電力設備狀態檢修智能系統的設計與實現

楊勁松，謝幸生，林韶文，陳 岸，王 凱

（廣東電網有限責任公司中山供電局 廣東 中山528400）

電力設備狀態檢修智能系統的設計與實現

楊勁松，謝幸生，林韶文，陳 岸，王 凱

（廣東電網有限責任公司中山供電局 廣東 中山528400）

為了滿足電力系統對穩定性和安全性的需求，提出了電力設備狀態檢修智能系統的設計。論文首先介紹了電力設備檢修的發展和需求，引出電力設備狀態檢修智能系統的設計，然后對該系統的功能性需求和非功能性需求進行了分析。在需求分析的基礎上對該系統的架構、多客戶端等進行了設計，并給出了主要功能模塊的劃分和設計，最后給出了客戶端和數據采集等模塊的實現方式。理論和實踐表明，電力設備狀態檢修智能系統具有高穩定性和高安全性的特點，滿足設計的需求，達到了預期的研究目標。

狀態設備檢修；智能系統；模塊劃分；設計與實現

隨著經濟和發展和科技水平的不斷提高，社會對能源的需求越來越大，電力作為能源的支柱需求量也在連年上升，這使得電力系統朝大容量、超高壓和跨區域的方向快速發展。隨著電力系統向復雜化發展的同時電力設備故障也在迅速增加，而復雜的電力系統對低故障率要求比以前更高，較小的故障都可能會引起大面積的斷電，給民眾的生活和工廠的運行帶來很大的不便，也會給電力供應公司帶來很大的損失［1］。因此，在電力系統更加復雜的今天，對電力設備的檢修系統要比以前更加完善。長期以來電力部門都是通過期檢查和故障檢修兩者結合的方式來保證電力系統的長期穩定運行，這種檢修方式是建立在時間的基礎上的，然后按照規約和制度制定出相關的規劃區進行檢修，檢修效率比較低而且比較浪費人力物力資源。為了解決這個問題，提出了“狀態檢修”的概念，狀態檢修依據設備運行的狀態而不是時間對電力系統進行判斷，對設備可能發生的故障進行預測，并能快速的識別故障的原因，及時的提出檢修的決策，能最大限度的減少電力系統發生故障對生產和生活造成的影響，保證電力設備的安全性，給電網帶來更大的經濟效益和社會效益［2］。然而隨著電網系統的飛速發展，狀態檢修的判斷標準狀態數據也在飛速的擴大，常規的狀態檢修系統在短時間處理大量的狀態檢修數據顯得比較困難，因此需要建立建立與狀態檢修相適應的信息管理平臺，使得故障診斷、狀態評價等功能系統能完善的處理狀態檢修中產生的大量的數據。因此，設計并實現電力設備的狀態檢修智能系統具有非常重大的現實意義。

相比于常規的狀態檢修系統，電力設備狀態檢修智能系統具有以下幾點優勢：1）良好的拓展性。智能系統不僅支持超聲波等數據的處理，而且能拓展到光纖測溫、紅外感應等試驗數據的集成，擴大了電力設備的檢修種類。2）支持多客戶端接入，系統支持.Net客戶端和Web客戶端的接入，用戶可以通過任何設備查看設備的運行狀態。3）支持聯系人管理，數據共享，界面友好。相比于傳統的狀態檢修的控制平臺，智能系統的平臺更加人性化和智能化［3］。

1　系統的需求分析

1.1功能性需求分析

電力設備的狀態檢修智能系統基本模塊可以分為兩大類，試驗數據的采集和試驗數據的分析，設備前端采集數據，然后發送到智能平臺，然后對數據進行處理，從而對電力設備的運行狀態進行智能評估。系統的功能性需求主要從系統的操作者角度出發，采用用例驅動需求分析的方法對功能性需求進行描述，同時建立起用例模型。系統的功能性需求主要包括參與者識別、用例識別和兩者之間的關系識別3類。1）參與者識別，參與者主要包括試驗人員和部門領導兩類，參與者主要的工作是采集數據并保存、對聯系人和密碼等登錄限制進行管理；部門領導主要是數據分析結果，管理聯系人的權限［4］。2）用例識別，根據系統的需求，用例識別可以分為數據采集、用戶登錄、試驗報告上傳下載、試驗報告編輯審核、試驗結果的共享和查看、設備的管理和狀態的分析等幾類。3）參與者和用例的關系識別，參與者中試驗人員的用例包括圖1所示的14項內容。部門領導的用例主要試驗報告的下載、共享、聯系人管理等內容。

