電網(wǎng)接地補(bǔ)償裝置診斷平臺(tái)的研究與應(yīng)用

趙玉才 趙玉富

摘 要：針對(duì)電網(wǎng)接地補(bǔ)償裝置實(shí)際運(yùn)維管理中存在的問題，本文介紹了一種基于在線監(jiān)測(cè)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而研發(fā)的電網(wǎng)接地補(bǔ)償裝置診斷平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)理論，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置技術(shù)條件》（DL/T 1057—2007），建立專家診斷模型數(shù)據(jù)庫(kù)。運(yùn)維檢修人員可通過手機(jī)和計(jì)算機(jī)訪問診斷平臺(tái)服務(wù)器，實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)接地補(bǔ)償裝置運(yùn)行狀況，有效避免了接地故障引起的突發(fā)事件，為電網(wǎng)接地補(bǔ)償裝置安全可靠運(yùn)行提供了一套十分有效的在線監(jiān)測(cè)方案。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng);接地;補(bǔ)償;在線監(jiān)測(cè);診斷

中圖分類號(hào)：TM933 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）17-0033-03

Absrtact： In view of the problems existing in the actual operation and maintenance management of power grid grounding compensation device， this paper introduced a fault diagnosis platform based on on-line monitoring and mobile internet technology， which utilized large data theory， according to standard Automatic Tracking Compensation Arc Coil Complete Set of Equipment Technical Conditions（DL/T 1057—2007）， Established expert diagnostic model database. The maintenance personnel can access the diagnosis platform server through the mobile phone and the computer， view the operation condition of the field grounding compensation device in real time， effectively avoid the sudden incident caused by grounding fault， and provide a set of very effective on-line monitoring scheme for the safe and reliable operation of the grounding compensation device.

Keywords： power grids;grounding;compensation;on-line monitoring;diagnosis

電網(wǎng)的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)即小電流接地，發(fā)生單相接地故障時(shí)，電網(wǎng)仍可繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。但如果發(fā)生單相接地時(shí)容性電流很大，且電弧為間歇性的熄滅與重燃，就會(huì)產(chǎn)生弧光接地電壓，破壞電氣設(shè)備的絕緣性能。如果接地電弧不能及時(shí)熄滅，就會(huì)引起相間短路，導(dǎo)致線路跳閘，造成斷電。

目前，國(guó)內(nèi)外電力設(shè)備正由計(jì)劃?rùn)z修逐步向狀態(tài)檢修過渡。如果要進(jìn)行狀態(tài)檢修，就必須了解設(shè)備在運(yùn)行中的狀況。近年來，國(guó)內(nèi)外電力科研部門、電網(wǎng)公司及電力生產(chǎn)企業(yè)，都在研發(fā)各種在線監(jiān)測(cè)裝置，使很多電力設(shè)備處于在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)，為狀態(tài)檢修的實(shí)現(xiàn)打下了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，并積累了很多經(jīng)驗(yàn)[1]。

1 技術(shù)原理

電網(wǎng)接地補(bǔ)償裝置診斷平臺(tái)系統(tǒng)基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)理論建立專家診斷模型數(shù)據(jù)庫(kù)，采用C#語(yǔ)言和Java語(yǔ)言開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)及客戶端應(yīng)用軟件，組建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過客戶端軟件訪問服務(wù)器，在線監(jiān)測(cè)電網(wǎng)接地補(bǔ)償裝置運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)接地補(bǔ)償設(shè)備狀態(tài)檢修的目的。

服務(wù)器采用Socket Server監(jiān)聽分路通信主機(jī)的連接。服務(wù)器與客戶端通信原理見圖1。

首先，服務(wù)器端有一個(gè)監(jiān)聽線程，不間斷地監(jiān)聽來自客戶端的Connect。監(jiān)聽線程將新的Connect放入連接池并進(jìn)行管理，然后繼續(xù)監(jiān)聽下一個(gè)新來的Connect。線程池中裝有多個(gè)服務(wù)線程，每個(gè)線程都自動(dòng)監(jiān)聽一個(gè)任務(wù)隊(duì)列，一個(gè)已經(jīng)建立的Connect對(duì)應(yīng)一個(gè)服務(wù)任務(wù)，當(dāng)服務(wù)線程發(fā)現(xiàn)有新的任務(wù)時(shí)，便用此Connect向客戶端提供新服務(wù)。

