變配電所電力試驗自動檢測管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

忻一健

針對變配電所電力試驗自動檢測管理系統(tǒng)相關(guān)問題，重點對系統(tǒng)設(shè)計以及實現(xiàn)，做了簡單的論述。自動檢測管理系統(tǒng)的有效設(shè)計與實現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備自動化管控以及故障檢測預警，對確保變配電系統(tǒng)安全運行，有著積極的幫助。自動檢測管理系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括電力繼電保護測試系統(tǒng)、數(shù)字信息處理系統(tǒng)等，實現(xiàn)的系統(tǒng)功能，在實際應用中發(fā)揮著重要的作用。

【關(guān)鍵詞】變配電所 電力試驗 自動檢測 管理系統(tǒng) 設(shè)計 實現(xiàn)

現(xiàn)階段，國內(nèi)變配電所電力試驗已經(jīng)基本實現(xiàn)自動化。自動化檢測技術(shù)的發(fā)展，使得變配電所電力試驗發(fā)生了極大的改變，自動化管理系統(tǒng)以及一體化監(jiān)控系統(tǒng)等，被廣泛的應用，能夠?qū)崿F(xiàn)電力試驗集中開展，對變配電系統(tǒng)運行狀態(tài)進行集中評估，提升系統(tǒng)運行的安全性以及可靠性，有著積極的作用。

1 電網(wǎng)自動化系統(tǒng)檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國電網(wǎng)自動化系統(tǒng)過檢測技術(shù)中，部分技術(shù)與方法能夠達到國際先進水平，比如調(diào)度自動化系統(tǒng)整體檢測與評估方法，以及多元閉環(huán)擾動環(huán)境模擬技術(shù)等，并且實現(xiàn)了對電網(wǎng)自動化系統(tǒng)檢測以及評估，使得電網(wǎng)自動化系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性以及可靠性，得以極大的提升。由中國電力科學研究院承擔，進行的電網(wǎng)自動化系統(tǒng)檢測以及評估關(guān)鍵技術(shù)研究和應用項目，提出了基于電網(wǎng)全斷面數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的閉環(huán)擾動系統(tǒng)，以及標準互操作測試平臺等，實現(xiàn)了系統(tǒng)運行狀態(tài)集中評估。

2 自動檢測管理系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 自動檢測系統(tǒng)

自動檢測系統(tǒng)構(gòu)成，主要包括PW系列微機型繼電保護裝置、繼電器檢測模塊。利用繼電保護裝置，利用檢測技術(shù)以及數(shù)字處理技術(shù)，具有較強的測試能力，便于測試的開展。通信終端通過接口與測試儀，實現(xiàn)連接通信，利用軟件和測試儀通訊，可以實現(xiàn)指令發(fā)送與接收，利用自動檢測系統(tǒng)所搜集的數(shù)據(jù)信息，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，進行分析與評估，并且生成試驗報告。測試儀可以接收終端設(shè)備（用戶控制中心）所發(fā)出的指令，來檢測繼電器性能指標，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，運算并且評估試驗結(jié)果，通過通道將數(shù)據(jù)傳送到控制中心。自動化檢測系統(tǒng)可以實現(xiàn)對檢測對象自動測試，包括電流、返回值、整組時間等，同時生成試驗報告。

2.2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

2.2.1 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

電力試驗自動化檢測管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)構(gòu)成，主要包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、軟件、數(shù)據(jù)庫。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，使得更多的智能設(shè)備與系統(tǒng)被應用到變配電系統(tǒng)中，在實際運行的過程中，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息量較大，原有的管理中心數(shù)據(jù)庫已經(jīng)難以滿足發(fā)展的需求，而基于大數(shù)據(jù)的海量數(shù)據(jù)庫應運而生，在電力企業(yè)數(shù)據(jù)綜合治理方面被廣泛的應用，譬如：某電力企業(yè)業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典一致率能夠達到100%，SG-CIM模型的遵從度已經(jīng)能夠達到100%，而且空置率為0%，極大程度上提高了電力數(shù)據(jù)綜合治理工作，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)融合，提供了極大的便利。

