變電設(shè)備在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修專家系統(tǒng)的研究

[摘 要]論文提出了基于VPN技術(shù)構(gòu)建的變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)和基于WebService和ActiveX技術(shù)構(gòu)建的狀態(tài)檢修專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。該系統(tǒng)由變電站部分、診斷中心和專家三部分組成， 采用VPN技術(shù)實(shí)現(xiàn)了診斷中心和變電站間數(shù)據(jù)安全傳送，采用WebService 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取和分析處理， 采用ActiveX 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的表達(dá)以及與用戶的交互。為所有變電設(shè)備實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修提供了技術(shù)依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]變電設(shè)備；在線監(jiān)測；狀態(tài)檢修；VPN技術(shù)；

一、引言

隨著變電站的大型化、復(fù)雜化，故障原因越來越復(fù)雜，而狀態(tài)檢修又要求盡可能延長設(shè)備檢修周期，發(fā)揮設(shè)備潛力。因此，對設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測與故障診斷，并推測出檢修周期就成為必然要求。但是，變電站設(shè)備的多元化及其相互聯(lián)系緊密性使得故障原因復(fù)雜化，絕緣、機(jī)械、電氣均可能引發(fā)相同現(xiàn)象的故障，而這三者的相互耦合可能會使故障原因更復(fù)雜、難辨。這種情況下，一方面，現(xiàn)場檢修人員難以根據(jù)故障現(xiàn)象快速、準(zhǔn)確地判斷出設(shè)備的故障原因。另一方面，目前設(shè)備狀態(tài)檢修，對設(shè)備的定性依據(jù)是最近幾次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出的檢修周期依據(jù)只是少數(shù)專家經(jīng)驗(yàn)。這種方式有一定風(fēng)險(xiǎn)，一旦預(yù)試過程中未發(fā)現(xiàn)的小故障在檢修周期內(nèi)發(fā)展成事故，將造成設(shè)備損壞，甚至大面積停電。

目前變電站設(shè)備很少采用在線監(jiān)測設(shè)備，即使采用了在線監(jiān)測設(shè)備也均運(yùn)行在單機(jī)模式狀態(tài)，這些診斷系統(tǒng)大多只能反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)，無法實(shí)現(xiàn)自動診斷。這種診斷方法智能程度低、費(fèi)時且不經(jīng)濟(jì)。

本文提出基于VPN技術(shù)構(gòu)建變電站診斷系統(tǒng)平臺，采用WebService技術(shù)和ActiveX技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障遠(yuǎn)程診斷，將變電站設(shè)備、同領(lǐng)域?qū)＜衣?lián)系起來，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備狀態(tài)檢修和遠(yuǎn)程診斷。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由變電站數(shù)據(jù)采集和處理部分、遠(yuǎn)程診斷中心和遠(yuǎn)程專家三部分組成，如圖1所示。變電站數(shù)據(jù)采集和處理部分主要負(fù)責(zé)對站內(nèi)各設(shè)備的電流、電壓、介質(zhì)損耗、油色譜以及其他設(shè)備狀態(tài)信號的采集和處理，并形成供現(xiàn)場工程師參考的圖、表及相關(guān)信息。遠(yuǎn)程診斷中心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理、過濾，形成診斷需要的圖形、報(bào)表等信息，以及完成基于知識庫的初步診斷。遠(yuǎn)程專家可以通過WEB形式瀏覽設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，查看初步診斷結(jié)果，給出設(shè)備檢修周期建議或設(shè)備故障分析建議。

系統(tǒng)構(gòu)成了單獨(dú)的非實(shí)時VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網(wǎng)），通過硬件隔離設(shè)備接入MIS網(wǎng)，該構(gòu)成方式及硬件隔離方式保證了數(shù)據(jù)流的單向流動，從而保證了系統(tǒng)的安全性。