一個(gè)Socket Server所能夠提供的Connect數(shù)可自行設(shè)置，若超過設(shè)置的數(shù)字則拒絕新的Connect。

當(dāng)服務(wù)線程完成服務(wù)時(shí)，客戶端關(guān)閉連接，服務(wù)線程關(guān)閉連接，空閑并等待處理下一個(gè)新的任務(wù)。

連接池的監(jiān)控線程自動(dòng)清除其中關(guān)閉的連接對(duì)象，然后繼續(xù)建立新的Connect。

服務(wù)器根據(jù)接受分路通信主機(jī)的數(shù)據(jù)，自動(dòng)匹配各廠家通信協(xié)議并解析。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于所有的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)都完全支持且完全開放，可以使客戶選擇最優(yōu)的解決方案，并獲得ISO標(biāo)準(zhǔn)最高級(jí)別的認(rèn)證，性能最高。ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)具有兼容多用戶、大數(shù)據(jù)量、可支持分布式數(shù)據(jù)處理和可移植性好等優(yōu)勢(shì)。

該系統(tǒng)使用的中間件是Java和Tomcat。C#是一種穩(wěn)定的、簡(jiǎn)單的、安全的編程語(yǔ)言，融合了C和C++的面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。其吸收了C和C++優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，忽視了其缺點(diǎn)。C#具有VB可視化操作和運(yùn)行效率高的優(yōu)點(diǎn)，且操作性能較強(qiáng)，語(yǔ)法風(fēng)格優(yōu)美，語(yǔ)言的創(chuàng)新和面向組件編程便捷成為.NET開發(fā)的必選語(yǔ)言。

2 方案設(shè)計(jì)

電網(wǎng)系統(tǒng)接地補(bǔ)償裝置診斷平臺(tái)系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。其中，硬件部分包括變電站前端設(shè)備數(shù)據(jù)采集端、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器、用戶辦公計(jì)算機(jī)及手機(jī);軟件部分包括信息采集及控制程序、服務(wù)器監(jiān)控程序、專家數(shù)據(jù)庫(kù)診斷模型、用戶端PC應(yīng)用軟件和手機(jī)端APP等。診斷平臺(tái)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖2。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 前端設(shè)備數(shù)據(jù)采集端。前端設(shè)備數(shù)據(jù)采集端由現(xiàn)場(chǎng)安裝的消弧線圈接地補(bǔ)償裝置、串口通信擴(kuò)展模塊和無線通信模塊等組成，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。

消弧線圈接地補(bǔ)償裝置主要監(jiān)測(cè)信息包括設(shè)備臺(tái)賬信息、設(shè)備連接狀態(tài)、控制器控制方式、控制器運(yùn)行方式、阻尼電阻狀態(tài)、中性點(diǎn)電流、中性點(diǎn)電壓、電容電流、電容電壓、感性電流、容性電流、脫諧度、殘流和消弧線圈檔位。串口通信擴(kuò)展模塊為RS232全雙工通信模塊，分為一個(gè)主口和四個(gè)分口，主口與分口之間遵循RS232全雙工通信，分口之間相互獨(dú)立且不能通信。

