鄉鎮供電所配網自動化運維管理系統設計研究

王 卓

（國網勉縣供電公司，陜西 漢中 723000）

1 鄉鎮供電所配網自動化系統總體設計

1.1 設計思路

在鄉鎮供電所配網自動化運維管理系統的整體設計中，設計思路應側重于實現智能化、高效率、可靠性以及易于維護的目標。首先，系統架構應基于模塊化思想，支持靈活的功能擴展和維護，以適應不斷變化的電網需求與技術更新。其次，考慮到鄉鎮電網的特殊性，系統設計應重視對遠程監控和控制的支持，采用先進的通信技術，確保數據傳輸的穩定性和安全性。同時，引入智能算法和大數據分析，提高故障預測和處理的準確性，優化維護決策過程。再次，考慮到運維人員的操作便利性，系統界面應直觀易用，且提供全面的培訓和支持，以確保快速響應和高效的故障處理[1]。最后，系統還須具備良好的可擴展性和兼容性，以便與現有的供電網絡無縫集成，并為未來的技術升級打下堅實基礎。除此之外，考慮到鄉鎮供電所的經濟和技術條件，設計方案應兼顧成本效益，確保系統既高效又經濟。

為確保鄉鎮供電所配網自動化運維管理系統能夠高效、穩定運行，在總體設計中，關鍵是采用模塊化思維，構建一個靈活、可擴展的架構。系統必須具備強大的數據處理能力，以支持復雜的運維決策。通過實時數據監控和歷史數據分析，系統能夠對配網狀態進行精準評估，并提供故障預警。在自動化運維管理方面，IT-manager 架構的應用至關重要。該架構通過集成高效的故障檢測、診斷、處理以及恢復模塊，實現自動化處理常見問題，同時保留人工干預的可能性。系統設計應側重于優化資源分配，提高響應速度和服務質量，確保供電的可靠性和安全性[2]。分析提供的流程，設計中包含故障處理流程，這是保障供電穩定性的關鍵組成部分。

1.2 結構設計

在鄉鎮供電所配網自動化運維管理系統的結構設計中，基于IT-manager 運維管理架構，強調的是層次分明、功能互補、高度集成的設計理念。結構設計須以數據為中心，以IT-manager 架構為基礎，構建起一個包括數據采集、傳輸、處理、展示及控制決策的閉環系統[3]。

1.3 數據庫設計

鄉鎮供電所配網自動化運維管理系統的數據庫設計應注重實用性與前瞻性。選用成熟的數據庫管理系統軟件如Oracle 或MySQL，考慮到未來數據量的增長與復雜查詢需求，數據庫應設計為支持大規模并發處理和高速數據讀寫的結構。采用關系型數據庫管理系統來實現結構化數據的存儲，同時引入非關系型數據庫來處理半結構化或非結構化數據，提高數據處理的靈活性和效率。

具體的數據庫設計包括電網拓撲結構、設備參數、運行狀態、故障記錄、用戶信息及電能質量等多個模塊[4]。每個模塊均建立嚴密的數據模型，確保數據的一致性與完整性。在電網拓撲結構的設計中，采用圖數據庫來優化查詢性能，便于處理和分析復雜的網絡關系。在故障記錄與處理模塊，實現快速檢索與故障模式的關聯分析，采用事務處理機制保證數據的原子性、一致性、隔離性以及持久性。同時，設計高效的數據備份與恢復策略，確保數據安全。通過存儲過程與自動化腳本來優化常規數據維護任務，提高系統管理效率。在用戶隱私保護方面，遵循相關法律法規，對敏感信息進行加密處理，確保數據安全。

2 鄉鎮供電所配網自動化運維管理系統的關鍵模塊設計

2.1 數據采集與監控模塊

在鄉鎮供電所配網自動化運維管理系統的數據采集與監控模塊設計中，須構建一套綜合性的數據采集與分析體系。該模塊主要由前端采集單元、通信網絡以及后端數據處理中心組成。前端采集單元中包含了多個不同傳感器，實時監測配電網中的電流、電壓、相位角、功率因數等關鍵電氣參數，并通過故障指示器捕獲瞬態過程數據，用于故障分析與定位。通信網絡設計須確保數據傳輸的實時性和安全性，應用光纖、通用分組無線服務（General Packet Radio Service，GPRS）、3G、4G 或專用通信網絡等多種通信手段，以實現不同場景下的數據可靠傳輸。采用標準化通信協議，保障數據的互操作性和系統的擴展性。后端數據處理中心則承擔著數據存儲、處理以及分析的核心功能。采用高性能的數據庫系統，如基于時間序列的InfluxDB，用于存儲采集的高頻數據[5]。

2.2 故障檢測模塊

采用先進的故障指示技術和故障錄波分析技術，以實現對配電網絡故障的快速定位。模塊中集成的故障檢測算法能夠對電流、電壓異常波形進行實時監控，利用短路和接地故障特征進行判別。當電流、電壓突變量超過設定閾值時，系統將自動觸發故障檢測機制。

該模塊還須能夠分析電氣參數的變化趨勢，通過設定的邏輯關系和模式識別，判斷故障的類型和可能位置。此外，模塊應支持與配電自動化終端（如智能斷路器、隔離開關）的通信，實現故障隔離和供電恢復的自動化。

