變電設備狀態接入控制器的Web系統

郭宏燕　龔東武　萬煜新　王龍閣　陳曉民

（許繼集團有限公司，河南 許昌　461000）

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變電設備狀態接入控制器的Web系統

郭宏燕龔東武萬煜新王龍閣陳曉民

（許繼集團有限公司，河南 許昌461000）

摘要為了解決變電站內多套在線監測系統信息標準化程度低、無法遠程管理的問題，本文提出了一種變電設備狀態接入控制器Web系統解決方案，給出了該方案的系統結構，基于J2EE平臺和AJAX相關技術，開發了具有跨平臺特性的Web服務器控件，并對系統模型、用戶管理、趨勢曲線、故障診斷等功能模塊進行了詳細闡述和分析。通過測試與應用，證明了該系統的可行性。

關鍵詞：在線監測；狀態接入控制器；J2EE；AJAX；Web

隨著智能電網蓬勃發展，各種變電設備不斷增加，為了準確、有效地發現設備潛伏性故障或缺陷，迫切需要采用先進的狀態監測技術及時獲取設備狀態信息。然而由于在線監測產業發展的歷史原因，狀態監測裝置缺乏統一標準，不同狀態監測類型和廠家自成一體，形成從前端到后臺的條線型部署格局。監測數據無法集成，僅能在站內查看，難以在主站層對設備運行狀況進行統籌分析診斷，綜合應用問題突出。

狀態接入控制器（Condition Information Acquisition Controller，CAC）[1]是智能變電站狀態監測系統的關鍵裝置[2-3]，是設備狀態監測系統中承上啟下的重要一環。在變電站中引入CAC，統一了信息模型和通信規約，有利于站內數據資源整合以及設備標準化信息的上傳下達，有效解決了目前變電站內監測裝置類型多、廠家多、功能重復、數據無法共享等問題，其Web系統實現了在線監測數據的遠程管理和故障診斷，為設備智能化、信息化提供了技術支撐。

1　變電設備狀態接入控制器Web系統架構設計

1.1系統總體架構

圖1是智能電網狀態監測系統的分層分布式網絡結構，分為網省側主站系統和站內部分。將狀態接入網關機（Condition Information Acquisition Gateway，CAG）部署在網省側主站系統，接收CAC發送到主站系統的數據。站內部分，采用“三層兩網”結構，分為過程層、間隔層和站控層[2]。CAC安裝在站控層，以變電站為監測對象，實現站內整個狀態監測系統的運行控制及變電設備狀態數據的匯集存儲和轉發。綜合監測單元（Comprehensive Monitoring Unit，CMU）部署在間隔層，接收并處理狀態監測裝置發送的數據，實現與CAC的標準化數據通信[4]。CAC布置在電力安全Ⅱ區，PMS設備管理客戶端布置于電力公司局域網，屬電力安全Ⅲ區，為了強化安全區之間的隔離，使各安全區中的業務數據得到有效的保護，CAC的Web服務器與電力公司局域網之間采用硬件防火墻進行隔離，從物理上保證了系統的安全。將Web服務器引入現場CAC裝置中進行Web發布，結合了Web技術的開放性、標準性、獨立性和嵌入式技術的高可靠性，為高效線監測系統信息化、智能化提供了一種良好的解決方案。

圖1　基于狀態接入控制器的狀態監測系統架構

1.2系統軟件架構

本系統采用目前業界主流的Java開發體系Struts+Spring+Hibernate實現B/S瘦客戶機模式。從圖2可以看出，系統架構主要由數據訪問層、業務邏輯層和表示層構成。數據訪問層借助開源框架Hibernate對JDBC進行輕量級的對象封裝；業務邏輯層使用Spring實現業務組件的組裝關聯與管理，通過IoC、AOP的應用最大限度地降低業務組件之間的耦合度；表示層使用Struts框架把Servlet、JSP、自定義標簽和信息資源整合到一起，系統開發時不用再自己編碼實現全套MVC模式，極大的節省了時間。

