電網接地補償裝置診斷平臺的研究與應用

趙玉才 趙玉富

摘 要：針對電網接地補償裝置實際運維管理中存在的問題，本文介紹了一種基于在線監測和物聯網技術而研發的電網接地補償裝置診斷平臺，利用大數據理論，依據標準《自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置技術條件》（DL/T 1057—2007），建立專家診斷模型數據庫。運維檢修人員可通過手機和計算機訪問診斷平臺服務器，實時查看現場接地補償裝置運行狀況，有效避免了接地故障引起的突發事件，為電網接地補償裝置安全可靠運行提供了一套十分有效的在線監測方案。

關鍵詞：電網;接地;補償;在線監測;診斷

中圖分類號：TM933 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）17-0033-03

Absrtact： In view of the problems existing in the actual operation and maintenance management of power grid grounding compensation device， this paper introduced a fault diagnosis platform based on on-line monitoring and mobile internet technology， which utilized large data theory， according to standard Automatic Tracking Compensation Arc Coil Complete Set of Equipment Technical Conditions（DL/T 1057—2007）， Established expert diagnostic model database. The maintenance personnel can access the diagnosis platform server through the mobile phone and the computer， view the operation condition of the field grounding compensation device in real time， effectively avoid the sudden incident caused by grounding fault， and provide a set of very effective on-line monitoring scheme for the safe and reliable operation of the grounding compensation device.

Keywords： power grids;grounding;compensation;on-line monitoring;diagnosis

電網的中性點不接地系統即小電流接地，發生單相接地故障時，電網仍可繼續運行一段時間。但如果發生單相接地時容性電流很大，且電弧為間歇性的熄滅與重燃，就會產生弧光接地電壓，破壞電氣設備的絕緣性能。如果接地電弧不能及時熄滅，就會引起相間短路，導致線路跳閘，造成斷電。

目前，國內外電力設備正由計劃檢修逐步向狀態檢修過渡。如果要進行狀態檢修，就必須了解設備在運行中的狀況。近年來，國內外電力科研部門、電網公司及電力生產企業，都在研發各種在線監測裝置，使很多電力設備處于在線監測狀態，為狀態檢修的實現打下了一定的技術基礎，并積累了很多經驗[1]。

1 技術原理

電網接地補償裝置診斷平臺系統基于移動互聯網與在線監測技術，運用大數據理論建立專家診斷模型數據庫，采用C#語言和Java語言開發數據庫及客戶端應用軟件，組建網絡數據服務器，通過客戶端軟件訪問服務器，在線監測電網接地補償裝置運行狀態，實現電網接地補償設備狀態檢修的目的。

服務器采用Socket Server監聽分路通信主機的連接。服務器與客戶端通信原理見圖1。

首先，服務器端有一個監聽線程，不間斷地監聽來自客戶端的Connect。監聽線程將新的Connect放入連接池并進行管理，然后繼續監聽下一個新來的Connect。線程池中裝有多個服務線程，每個線程都自動監聽一個任務隊列，一個已經建立的Connect對應一個服務任務，當服務線程發現有新的任務時，便用此Connect向客戶端提供新服務。

一個Socket Server所能夠提供的Connect數可自行設置，若超過設置的數字則拒絕新的Connect。

當服務線程完成服務時，客戶端關閉連接，服務線程關閉連接，空閑并等待處理下一個新的任務。

連接池的監控線程自動清除其中關閉的連接對象，然后繼續建立新的Connect。

服務器根據接受分路通信主機的數據，自動匹配各廠家通信協議并解析。

本系統數據庫采用ORACLE數據庫。對于所有的工業標準，ORACLE數據庫都完全支持且完全開放，可以使客戶選擇最優的解決方案，并獲得ISO標準最高級別的認證，性能最高。ORACLE數據庫具有兼容多用戶、大數據量、可支持分布式數據處理和可移植性好等優勢。

該系統使用的中間件是Java和Tomcat。C#是一種穩定的、簡單的、安全的編程語言，融合了C和C++的面向對象的編程語言。其吸收了C和C++優點的同時，忽視了其缺點。C#具有VB可視化操作和運行效率高的優點，且操作性能較強，語法風格優美，語言的創新和面向組件編程便捷成為.NET開發的必選語言。

2 方案設計

電網系統接地補償裝置診斷平臺系統由硬件和軟件兩大部分組成。其中，硬件部分包括變電站前端設備數據采集端、網絡數據服務器、用戶辦公計算機及手機;軟件部分包括信息采集及控制程序、服務器監控程序、專家數據庫診斷模型、用戶端PC應用軟件和手機端APP等。診斷平臺系統網絡拓撲圖見圖2。

2.1 硬件設計

2.1.1 前端設備數據采集端。前端設備數據采集端由現場安裝的消弧線圈接地補償裝置、串口通信擴展模塊和無線通信模塊等組成，實時采集現場設備運行數據。

消弧線圈接地補償裝置主要監測信息包括設備臺賬信息、設備連接狀態、控制器控制方式、控制器運行方式、阻尼電阻狀態、中性點電流、中性點電壓、電容電流、電容電壓、感性電流、容性電流、脫諧度、殘流和消弧線圈檔位。串口通信擴展模塊為RS232全雙工通信模塊，分為一個主口和四個分口，主口與分口之間遵循RS232全雙工通信，分口之間相互獨立且不能通信。