2.2.2 基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)功能

基于云計算技術(shù)的變配電數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，主要由云計算基礎(chǔ)平臺層以及虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施層構(gòu)成。

（1）云計算基礎(chǔ)平臺層。主要功能包括數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)分析、分布式數(shù)據(jù)管理與處理、分布式文件系統(tǒng)、應用服務器、數(shù)據(jù)庫服務器集群、Web服務器。

（2）虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施層。主要是由虛擬機、虛擬機監(jiān)視器、虛擬化平臺等構(gòu)成，能夠?qū)嵄O(jiān)控與管理等功能。在云計算層，利用虛擬機，來構(gòu)建Web服務器集群以及數(shù)據(jù)庫服務器集群，為數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建運行環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲，以及數(shù)據(jù)分析與評估，為數(shù)據(jù)挖掘以及輔助決策等業(yè)務，提供分布式計算環(huán)境，為電力試驗自動檢測管理，提供設(shè)備狀態(tài)檢測以及性能評估等服務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成與共享。

2.2.3 數(shù)據(jù)中心平臺構(gòu)建

基于變配電所電力試驗自動檢測管理需求，利用電力數(shù)據(jù)中心云計算平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)信息可靠存儲，譬如：基于Hadoop的數(shù)據(jù)中心云計算平臺，采取主從架構(gòu)模式，選擇某個虛擬化服務器集群，作為主節(jié)點，其余節(jié)點則作為從節(jié)點；采用MapReduce，作為編程模型以及計算框架，進行海量數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)Υ笠?guī)模數(shù)據(jù)，進行集成操作，通過分解與匯總方法，進行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)倉庫是數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘以及輔助決策，HBase是分布數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；基于SQL的HiveQL，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)集分析以及快速查詢。

2.2.4 應用流程

基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，設(shè)計室人員可以利用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，將各科室數(shù)據(jù)進行整體與融合，進行統(tǒng)一管理。電力檢驗室人員相關(guān)數(shù)據(jù)，比如采集信息與記錄數(shù)據(jù)等進行匯總，上報給數(shù)據(jù)管理中心，各科室之間均可以隨時查詢相關(guān)數(shù)據(jù)信息，以及時獲取所需數(shù)據(jù)。在進行數(shù)據(jù)操作的過程中，需要獲得訪問權(quán)限后，輸入登陸賬號與密碼，才可以進行相關(guān)操作，這也是現(xiàn)代化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)保護數(shù)據(jù)安全的重要措施。基于電力試驗所的業(yè)務需求，其服務器中心數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程如圖1所示，現(xiàn)階段電力試驗數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)流程更為靈活，數(shù)據(jù)信息共享程度較高，服務器中心數(shù)據(jù)庫負責下達指令，比如委托書、檢測計劃、下達任務，檢測各科室本地數(shù)據(jù)庫負責進行數(shù)據(jù)匯總，將數(shù)據(jù)傳送到服務器中心數(shù)據(jù)庫，而各科室也可以基于需求，在數(shù)據(jù)系統(tǒng)功能模塊中，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，進行數(shù)據(jù)查詢，如圖1所示。

2.3 軟件實現(xiàn)

變配電所電力試驗自動檢測管理系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)處理程序，采取模塊化開發(fā)模式，具備擴展性與升級力。電力試驗所數(shù)據(jù)處理較為簡單，將數(shù)據(jù)信息傳送到儀表實驗室以及高壓試驗室等模塊，負責收錄各實驗室的相關(guān)數(shù)據(jù)以及試驗記錄，能夠進行數(shù)據(jù)記錄信息與保存，同時還可以進行修改與打印，試驗結(jié)果可以從窗口顯示出來，利用打印機可以打印資料。數(shù)據(jù)維護程序分為新數(shù)據(jù)生成模塊、備份模塊、恢復模塊等，除此之外還包括圖形管理模塊與質(zhì)量管理模塊等。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可以在實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)程序化與規(guī)范化管理，以及數(shù)據(jù)采集與匯總分析等功能。