圖2　軟件架構圖

業務流程調用框架過程如下：

1）AJAX引擎把用戶瀏覽器HTTP 請求以異步方式發送給JSP，JSP頁面實現交互界面，負責傳遞請求和接受響應，JSP將處理后的結果經AJAX引擎以返回到客戶的瀏覽器中，在不重新加載整個網頁的情況下，對網頁的某部分進行更新，大大提高了系統響應速度[5]。

2）表示層Struts，根據Struts Action接受到的ActionForm，委派相應的Action。

3）業務邏輯層，管理服務組件的Spring IoC容器負責向Action 提供業務模型組件和該組件的協作對象數據處理（DAO）組件完成業務邏輯[6]，并提供事務處理、緩沖池等容器組件，提升系統性能，保證數據完整性。

4）數據訪問層依賴于Hibernate的對象化映射和數據庫交互以處理DAO組件請求的數據，并返回處理結果。

2　系統設計及實現

2.1系統功能設計

本系統能夠對包含變壓器（油色譜、局放、鐵心、風機、油泵）、容性設備（主變套管、電流互感器CT、電壓互感器CVT、耦合電容器OY）、氧化鋅避雷器 MOA、高壓斷路器、高壓組合電器GIS、蓄電池，隔離開關等主要變電設備類型的在線監測數據以及CAC及監測裝置工況進行展示，能夠以一定的存儲策略對在線監測數據進行存儲，并具備遠程管理功能。系統功能如圖3所示。

圖3　系統功能結構圖

2.2系統具體實現

本系統操作系統采用Linux（red hat enterprise 5.4），業務數據庫采用MySQL 5.0數據庫，系統的業務模型部分用Java語言進行開發，表示層選用Struts 2框架，業務邏輯層選用Spring 3.2.3，數據庫操作部分選用Hibernate 3.0，動態頁面設計選用JSP2.3。開發環境為NetBeans IDE 7.4。由于設計模塊繁多，本文只介紹部分功能模塊。

1）架構搭建

系統架構搭建過程如下：①在所建cacweb項目下導入Struts、Spring和Hibernate所需的包；②在src目錄下新建包cacdomain、cacdao、cacservice、cacaction、cacweb等包，并編制業務相關*.java文件；③在WEB-INF目錄下web.xml下配置；④在WEB-INF目錄下新建文件applicationContext.xml，進行配置；⑤在src目錄下新建struts.xml文件，進行配置；⑥在WEB-INF目錄下新建actionservlet.xml進行配置；⑦在WEB-INF目錄下新建service.xml；⑧在WEB-INF目錄下建立transaction.xml文件；⑨在Web/JSP目錄下創建業務相關*.jsp文件。

2）系統模型模塊

該模塊對整個變電站中接入控制器的在線監測裝置進行管理，以設備樹的形式展示在線監測相關的LD和LN。通過操作設備樹上的邏輯節點來查看監測裝置上傳的遙測、遙信點對應的ID編號、名稱和參引信息。設備樹初始化流程圖如圖4所示。

圖4　設備樹初始化流程圖

3）用戶管理

為了保證在線監測系統信息安全，該模塊實現對系統用戶的統一管理。提供用戶登錄界面，利用login.jsp獲取客戶端用戶的登錄信息并進行登錄控制。對于管理員和一般權限用戶進行明確分工與管理。管理員擁有用戶增、刪、改，用戶權限分配，以及信息瀏覽、數據管理等所有權限，一般用戶只能在管理員分配的權限范圍內，進行信息瀏覽和操作，只能對自身的密碼進行修改。用戶管理界面能夠對用戶信息按照表格形式分頁顯示，以usermanage.jsp為入口，依次調用User Manage Controller.java、Users Service.java、Users Dao.java、Users.java中相關函數實現與數據庫的交互。數據流程如圖5所示。