圖1 診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建立在變電站現(xiàn)場，采用分層分布結(jié)構(gòu)，由過程層、間隔層和站控層三部分組成，過程層由各類傳感器構(gòu)成，主要完成反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)信號的采集，并將其送至間隔層IED。間隔層將各種狀態(tài)信號通過數(shù)據(jù)交換設(shè)備送至站控層，間隔層的布置方式與典型智能變電站間隔層的布置方式相適應(yīng)，數(shù)據(jù)采集設(shè)備可安裝在智能組件柜上，也可單獨(dú)設(shè)置在線監(jiān)測系統(tǒng)智能組件柜。這些信號在智能組件柜中被轉(zhuǎn)換為光信號，通過光纖高速傳送至站控層。站控層完成數(shù)據(jù)預(yù)處理、實(shí)時顯示以及通信功能，還可完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的維護(hù)功能。

2. 遠(yuǎn)程診斷中心

診斷中心是整個系統(tǒng)的核心部分，由主數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)鏡像服務(wù)器、診斷服務(wù)器、WEB服務(wù)器工程師站及隔離設(shè)備等組成。該系統(tǒng)的服務(wù)器上集成了設(shè)備信息庫、知識庫和案例庫以及設(shè)備狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收廠站上送的信息，按規(guī)約解析信息。將這些信號采集和處理后， 得到反映設(shè)備狀態(tài)的各種特征參數(shù)、曲線、圖表等，統(tǒng)一存儲到主數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。數(shù)據(jù)服務(wù)器自動運(yùn)行分析和診斷軟件， 定期提供狀態(tài)檢查日志， 狀態(tài)發(fā)展趨勢， 自動存儲有故障時的監(jiān)測數(shù)據(jù)等。Web服務(wù)器負(fù)責(zé)發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)、分析結(jié)果、診斷結(jié)果， 包括與本地或遠(yuǎn)程的監(jiān)測、分析、診斷、維護(hù)工作站間的交互、定期向遠(yuǎn)程發(fā)送日志、趨勢以及有故障時的實(shí)時數(shù)據(jù)等。

三、基于WebService和ActiveX的遠(yuǎn)程診斷機(jī)制

1. 基于知識庫的診斷機(jī)制

當(dāng)設(shè)備管理部門或檢修工程師需要查看設(shè)備狀態(tài)、檢修報(bào)告，或設(shè)備出現(xiàn)難以解決的故障時，現(xiàn)場工程師首先向診斷中心提出基于專家知識庫的遠(yuǎn)程診斷請求，這個過程由WebService 和ActiveX技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具體流程如圖2所示。

圖2 基于知識庫的診斷流程圖

當(dāng)用戶打開基于知識庫的Web頁面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時， 該Web 頁面上的ActiveX 首先向數(shù)據(jù)鏡像服務(wù)器上的WebService 發(fā)送數(shù)據(jù)請求， 該WebService 從設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫中讀取測點(diǎn)數(shù)據(jù)和參數(shù)， 并返回給ActiveX。然后ActiveX 向診斷服務(wù)器上的WebService 發(fā)送數(shù)據(jù)分析請求。數(shù)據(jù)分析WebService 調(diào)用知識和案例庫中的專家知識， 對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后將分析結(jié)果返回給ActiveX。最后ActiveX 將分析結(jié)果在Web頁上進(jìn)行顯示。如果設(shè)備突然發(fā)生異常狀況，診斷中心會根據(jù)實(shí)際情況發(fā)出警報(bào)，并給出設(shè)備狀態(tài)報(bào)告，供設(shè)備管理人員、檢修工程師和專家參考。

2.遠(yuǎn)程專家會診機(jī)制

遠(yuǎn)程專家會診是遠(yuǎn)程診斷的重要組成部分，為使專家能對設(shè)備故障進(jìn)行綜合分析，診斷中心在會診環(huán)境中提供了4個方面的信息：被診斷對象的信息、設(shè)備狀態(tài)的描述、分析工具以及知識庫和案例庫。同時，為了滿足遠(yuǎn)程會診不同應(yīng)用層次的要求，診斷中心有兩種會診模式，即同步會診和異步會診。同步會診針對復(fù)雜情況或變電站急需解決的問題提供了專家間信息同步交流工具， 其具體流程如圖3所示。異步會診則是針對一般情況下的設(shè)備故障遠(yuǎn)程診斷，在這種模式下， 專家間的信息交流方式為留言板的形式，其具體流程如圖4所示。