3 自動檢測管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 電力繼電保護測試系統(tǒng)

電力行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的繼電保護測試發(fā)展在于自動測試，采取電力電子技術(shù)與微電子技術(shù)等，結(jié)合運用自動控制技術(shù)，以實現(xiàn)電力繼電保護測試。在實際檢測工作中，多使用繼電保護測試儀，比如JBC-03繼電保護測試儀器，運用微電腦技術(shù)，借助單片機、顯示器、打印機與時鐘、邏輯控制單元等的功能，能夠確保檢測的精度性，避免重復檢測，是繼電保護裝置常用的檢驗儀器，可以檢查繼電器的釋放電壓值以及吸合電壓值等，并且具備測試結(jié)果打印功能。

3.2 數(shù)字信號處理系統(tǒng)

變配電所電力試驗自動檢測管理系統(tǒng)，其數(shù)字信號處理系統(tǒng)，主要是由DSP+FPGA。DSP數(shù)字處理技術(shù)，通過DSP芯片，進行信號處理。DSP芯片被廣泛的應用于電力試驗自動檢測作業(yè)中，對數(shù)據(jù)信號處理，發(fā)揮著積極的作用，是計算機專用芯片。自動檢測管理系統(tǒng)中的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，所使用的DSP數(shù)字信號處理技術(shù)，多與FPGA相互結(jié)合運用，F(xiàn)PGA也就是現(xiàn)場可編程門陣列，是基于PAL與GAL等可編程器件，作為專用集成電路，能夠解決定制電路所存在的問題，克服其它可編程門的缺點，比如電路數(shù)有限問題。

3.3 編程技術(shù)

變配電所電力試驗自動檢測管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫建設(shè)，多利用Windows 2000 SERVER平臺，SYBASE作為數(shù)據(jù)庫，使用PB6.5作為開發(fā)語言在。Windows 2000 SERVER可以作為中小型網(wǎng)絡(luò)，適合工作組以及部門服務器，通過管理工作組以及部門服務組等，可以擴大網(wǎng)絡(luò)應用范圍。SYBASE數(shù)據(jù)庫，是基于Internet計算環(huán)境，不僅改變了信息管理方式，也改變了訪問方式。而且SYBASE作為多媒體數(shù)據(jù)，可以支持Web高級應用，同時能夠滿足負載需求，是集成式Web信息管理工具。

4 自動檢測系統(tǒng)功能的實現(xiàn)-以電路檢測為例

電力試驗自動檢測系統(tǒng)，應用邏輯電路檢測設(shè)備，不僅能夠提高查線排錯的效率，以及電路檢測工作效率。將電氣線路作為邏輯線路，進行多路檢查，需要檢測系統(tǒng)具備邏輯關(guān)系描述能力。

4.1 檢測設(shè)備

通用自動化檢測系統(tǒng)，所采取的檢測設(shè)備，主要構(gòu)成包括計算機電腦、IO控制箱等，采取的是上下位機通訊方式。采用機車RS485方式，實現(xiàn)上位計算機以及下位IO控制箱，實現(xiàn)輸出信號控制，以確保信號傳輸?shù)目煽啃砸约八俣取O控制板需要具備以下條件：

（1）具備處理器的電路板，實現(xiàn)獨立工作；

（2）IO控制器可以實現(xiàn)IO狀態(tài)記錄，基于計算機指令開展工作；

（3）IO可以作為輸出口，也可以作為輸入口，以便于檢測時，可以不設(shè)置繼電器，便于維護與更換。

4.2 數(shù)據(jù)配置設(shè)計

為了能夠?qū)崿F(xiàn)檢測設(shè)備的通用功能，以及單個IO控制箱能夠?qū)崿F(xiàn)不同邏輯裝置查線，則需要針對各邏輯裝置，設(shè)置獨立數(shù)據(jù)配置文件。基于輸入輸出信號，其連接線定義，來進行被測試線路號與IO之間的對應關(guān)系。邏輯裝置測試文件內(nèi)容，主要包括數(shù)據(jù)配置與測試步數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)配置包括IO功能定義（基于IO功能對應表）、邏輯圖形文件（基于邏輯測試原理）。

