配電線路故障在線監測系統開發與實踐

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測主站系統普遍存在的兼容性差，重復建設多，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總體結構、主站系統設計、系統軟件設計方案、采集模塊方案、以及系統邏輯模型。在實際運行中結果顯示有利于提升云南電網配電網管理的綜合水平，到達業務統一、管理規范、效果明顯的效果。

關鍵詞：主站系統；配電線路；故障監測

O 引言

配網線路的特點是距離長，分支多，網狀結構，故障發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，目前國內外多家電網企業已經研發并采用了線路故障在線監測系統，該系統可以監測配電線路的短路故障、接地故障、過流、停送電等功能，是智能電網中不可缺少的一部分。該系統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點，從而為實現配網智能化管理打下堅實的基礎。

目前，各個供電企業均開展了配電線路故障在線監測系統的建設工作，主站系統的建設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建設的主站系統存在建設廠家眾多，技術水平層次不齊，可用性和易用性底下；實時并發模式下的系統處理能力不強，對遙測量的采集與監控數據較少；同時，主站系統均采用縣公司或供電局部署的方式，不利于整個省級電網企業的業務統一與配電網分析運行等問題。

針對以上的問題，本文提出開發一套集中主站系統的思想，云南電網公司內所有安裝的故障監測終端全部使用該系統，開發統一功能結構，優化采集系統架構，統一通信規約。滿足大規模通信終端的接入、實現故障監測功能和指標的標準化、實現各廠家設備互通互用。該系統的建設大大提高了配電線路故障在線監測技術的標準化、統一化、便利化，以后將在云南省各個地區普遍使用。

1 系統總體架構

系統總體的架構如圖1所示。通信模塊構建具備網絡通信、中繼和網絡路由的功能，并支持通信網絡環網白愈的通信網絡；各通信模塊通過與FTU、DTU進行連接，采集柱上開關、環網柜等電網設備的遙信遙測信息，通過組建的通信網絡快速傳遞到主站，由主站實現對配電網進行實時的監測，實現配電網的故障預警和故障定位功能，并將這些信息傳遞到營銷管理系統、生產管理系統和GIS等系統中，支撐營配信息集成快速復電、停電信息通知到戶和客戶應急管理等應用。

在整個系統中，主站系統是關鍵，主站系統的功能如圖2所示，主站系統總體包含四個方面的功能：

（1）監控中心通過與地理信息和接線圖結合，實現配網運行狀態、告警及故障信息、故障影響范圍和通信網絡狀態等的可視化監測。其中，配網運行狀態可監測監測點的工況、電壓、電流、負荷等情況；當運行狀態超出閾值或發生故障時，系統將產生告警或故障信息，并在圖中高亮顯示存在問題的設備和線路；同時也可以對故障引起的停電設備范圍、停電用戶和停電指標等進行統計展現；通信網絡作為系統的關鍵設施，也將在監控中心中展示其實時的運行狀態。 （2）告警及故障管理功能，一是可設置告警或故障的觸發閾值，二是當告警或故障信息產生后，將發起相應的處理流程，并通過與營銷系統系統和生產管理系統對接，實現系統間的業務協同。 （3）自動化終端管理，主要是對自動化終端基礎檔案信息的管理和自動化終端采集參數的配置。 （4）通信網絡管理，主要是對通信模塊基礎檔案信息的管理和網絡參數的配置。

2 主站系統設計

主站系統技術架構如下圖3所示，分別由Struts框架實現表示層，Spring框架實現業務服務層，Hibernate框架實現持久層，構成了一個B/S結構的配電線路故障在線監測系統。這種多架構的系統結構有助于降低模塊間的耦合度，增加代碼可復用性。

下面解釋各層的設計思想：

（1）表示層。表示層是采用SVG、jfreechar、flash等圖像展示方式進行數據動態展示。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。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）業務層。業務層是由Struts的控制組件ActionMapping、ActionServlet、Action以及業務邏輯類JavaBean來實現。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務邏輯和業務校驗、事務管理等，以降低業務之間的耦合性。在JavaBean里封裝了與數據持久層的交互關系，以實現所有的業務邏輯。

（3）持久層。持久層是以Spring和Hibemate相結合的方法實現，設計目標是為整個項目提供一個高層、統一、完全和并發的數據持久機制。

3 軟件技術路線

該系統的設計涉及到多種技術體系和架構，主要采取以下技術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

采用的J2EE架構，在軟件體系方面，遵循JAVAEE規范，并兼容流行的系統軟件，為功能拓展和系統遷移提供了平臺無關性支持。系統基于Web2.0、XML等通用技術標準，集成通用的權限、用戶、工作流等基本功能，有效保證系統的穩定和可靠運行；通過對J2EE的標準應用的擴展和補充，利用組件封裝技術，降低耦合度，實現業務邏輯的縱橫貫通，并提供根據需要提供接口，保證業務和數據的交互能力。