圖5　用戶數據流程圖

4）歷史趨勢

該模塊提供了以曲線形式展示在線監測歷史數據的功能。系統以用戶選擇的設備樹上的邏輯節點、所選時間區間為查詢條件，以趨勢曲線的方式展示所選設備監測參數的趨勢變化。通過圖例操作可以屏蔽和開放所選曲線的顯示，具有曲線放大、縮小、移動和打印功能，曲線可保存為.png、.jpg格式圖片。該模塊采用DHTMLX對設備樹進行設計、采用Highcharts對曲線進行繪制，大大提高了系統的兼容性。系統實現界面如圖6所示。

圖6　趨勢曲線圖

5）故障診斷

本模塊針對變壓器油色譜進行故障診斷[4]，對于CAC采集的變壓器油中溶解氣體各組分含量進行分析，當H2、C2H2和總烴其中之一參量超標時，采用大衛三角形法和立方圖法對于所選變壓器歷史庫中最新的色譜數據進行故障診斷。兩種方法相互參照，綜合考量，對算法盲區進行修正，將診斷結果以匯點和文字描述的方式展示出來。取一組現場數據：H2：46.60×10?6，CH4：23.24×10?6，C2H2：54.09×10?6，C2H4：20.29×10?6，C2H6：4.37×10?6，大衛三角形和立方圖診斷結果均為低能放電，由此認定系統故障為低能放電。診斷界面如圖7和圖8所示。

圖7　大衛三角形診斷

圖8　立方圖診斷

3　系統測試

系統測試選擇一個220kV變電站，狀態監測系統按最完備的監測量考慮，監測設備本體包括3臺240MVA變壓器、10個220kV GIS間隔、20個110kV GIS間隔、10面10kV開關柜及30只高壓避雷器[7]，共計1050個測點。歷史數據按5min存儲間隔，存儲一年的數據進行庫容量模擬。我們使用測試軟件LoadRunner對系統的壓力和負載能力進行測試，模擬100個客戶端瀏覽器同時訪問系統，系統響應速度在3s以內，系統CPU使用率未超過30%、網絡通信負荷率未超過20%，均滿足設計要求。

4　結論

基于變電設備狀態接入控制器，采用Struts+ Spring+Hibernate框架，實現在線監測數據的遠程Web發布和管理，經過兩個月的測試和試運行，系統穩定性良好。

參考文獻

[1] Q/GDW 740—2012. 輸變電設備在線監測系統變電設備在線監測I2接口網絡通信規范[S].

[2] Q/GDW 534—2010. 變電設備在線監測系統技術導則[S].

[3] Q/GDW 535—2010. 變電設備在線監測裝置通用技術規范[S].

[4] Q/GDW 739—2012. 輸變電設備在線監測系統變電設備在線監測I1接口網絡通信規范[S].

[5] 胡錦麗. 基于J2EE+AJAX的分布式任務管理系統的應用研究[J]. 三明學院學報, 2006, 23(4): 422-425.

[6] 沙先軍, 王愛平, 魏博誠. 基于SSH的渠道管理系統的設計與實現[J]. 微型機與應用, 2011, 30(4): 89-92.

[7] 周永忠, 葉鵬, 張治橋, 等. 智能變電站狀態監測系統網絡結構研究[J]. 電測與儀表, 2012, 49(11): 39-43.

郭宏燕（1985-），女，河南省許昌市人，本科，主要從事變電設備狀態監測產品研發工作。

Web System of Condition Information Acquisition Controller for Substation Equipment

Guo HongyanGong DongwuWan YuxinWang LonggeChen Xiaomin (XJ Group Corporation, Xuchang, He’nan461000)

Abstract To solve the issues that multiple sets of online monitoring system in substation has low standard information degree and cannot be managed remotely, this paper proposes a web system solutions of condition information acquisition controller, presented the system structure of this scheme, based on J2EE and Ajax technology developed a lot cross platform component, elaborates and analyze the function module of system model, user management, trend curve, fault diagnosis,etc. The feasibility of the system is proved by testing and application.

Keywords：on-line monitoring;condition information acquisition controller; J2EE; AJAX; Web

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