無線通信模塊采用GPRS DTU，是一種物聯網無線數據終端，通過公用網絡GPRS為用戶提供無線長距離數據傳輸服務。通信處理器和無線通信模塊采用工業級32位，兼容RS232及RS485（或422）通信，可直接連接設備通信接口，實現數據遠程傳輸功能。

2.1.2 網絡數據服務器。網絡數據服務器由服務器主機、網絡設備、在線設備監聽軟件及數據庫組成。其中，采用C#語言開發在線設備監聽軟件及數據庫，收集大量數據，建立專家診斷平臺。服務器在線設備監聽軟件界面如圖3所示。

2.2 軟件設計

2.2.1 用戶端應用軟件設計。用戶端由辦公電腦、手機終端及其相應的應用軟件組成，采用C#語言開發客戶PC端應用軟件，用Java語言開發手機端APP。將接地補償裝置實時運行的各種數據，通過串口擴展模塊，上傳至服務器數據庫，服務器經過數據處理后自動把運行數據狀況展現到診斷平臺上。主要功能是實現通過無線互聯網訪問服務器，讀取服務器數據庫數據，繪制出相應的曲線，向用戶展示相關參數的變化趨勢，并提示報警信息等。運維檢修人員可安裝電網接地補償裝置診斷平臺PC版軟件，通過智能手機APP和辦公電腦PC版軟件實時查看現場裝置運行狀況，如有異常情況發生時，可第一時間發現并解決問題，使電網系統接地補償裝置安全可靠的運行及科學信息管理，是一個創新。計算機客戶端應用軟件PC版登錄界面和手機客戶端應用軟件界面如圖4和圖5所示。

2.2.2 信息采集及控制程序。信息采集及控制部分程序用C語言程序編寫，主要功能是使主控電路與采集現場安裝的消弧線圈接地補償裝置進行通信，并定時采集消弧線圈接地補償裝置的監測數據，然后經過無線通信模塊傳送至數據服務器。

2.2.3 服務器監控程序。服務器監控的部分程序用C#語言程序編寫，主要實現監聽前端設備數據采集端無線網絡信號和數據通信的功能。

2.2.4 專家數據庫診斷模型。專家數據庫診斷模型是依據《自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置技術條件》（DL/T 1057—2007）等相關標準技術指標，設置對應的參數標準，作為報警門限，數據庫采用ORACLE數據庫，處理大量數據。利用大數據原理統計和分析，得出相應的分析結果。

3 應用情況介紹

河南電網開封供電公司8個變電站投入運行。

通過電網系統接地補償裝置診斷平臺的運行，工作人員全面了解了電網系統接地補償裝置診斷平臺的使用方法、診斷平臺的功能、系統參數設置、組成結構、測試的數據含義等，能通過該診斷平臺實時查看現場接地補償裝置的運行狀況，達到項目預期的目標。此外，工作人員對電網系統接地補償裝置的管理水平有了很大提升，效果較好。

通過該平臺的使用，開封供電公司的電網系統接地補償裝置運檢管理水平得到了有效提升，有效保證用戶在全時段正常、有效用電，為績效考核提供了有效依據，對運營決策提供了有效支持。現場設備運行如圖6所示。

4 存在的問題及改進措施

電網系統接地補償裝置診斷平臺在近兩年的運行中，出現接地補償裝置控制器死機[3]和通信干擾現象[4]。

為避免運行過程中出現硬件設備死機和通信干擾的的影響，試運行中，增加了看門狗模塊和串口通信擴展模塊，適當延長定時通信時間，并對接地補償裝置控制器進行電磁兼容試驗。經過完善與改進后，解決了控制器死機和通信干擾現象，達到了預期的效果。

5 結語

隨著中國制造2025的不斷推進及電動汽車的推廣普及，城市配電網發展迅速，增大了電力電纜應用量，導致配電系統母線電容電流快速上升、中性點接地補償裝置容量配置經常處于欠補償狀態及電網系統接地補償裝置運行維護維管理不到位等問題較為突出。為進一步加強配電網中性點接地補償裝置運維管理，有效避免因接地電弧引發火災、開關柜燒損等電力故障發生，開展電網系統接地補償裝置診斷平臺的研究很有必要。

電網系統接地補償裝置診斷平臺系統，可有效防止接地故障等突發事件，確保電網安全、穩定、可靠運行，對全面提升電網接地補償裝置的檢修、運維、管理等有十分重要的意義。

參考文獻：

[1]王振邦，趙明，盧沖，等.消弧線圈接地補償裝置在線監測系統的研究[J].山東工業技術，2017（6）：222-223.

[2]中華人民共和國國家發展和改革委員會.自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置技術條件：DL/T 1057—2007[S].北京：中國電力出版社，2007.

[3]李璐，蘭琦，趙玉才，等.變壓器儲油柜狀況在線監測新技術研究與應用[J].中國高新技術企業，2016（27）：31-33.

[4]蘭琦，趙玉才，李璐，等.變壓器儲油柜在線監測裝置的研制[J].供用電，2016（11）：71-74.