（ 2） GIS圖形架構

采用的GIS架構，作為省級電網的圖形服務中心，采用的是多級分布式系統部署架構，底層基于Oraclespatial空間數據存儲機制，采用同構數據結構存儲地理要素、設備等地理信息數據?；贔LEX WEBGIS平臺提供全省電力GIS設備地圖服務、及電網業務分析服務。GIS系統建設符合南網規范及IEC61970標準支持與其他電力系統的頁面、控件、WebServices服務、數據等方式集成。endprint

（3）數據存儲

采用關系數據庫存儲電網基礎網架結構數據、站線、變、終端屬性等、計算結果數據；采用內存數據庫進行數據的存儲與緩存，提高系統的處理能力。

（4） WEB信息發布

與主站系統進行物理隔離后，提供WEB訪問的方式，發布配網運行數據，供其他系統人員進行查閱。

4 采集模塊架構

（1）DB訪問引擎：通用的數據庫訪問引擎代碼，實現對各類不同的數據庫訪問代碼；

（2）業務DAO類庫：本系統的數據庫業務邏輯代碼庫；

（3）業務調度核心類：是采集子系統的業務調度中心和業務請求中轉站。外部系統的命令請求通過“接口子系統”轉入到“業務調度核心類”，“業務調度核心類”將命令請求存人命令隊列中；“采集控制器”采集到數據之后，回調到“業務調度核心類”，之后，“業務調度核心類”調用“業務DAO類庫”相關方法完成數據存儲，并通過“界面接口類”完成數據顯示；再通過“外部接口類”向其它系統反饋實時運行信息；

（4）外部系統接口類：采集子系統與外部系統的信息接口模塊，通過定制的協議和通信接口與外部系統提供信息交互；比如：接收外部系統的命令請求、向外部系統反饋命令執行結果；

（5）命令隊列：下行任務信息緩存類?！皹I務調度核心類”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，執行請求，執行成功之后，從隊列中刪除該命令；

（6）采集控制類：檢測命令隊列，管理、協調其下的“采集業務”、“通信方式”、“通信協議”等模塊，完成所有的通信及數據采集功能；

（7）采集業務類：封裝當前系統的具體采集業務對象，為通用的“采集控制類”定制具體的采集任務。

（8）通信適配器：采集方式的Adapter；

（9）協議適配類：通信協議的Adapter；

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

（11）通信協議類：封裝系統中軟件與硬件的通信協議。

5 系統邏輯模型

系統邏輯結構如圖5所示。

（1）設備層：設備層為電網故障指示器配電終端；通信終端負責設備數據與主站系統通信，與設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：負責數據的采集，采集到數據后，直接進行數據存儲操作；采集數據庫，主要對采集數據進行存儲和加工，數據進行邏輯處理后存入主站數據庫；

（3）主站數據庫：采用關系數據庫進行數據的存儲，數據庫根據數據類型，進行分區、分片或時點數據存儲。

（4）消息/監聽：通過消息或監聽機制，按照配網業務制定規則，對符合業務規則的數據進行處理，包括故障數據短信通知、故障消息面面推送。

（5）業務服務：進行業務檔案、基礎數據維護、報表統計、資產管理、權限管理、系統接口等業務服務處理。

6 結語

通過對主站系統功能規范標準的研究，達到配電線路故障在線監測系統的標準化、精益化、一體化運行的管理目的。系統必備功能完成配電線路數據管理、權限管理、臺賬管理、故障識別、故障告警、查詢統計、通信終端設置、故障指示器設置、數據采集等功能；系統選配功能包含主站管理、事件記錄、高級統計分析等功能開發和應用。有利于提升云南電網配電網管理的綜合水平，到達業務統一、管理規范、效果明顯的效果。

通過對系統主站方案研究，以合理的系統處理模式或處理算法進行主站系統處理。主站系統與子站系統按照分層部署的方式設計，子站系統與采集服務平臺部署在供電局Ⅱ區網絡，可實現遙控、遠程配置等功能，主站部署在電力綜合數據網，實現數據分析、故障信息推送等高級應用。對改變供電企業業務良莠不齊、系統處理能力低下、數據管理不規范等現存問題，對構架集中的主站系統，有直接的指導意義，有利于全省的配網業務集中分析和管理。endprint