智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)

駱楓婷

（廣東電網(wǎng)公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

0 引言

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是依靠智能變電站的繼電保護(hù)設(shè)備。當(dāng)前，科技飛速發(fā)展，智能變站的繼電保護(hù)設(shè)備大量應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)等。因此，傳統(tǒng)的以人工為主的的定檢運(yùn)維方式不能滿足當(dāng)前復(fù)雜的設(shè)備，需要借助更加智能的設(shè)備以及專業(yè)的維護(hù)人員，對智能變電站的繼電保護(hù)進(jìn)行檢測與維護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高供電的可靠性[1-3]。

對電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行定期檢修是重要的電力生產(chǎn)管理工作之一，也是電網(wǎng)企業(yè)重要的運(yùn)營工作之一，對電網(wǎng)的可靠供電、電網(wǎng)安全的保證與電網(wǎng)設(shè)備健康水平的提升有著重要意義。伴隨著信息化與科技水平的提升、社會的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，依靠控制技術(shù)、通信技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)來提升電網(wǎng)整體的智能化水準(zhǔn)，使電網(wǎng)的整體發(fā)展能夠適應(yīng)現(xiàn)代社會的可持續(xù)發(fā)展要求是當(dāng)今社會新的電網(wǎng)發(fā)展趨勢。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及云計(jì)算技術(shù)越來越發(fā)達(dá)的情況下，現(xiàn)今的電網(wǎng)企業(yè)必須順應(yīng)趨勢利用這些新技術(shù)對電網(wǎng)的管理模式與管理技術(shù)進(jìn)行不斷的改良。為了深化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及云計(jì)算技術(shù)在電網(wǎng)運(yùn)維方面的應(yīng)用，國家電網(wǎng)公司已經(jīng)非常明確的確立了實(shí)現(xiàn)智能化電網(wǎng)運(yùn)維的工作目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)智能化電網(wǎng)運(yùn)維的工作目標(biāo)，必須以業(yè)務(wù)創(chuàng)新、智慧運(yùn)營、智能生產(chǎn)、技術(shù)先進(jìn)等口號為引導(dǎo)，對環(huán)境、設(shè)備等信息狀態(tài)智能感知能力進(jìn)行提升，并以檢修、運(yùn)維等電網(wǎng)維護(hù)管理工作的管理能力為核心，對智能變電站繼電保護(hù)運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)檢與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度融合。

隨著智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備智能化水準(zhǔn)的逐漸提升，智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)維要求也在不斷提升。在傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)維中，運(yùn)檢平臺一直存在著現(xiàn)場側(cè)管控不足的短板以及中心側(cè)與現(xiàn)場測經(jīng)常出現(xiàn)通訊脫節(jié)的問題。一方面，現(xiàn)場側(cè)的電網(wǎng)運(yùn)維人員難以及時運(yùn)用中心側(cè)的電網(wǎng)運(yùn)維資源，另一方面，中心側(cè)缺乏實(shí)時進(jìn)行現(xiàn)場電網(wǎng)運(yùn)維管控的手段，因此，必須設(shè)計(jì)一個智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化運(yùn)維。

1 智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了解決電網(wǎng)運(yùn)維中現(xiàn)場側(cè)管控不足的短板以及中心側(cè)與現(xiàn)場側(cè)經(jīng)常出現(xiàn)通訊脫節(jié)的問題，基于移動平臺技術(shù)與無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一個智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)，該運(yùn)維系統(tǒng)的整體架構(gòu)主要由三個層次組成，也就是現(xiàn)場運(yùn)檢設(shè)備、智能運(yùn)檢盒子以及變電設(shè)備一體化運(yùn)維平臺，具體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)整體架構(gòu) Fig.1 The whole structure of intelligent substation relay protection intelligent mobile transportation system

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主站端系統(tǒng)模塊主要是基于國家電網(wǎng)平臺進(jìn)行開發(fā)，其結(jié)構(gòu)則采用B/S 進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要目的是為了收集設(shè)備缺陷信息與管理設(shè)備臺賬[4]。主站端系統(tǒng)模塊能夠與運(yùn)行管理系統(tǒng)以及繼電保護(hù)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，并且可以完善運(yùn)行管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理以及繼電保護(hù)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)的歷史信息查詢、缺陷信息的分析統(tǒng)計(jì)以及資料數(shù)據(jù)的云端存儲等功能。主站端系統(tǒng)模塊可以通過智能移動終端模塊有效實(shí)現(xiàn)管理與監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備信息，從而保障現(xiàn)場設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行[5]。

智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)的主站端系統(tǒng)模塊主要由展示層、邏輯層、服務(wù)層以及數(shù)據(jù)層組成，其中，展示層的圖表展示技術(shù)與頁面風(fēng)格都較為成熟，可以為用戶提供智能化的人機(jī)交互界面，其構(gòu)建技術(shù)主要包括Fusionchart、DWZ、SVG、Html5、Flash、Ajax、JavaScript 以及JSP，等等。邏輯層主要負(fù)責(zé)提供展示層所必需的多樣化的信息數(shù)據(jù)資源，其構(gòu)建技術(shù)主要包括 Spring、Struts、Servlet 等[6]。服務(wù)層則主要負(fù)責(zé)提供地理信息服務(wù)、外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互接口服務(wù)以及內(nèi)部系統(tǒng)之間的交互數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。其構(gòu)建技術(shù)主要包括GIS、Ibatis、JDBC、Active MQ、ApacheCamel 等。數(shù)據(jù)層則主要利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來保存缺陷業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及設(shè)備臺賬等內(nèi)容，以及利用文件數(shù)據(jù)庫來保存報(bào)告、圖片等文件數(shù)據(jù)信息，其構(gòu)建技術(shù)主要包括文件管理系統(tǒng)、Oracle or MySQL 以及數(shù)據(jù)庫管理工具[7]。