圖1　試驗人員用例圖

1.2系統非功能性需求

系統的非功能性需求主要是對系統的運行狀態和特性進行設計的需求。主要包括界面友好的需求、拓展性的需求和可維護性的需求。電力設備狀態檢修智能系統要求界面友好、易操作、簡潔美觀，由于本系統自身具有良好的拓展性和可維護性，因此對這兩者的需求是建立在系統平臺層面的，不需要單獨考慮。

2　系統總體設計

2.1系統軟件實現技術概述

系統軟件實現的技術主要有服務端實現、客戶端實現和云端實現，服務端實現主要有Struts2框架、Spring框2架和Hibernate框架，客戶端主要有MVVM框架和Ajax框架，云計算技術實現主要是有Openstack框架［5］。Openstack是一個開源的云平臺管理項目，主要包括Nova、Swift、Glance 3大模塊，這3個模塊既可以獨立工作，分別提供虛擬化、云存儲和鏡像服務，也可以聯合在一起進行工作，為平臺帶來良好的可拓展性。圖2是Openstack服務關系圖。

圖2　Openstack服務關系圖

2.2系統架構設計

1）網絡拓撲結構

系統的網絡包括PC、智能手機登客戶端設備，也包括負載均衡器和應用服務器等服務端設備。服務端設備部署在電力部門的內網，客戶端設備通過Http協議與服務端進行通信，完成數據的交互過程。服務端設備還完成對數據的存儲［6］。

2）系統體系架構

該架構服務端結合了Spring、Struts2等框架、客戶端分別由MVVM模式和Ajax框架來實現，并結合這些框架的優點，來完成Java EE多層次結構的設計。Java EE多層次結構主要包括客戶層、表現層、業務邏輯層和數據持久層四個層次。在電力設備狀態檢修智能系統的設計中，客戶層負責與用戶交互，表現層在系統中起主要的控制作用，主要實現在服務端收發數據的功能。業務邏輯層對基于系統自身業務抽象出來的基本業務進行處理，向上提供與表現層交互的接口，向下則調用數據持久層的數據。數據持久層是直接和數據交互的部分，實現數據的持久化，向上提供了調用數據的接口，向下屏蔽了數據庫的內部設計和細節，保證數據的安全性。

2.3多客戶端設計

系統的結構由客戶端和服務端構成，圖2是系統結構圖，客戶端和服務端之間用Http進行通信，多客戶端支持主要實現的功能是只要介入設備支持Http通信，就可以與系統服務端進行數據交互［7］。

圖3　智能系統結構圖

1）.Net客戶端設計

.Net客戶端主要是試驗人員用來與服務端系統進行交互，不僅包括數據的上傳下載。審核編輯等功能，還要對試驗數據進行分析，需要實現的業務邏輯比較多，需要采用專用的客戶端。.Net客戶端主要的功能模塊有用戶登錄、試驗報告編輯、試驗報告瀏覽、設備狀態分析、設備管理、聯系人管理和個人信息維護等幾項。

2）.Web客戶端設計

.Web客戶端屬于輕量級的客戶端，主要用來展示、查詢、瀏覽和資料共享等，主要功能包括網站介紹、用戶登錄、資料下載和設備狀態分析結果展示等。.Web客戶端也可以同步顯示.Net客戶端分析過的數據內容，實現客戶端的互聯［8］。

2.4系統主要功能模塊設計

1）試驗數據采集模塊

電力設備狀態檢修智能系統試驗數據采集部分主要是通過電纜振蕩波局放測試來實現的，圖4是振蕩波局放采集裝置網絡拓撲結構圖。

圖4　振蕩波局放采集裝置網絡拓撲結構圖

振蕩波局放數據采集主要實現電纜測距信號采集、校準信號采集、振蕩波和局放通信、網絡通信等四個子功能模塊。

2）試驗數據傳輸模塊

采集的試驗數據保存在上位機上，然后通過數據傳輸渠道送到后臺進一步處理，同時還要保證試驗數據能持久的保存在網絡服務器，另一方面，后臺處理過的實驗數據要能快速穩定的返回到上位機，可以讓不同客戶端進行訪問。