圖3 同步會診流程

圖4 異步會診流程

四、基于Web的變電站設(shè)備遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.該系統(tǒng)將診斷分為三個層次， 第一個層次為現(xiàn)場設(shè)備管理部門或檢修工程師就地診斷模式， 這是針對現(xiàn)場出現(xiàn)的一般性故障， 主要依靠現(xiàn)場診斷系統(tǒng)和現(xiàn)場檢修人員的經(jīng)驗(yàn)。第二個層次是基于知識庫的遠(yuǎn)程診斷模式， 這種模式是診斷現(xiàn)場出現(xiàn)的設(shè)備檢修人員不能解決的問題，或者設(shè)備管理人員和檢修工程師需要得出狀態(tài)檢修報(bào)告時，主要依靠遠(yuǎn)程診斷中心現(xiàn)有的知識庫完成。第三個層次為遠(yuǎn)程專家診斷模式， 這種模式是針對現(xiàn)場出現(xiàn)嚴(yán)重問題或是出現(xiàn)知識庫和案例庫中沒有的問題，或者現(xiàn)場檢修人員和診斷中心都難以得出設(shè)備的狀態(tài)報(bào)告時，主要依靠遠(yuǎn)程專家的知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行診斷。

2.該診斷系統(tǒng)基于Web方式構(gòu)建。因?yàn)閃eb方式是Internet應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)模式， 不需要在用戶計(jì)算機(jī)上另行安裝專門的軟件， 只需一個標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)頁瀏覽器， 就可以完成工作， 這種方式有利于變電站設(shè)備在線監(jiān)測和狀態(tài)檢修的應(yīng)用和推廣。

3.技術(shù)方面， 該系統(tǒng)具有開放性， 可由不同的單位開發(fā)，支持分布式部署， 做到跨平臺調(diào)用；經(jīng)濟(jì)方面， 該系統(tǒng)同時服務(wù)于變電站設(shè)備管理部門、檢修部門、和同領(lǐng)域的專家。

五、結(jié)論

本文針對變電站設(shè)備故障診斷、狀態(tài)檢修的特點(diǎn)， 建立了基于WebService和ActiveX 技術(shù)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。將變電站設(shè)備檢修人員、設(shè)備管理人員和同領(lǐng)域的專家有效地聯(lián)系起來。同時， 設(shè)計(jì)了高效的異步、同步專家協(xié)作機(jī)制， 并將被診斷對象的信息、基于ActiveX 的分析工具、知識庫與案例庫， 以及視頻會議集成在會診環(huán)境中， 滿足了專家在遠(yuǎn)程會診時分析診斷和交流的需要，使遠(yuǎn)程診斷和狀態(tài)檢修有了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓 月，耿寶宏，高 強(qiáng).智能變電站變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[J]. 東北電力技術(shù)， 2011，1：17-20.

[2] 馬孝江， 陳 波.基于Internet 的設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷中心體系結(jié)構(gòu)的研究[J].機(jī)械， 2002， 29（ 6） ： 41- 43.

[3] 劉 彈，杜保華，侯成剛等. 基于XML WebService 和ActiveX 構(gòu)建遠(yuǎn)程分析工具集，2005，29（6）： 632-635.

[4] 賈 嶸，王小宇，張 麗. 基于WebService和ActiveX構(gòu)建水輪發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程診斷專家系統(tǒng)，2007，43（5）： 233-235.

作者簡介：王小宇（1982-），男，內(nèi)蒙古包頭人，工程師，技師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、自動控制工作。