1.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)中的智能移動終端模塊是一個前端設(shè)備系統(tǒng)模塊，主要負(fù)責(zé)查詢各類運(yùn)維數(shù)據(jù)記錄、采集各種設(shè)備缺陷信息以及校核智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備的各種臺賬信息等[8]。智能移動終端模塊會負(fù)載一個能夠獨(dú)立進(jìn)行智能運(yùn)檢的軟件，該軟件的界面設(shè)計(jì)簡潔明了并且十分人性化，主要包括信息交互模塊、設(shè)備缺陷管理模塊以及設(shè)備臺賬管理模塊這三個部分。其中設(shè)備缺陷管理模塊主要采集智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備的各種缺陷信息，并將采集到的各種設(shè)備缺陷信息通過無線通訊系統(tǒng)向主站端系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時傳輸，最終以e 文件的形式實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行管理系統(tǒng)與繼電保護(hù)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，從而實(shí)現(xiàn)智能化管理運(yùn)維業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的目標(biāo)，并解決了多端使用數(shù)據(jù)、單端維護(hù)數(shù)據(jù)的電網(wǎng)運(yùn)維弊端[9]。而設(shè)備臺賬管理模塊則主要用于管理運(yùn)行管理系統(tǒng)與繼電保護(hù)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)的設(shè)備臺賬前端，通過智能移動終端能夠直接面對智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備來校核智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備的臺賬信息，以及達(dá)成與運(yùn)行管理系統(tǒng)以及繼電保護(hù)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)的實(shí)時臺賬信息變更比對。智能移動終端模塊的開發(fā)主要是基于應(yīng)用非常廣泛的Android 系統(tǒng)平臺，該模塊對藍(lán)牙、相機(jī)、存儲、電力無線虛擬專網(wǎng)等硬件資源進(jìn)行了充分的整合，還能夠?qū)崿F(xiàn)與主站端系統(tǒng)以及電力無線虛擬專網(wǎng)的實(shí)時數(shù)據(jù)交互，實(shí)用性較強(qiáng)，能夠同時滿足移動終端在技術(shù)、業(yè)務(wù)、通訊等方面的需求。

智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)的信息交互模塊的設(shè)置主要是為了實(shí)現(xiàn)智能移動終端模塊與主站端系統(tǒng)模塊之間的信息交互。智能移動終端模塊與主站端系統(tǒng)模塊之間的信息交互主要通過兩種方式來實(shí)現(xiàn)：建立長連接，通過Server 與WebSocket 實(shí)現(xiàn)信息交互以及不建立長連接，通過HTTP 請求信息的發(fā)送來達(dá)成與Server 的通信[10]。第一種方式主要用于主站端系統(tǒng)模塊主動將信息推送到智能移動終端模塊的場景，例如一些新的任務(wù)信息等。利用WebSocket 建立長連接來達(dá)成推送信息的目的，克服了HTTP 輪詢方式的缺點(diǎn)，可以同時減輕客戶端與服務(wù)端的壓力。第二種方式主要用于智能移動終端模塊主動從主站端系統(tǒng)模塊進(jìn)行信息獲取的場景，例如設(shè)備臺賬查詢以及用戶登錄等情況。利用不建立長連接的方式達(dá)成通信，能夠?qū)崿F(xiàn)智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)的實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)通過主站端系統(tǒng)模塊、智能移動終端模塊與信息交互模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備的智能移動運(yùn)維。為了保證智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)的有效性，設(shè)計(jì)一個仿真實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，以某智能變電站繼電設(shè)備為實(shí)驗(yàn)對象，對該智能變電站繼電設(shè)備進(jìn)行智能移動運(yùn)維。為了保證實(shí)驗(yàn)的有效性，使用傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)運(yùn)維系統(tǒng)與智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)進(jìn)行比較，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)與傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)運(yùn)維系統(tǒng)的故障遠(yuǎn)程診斷速率對比如圖2 所示。

圖2 故障遠(yuǎn)程診斷速率對比 Fig.2 Comparison of fault remote diagnosis rate

通過圖2 可知，智能變電站的繼電保護(hù)智能運(yùn)維系統(tǒng)，其故障遠(yuǎn)程診斷率在運(yùn)行40 h 時最高，并保持平穩(wěn)狀態(tài)，傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)運(yùn)維系統(tǒng)遠(yuǎn)程診斷速率相對較低。因此，智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)與傳統(tǒng)變電站繼電保護(hù)運(yùn)維系統(tǒng)相比，其故障遠(yuǎn)程診斷速率明顯更高并且更加穩(wěn)定。

3 結(jié)語

智能變電站繼電保護(hù)智能移動運(yùn)維系統(tǒng)通過對各個模塊的設(shè)計(jì)以及智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備的智能化信息共享與交互，實(shí)現(xiàn)了智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、無紙化與移動化管控，提升了電網(wǎng)運(yùn)維工作的可靠性、高效性與便捷性，節(jié)省了大量的人力資源，安全系數(shù)更高，同時保證了電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。希望本文研究能為今后電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行以及運(yùn)維系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣提供依據(jù)。