3）客戶端模塊

客戶端模塊不僅負責數據的采集和數據交互等過程，還需要負責客戶端的安裝和卸載，其中安裝模塊主要包括對EPCBM軟件運行環境的檢測，下載和安裝、快捷方式的創建，而卸載模塊主要完成對EPCBM運行文件和快捷方式的刪除。圖5是.Net客戶端安裝功能模塊圖。

圖5　.Net客戶端安裝功能模塊圖

2.5系統工作流程

試驗數據采集完成后，然后通過Http將數據傳送到后臺服務器存儲，隨后進行試驗設備管理和報告管理。上傳的試驗報告要進行狀態分析，然后用智能模型對試驗報告進行智能評價，得到設備的狀態結果，對應分析出設備的健康狀態信息統計圖等，圖6是智能系統工作流程圖。

圖6　智能系統工作流程圖

3　系統實現

3.1數據采集的實現

系統數據采集的實現主要有兩層來完成，包括底層通信層和頂層業務層，底層通信層主要完成對數據包的解析，頂層業務層在獲得數據包的內容后，完成電纜長度的測試、局部放電的校準和局部放電信號的測量，然后將數據傳到通信層，再發送回客戶端。圖7是振蕩波局放數據采集軟件架構。

圖7　振蕩波局放數據采集軟件架構

3.2數據傳輸的實現

數據傳輸的實現包括應用協議的設計，應用協議結構和通信流程的實現，應用協議的實現3個過程，最重要的是應用協議和通信流程的實現，圖8是應用協議結構域通信流程圖。

圖8　應用協議結構域通信流程圖

在全數字仿真前，用MATLAB中的Simulink工具箱建立大型民用飛機自動剎車控制系統半物理仿真平臺的軟件系統，然后建立半物理仿真的驗證平臺，圖3是自動剎車系統半物理仿真驗證平臺。

4　結　論

由于傳統的電力設備狀態檢修系統集成度較低，對數據的處理能力等不能滿足越來越復雜的電力網絡，在此基礎上提出的電力設備狀態檢修智能系統能很好的滿足現代電力網絡對穩定性和安全性的需求，論文在分析了現代電力網絡需求的基礎上，給出了系統實現采用的軟件技術，對多客戶端和主要的功能模塊進行了設計，分析了數據采集和傳輸等模塊的特點，給出了智能系統的工作流程。最后對電力設備狀態檢修智能系統的實現方式進行了簡單的介紹。理論和實際應用表明，電力設備狀態檢修智能系統具有很好的穩定性和安全性，對保證我國電力網絡的穩定有重大的現實意義。

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［2］李勇，曹祖慶.火電機組狀態監測、預測及故障診斷與狀態檢修［C］.電力設備預知性維修技術文獻選編.四川省電力公司，2008.

［3］Wang Xiao-cheng，Wu Song-lin，Liu Cang-yi.Theory dynamic diagnosis based on integrated maintenance information［J］.InternationalJournalofPlantEngineeringand management，2002，7（1）:8-14.

［4］葉俊.電力設備狀態檢修數據挖掘系統的設計實現［D］.成都:電子科技大學，2007.

［5］于浩.電力通信網絡設備狀態檢修系統的開發與應用［J］.電力系統通信，2012，33（236）:67-71.

［6］翟瑞聰，王紅斌，謝善益，等.電力設備狀態檢修系統的研究與應用［J］.廣東電力，2013，26（5）:96-100.

Design and im plementation of intelligent system for power equipment condition based on maintenance

YANG Jin-song，XIE Xing-sheng，LIN Shao-wen，CHEN An，WANG Kai
（GPGC Zhongshan Bureau，Zhongshan 528400，China）

In order tomeet the demand of power system to stability and security，the design of intelligent system for power equipment condition based maintenance is proposed.Firstly，the paper introduces the development and demand of electric power equipmentmaintenance,and then introduces the design of the intelligent system of power equipment condition based maintenance,and then analyzes the functional requirements and non functional requirements of the system.Based on the requirementanalysis，the architecture of the system is designed，and the design of themain functionalmodules is given.The implementationmethods of the clientand data acquisitionmodules are given.The theory and practice show that the intelligent system ofpowerequipmentcondition basedmaintenance has the characteristicsofhigh stability and high security.

condition equipmentmaintenance；intelligent system；module partition；design and implementation

TM933.4

A

1674-6236（2016）19-0057-03

2015-09-21稿件編號：201509142

廣東電網有限責任公司中山供電局（K-GD2014-1064）

楊勁松（1980—），男，土家族，湖南鳳凰人，工程師。研究方向：電力系統技術管理。