4.3 邏輯圖形編輯

單個邏輯圖形文件，比如電氣線路圖，可以包含多個邏輯圖形集，比如低壓電器柜、開關(guān)柜等，而邏輯圖形又分為多個邏輯圖形單元，即邏輯測試步。以含有多個電控閥的線路，在檢測線路開路狀態(tài)時，可以采取電控閥線圈通電的方式。對于復雜線路，為能夠明確的表達線路的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以通過邏輯梯形圖，進行連接信息描述。為了能夠檢測線路的全部狀態(tài)，在進行系統(tǒng)設(shè)計時，需要考慮到可能生成的檢測邏輯表，基于此需要按照邏輯原則，建立輸入輸出先后關(guān)系。

4.4 邏輯梯形圖的遍歷

軟件設(shè)計遍歷算法為核心，在進行邏輯梯形圖設(shè)計時，采取梯歸算法，進行細節(jié)處理，以確保數(shù)據(jù)運算速度以及結(jié)果輸出得以滿足。即使是在百種遍歷路徑下，也可以在1s之內(nèi)得到結(jié)果，計算機配置為128M內(nèi)存以及PⅢ800M。路徑基本思路如下：

（1）在有向圖頂點中，選擇入度為0的頂點V0，也就是輸出信號電路；

（2）擴展嵌套頂點，將其合并到一維數(shù)組中，反復此過程，直到頂點均為非組合點；

（3）從V0開始，采取遞歸算法，進行有向圖遍歷，同時要保存路徑信息。

4.5 邏輯測試表的生成

基于特定邏輯梯形圖，其檢測要求表。檢測要求表主要包括輸入條件表格以及結(jié)果檢測表格。輸入條件表格被側(cè)對象需要達到其輸入標準，利用IO控制器來完成輸入狀態(tài)，或者手動完成輸入狀態(tài)。結(jié)果檢測表格是需要檢測的指標。若滿足相應的輸入條件，此時輸出邏輯則成立，當檢測結(jié)果不滿足相關(guān)要求，則可以說明輸入端-輸出端存在問題。結(jié)合其他邏輯梯形圖數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，能夠快速的排查故障。若檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)較多，則能夠?qū)崿F(xiàn)故障點精準定位。在設(shè)備檢測時，要按照邏輯測試表進行測試作業(yè)。基于此的檢測系統(tǒng)，被應用于高低壓屏柜以及其它設(shè)備檢測，不僅檢測效率高，而且工作強度較低。基于邏輯電路的自動檢測系統(tǒng)，基于邏輯裝置，可以進行輸入與輸出信號定義，同時可以繪制設(shè)備接線邏輯圖形，基于接線邏輯圖形，可以自動生成邏輯測試表，進而完成大部分線路檢測工作，根據(jù)檢測結(jié)果，進行數(shù)據(jù)分析，可以進行錯誤查找，以便于后期管理。

5 結(jié)束語

在進行自動化檢測系統(tǒng)設(shè)計時，要基于電力試驗流程以及技術(shù)人員的工作習慣，進行人性化設(shè)計，以便于技術(shù)人員可以進行使用與學習。技術(shù)人員利用自動化管理系統(tǒng)，通過簡單的操作，可以實現(xiàn)對繼電器的試驗，做好試驗記錄管理，便于后期查詢。

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作者單位

1.國網(wǎng)浙江寧波市鄞州區(qū)供電公司 浙江省寧波市 315000

2.寧波市鄞州職業(yè)教育中心學校 浙江省寧波市 315100