2.3 故障調試模塊

故障調試模塊包含故障數據記錄、分析和處理功能，支持故障信號的自動識別與定位，以及故障原因的邏輯推斷。在故障數據記錄方面，模塊須自動收集故障發生時的各項關鍵數據，如故障前后的電流、電壓波形，保護動作時間，故障持續時間等。以電流波形為例，通過故障錄波器，記錄故障1 s 內的電流波形，采樣率不低于1 kHz，以捕捉足夠的細節進行后續分析。分析功能則利用先進的故障診斷算法，如基于小波變換的瞬態特征提取，用于判斷故障性質，是短路還是接地故障。處理功能包括故障信息的整理和歸檔，以及生成故障報告，為運維決策提供支持。故障調試模塊還支持遠程故障模擬和參數調整，使運維人員能夠在控制中心遠程進行故障復現和系統整定值的調整。

3 鄉鎮供電所配網自動化運維管理系統測試

3.1 系統功能模塊測試

系統功能模塊測試應覆蓋數據采集與監控模塊、故障檢測模塊、參數設置模塊以及故障調試模塊等。采用自動化測試工具，如JMeter 或LoadRunner 進行性能測試，確保系統在高負載下仍能穩定運行。同時，使用單元測試框架，如JUnit 或PyTest，針對每個模塊的功能進行詳細測試。在數據采集與監控模塊的測試中，模擬多種數據輸入，包括電流、電壓、溫度等，驗證系統是否能準確采集和顯示數據。故障檢測模塊的測試則應模擬各類電網故障，檢驗系統的故障檢測和定位準確性[6]。參數設置模塊的測試須驗證輸入參數的準確性和系統的響應。例如，更改保護裝置的整定值，檢查系統是否正確記錄和執行這些更改。定值整定模塊的測試應確保整定值的修改能正確影響系統行為，如通過改變過電流保護的整定值，驗證保護裝置的動作時間是否符合預期。

3.2 測試流程

配網自動化運維管理系統的測試流程的第一步為分析系統測試需求，確保所有測試資源就緒。這包括設定測試環境，確保其模擬實際電網運行環境，以及配置必要的測試工具，如Selenium、Postman 和Wireshark，同時對測試團隊進行培訓，使其熟悉測試工具和測試計劃。在測試計劃階段，詳細規劃測試用例和測試場景，確保覆蓋到系統的每個功能模塊。接著，進入系統測試計劃以及用例設計，這一階段將執行編寫的測試用例，驗證系統的每個功能，如數據采集、故障檢測、參數設置等是否按照預期工作，記錄下測試結果。系統測試執行是一個動態過程，通過實際操作系統功能，驗證系統的穩定性和響應時間。測試結果會被詳細記錄，以便于對比預期結果和實際結果，發現系統的不足之處。通過評估測試結果，可以對系統的性能和功能進行量化的衡量。最后階段是系統需求與bug 跟蹤，此時所有在前期測試中發現的問題都將被記錄在案。測試團隊將使用缺陷跟蹤系統如Bugzilla 來記錄、分配、修復以及驗證缺陷，確保每個問題都能得到妥善解決。當所有關鍵缺陷都被解決，系統才能進入下一階段的測試或準備上線。

3.3 故障模擬測試

故障模擬測試環節主要是通過模擬各種故障場景，驗證系統的故障響應能力。測試應利用專業的故障模擬器和測試軟件來模擬配網中可能出現的各類故障，如短路、斷線、接地、過載等。在故障模擬測試中，首先定義故障場景的參數。例如，模擬一個單相接地故障，可以設置故障電流為30 A，故障持續時間為2 s。使用故障模擬器在配電網絡模型上施加這些參數，測試系統是否能及時檢測并定位故障。同時，監控系統響應時間和故障處理流程，確保故障信號能夠被正確識別并觸發相應的保護動作。測試工具記錄詳細的故障響應數據，包括故障檢測時間、保護裝置動作時間、故障錄波數據等。這些數據將與預期結果進行對比，評估系統的故障處理性能。在測試執行完畢后，對所有故障場景進行全面的分析，評估系統在各種條件下的穩定性和可靠性。

3.4 測試結果

通過采用自動化測試工具，如JMeter 和LoadRunner，對系統性能進行了全面的測試，確保了在高負荷情況下的穩定運行。使用JUnit 和PyTest 等單元測試框架，對數據采集與監控模塊、故障檢測模塊、參數設置模塊以及故障調試模塊等核心功能進行了細致的檢驗，測試結果如表1 所示。

表1 系統測試結果

由測試結果可知，系統在高并發條件下仍能保持良好的性能表現，故障檢測與處理速度快，數據采集與監控準確可靠。這些成果證實了系統設計的高效性和穩定性，為提升鄉鎮供電所電網的自動化運維管理水平奠定了堅實的基礎。

4 結 論

本研究所提出的鄉鎮供電所配網自動化運維管理系統在運行效果上達到了預期的研究目標。系統測試結果表明，所有關鍵模塊均能有效響應運維需求，故障處理機制迅速而準確，確保了電網運營的安全性與高效性。本研究的實施不僅提高了鄉鎮供電所的配電網絡智能化水平，也為進一步優化供電服務和提升運維管理效率提供了可靠的技術路徑。