能搜索分析算法，最終實(shí)現(xiàn)將廣大線路維修人員從以往的逐段、逐線、逐桿查找的繁重工作中解脫出來，提升了配網(wǎng)自動(dòng)化水平。

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[責(zé)任編輯：程龍]