無線通信模塊采用GPRS DTU，是一種物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)終端，通過公用網(wǎng)絡(luò)GPRS為用戶提供無線長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。通信處理器和無線通信模塊采用工業(yè)級(jí)32位，兼容RS232及RS485（或422）通信，可直接連接設(shè)備通信接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸功能。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器由服務(wù)器主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、在線設(shè)備監(jiān)聽軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)組成。其中，采用C#語(yǔ)言開發(fā)在線設(shè)備監(jiān)聽軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)，收集大量數(shù)據(jù)，建立專家診斷平臺(tái)。服務(wù)器在線設(shè)備監(jiān)聽軟件界面如圖3所示。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 用戶端應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。用戶端由辦公電腦、手機(jī)終端及其相應(yīng)的應(yīng)用軟件組成，采用C#語(yǔ)言開發(fā)客戶PC端應(yīng)用軟件，用Java語(yǔ)言開發(fā)手機(jī)端APP。將接地補(bǔ)償裝置實(shí)時(shí)運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)，通過串口擴(kuò)展模塊，上傳至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)器經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后自動(dòng)把運(yùn)行數(shù)據(jù)狀況展現(xiàn)到診斷平臺(tái)上。主要功能是實(shí)現(xiàn)通過無線互聯(lián)網(wǎng)訪問服務(wù)器，讀取服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，繪制出相應(yīng)的曲線，向用戶展示相關(guān)參數(shù)的變化趨勢(shì)，并提示報(bào)警信息等。運(yùn)維檢修人員可安裝電網(wǎng)接地補(bǔ)償裝置診斷平臺(tái)PC版軟件，通過智能手機(jī)APP和辦公電腦PC版軟件實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)裝置運(yùn)行狀況，如有異常情況發(fā)生時(shí)，可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決問題，使電網(wǎng)系統(tǒng)接地補(bǔ)償裝置安全可靠的運(yùn)行及科學(xué)信息管理，是一個(gè)創(chuàng)新。計(jì)算機(jī)客戶端應(yīng)用軟件PC版登錄界面和手機(jī)客戶端應(yīng)用軟件界面如圖4和圖5所示。

2.2.2 信息采集及控制程序。信息采集及控制部分程序用C語(yǔ)言程序編寫，主要功能是使主控電路與采集現(xiàn)場(chǎng)安裝的消弧線圈接地補(bǔ)償裝置進(jìn)行通信，并定時(shí)采集消弧線圈接地補(bǔ)償裝置的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過無線通信模塊傳送至數(shù)據(jù)服務(wù)器。

2.2.3 服務(wù)器監(jiān)控程序。服務(wù)器監(jiān)控的部分程序用C#語(yǔ)言程序編寫，主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽前端設(shè)備數(shù)據(jù)采集端無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)和數(shù)據(jù)通信的功能。

2.2.4 專家數(shù)據(jù)庫(kù)診斷模型。專家數(shù)據(jù)庫(kù)診斷模型是依據(jù)《自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈成套裝置技術(shù)條件》（DL/T 1057—2007）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)，設(shè)置對(duì)應(yīng)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，作為報(bào)警門限，數(shù)據(jù)庫(kù)采用ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)，處理大量數(shù)據(jù)。利用大數(shù)據(jù)原理統(tǒng)計(jì)和分析，得出相應(yīng)的分析結(jié)果。

3 應(yīng)用情況介紹

河南電網(wǎng)開封供電公司8個(gè)變電站投入運(yùn)行。

通過電網(wǎng)系統(tǒng)接地補(bǔ)償裝置診斷平臺(tái)的運(yùn)行，工作人員全面了解了電網(wǎng)系統(tǒng)接地補(bǔ)償裝置診斷平臺(tái)的使用方法、診斷平臺(tái)的功能、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、組成結(jié)構(gòu)、測(cè)試的數(shù)據(jù)含義等，能通過該診斷平臺(tái)實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)接地補(bǔ)償裝置的運(yùn)行狀況，達(dá)到項(xiàng)目預(yù)期的目標(biāo)。此外，工作人員對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)接地補(bǔ)償裝置的管理水平有了很大提升，效果較好。

通過該平臺(tái)的使用，開封供電公司的電網(wǎng)系統(tǒng)接地補(bǔ)償裝置運(yùn)檢管理水平得到了有效提升，有效保證用戶在全時(shí)段正常、有效用電，為績(jī)效考核提供了有效依據(jù)，對(duì)運(yùn)營(yíng)決策提供了有效支持。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行如圖6所示。

4 存在的問題及改進(jìn)措施

電網(wǎng)系統(tǒng)接地補(bǔ)償裝置診斷平臺(tái)在近兩年的運(yùn)行中，出現(xiàn)接地補(bǔ)償裝置控制器死機(jī)[3]和通信干擾現(xiàn)象[4]。

為避免運(yùn)行過程中出現(xiàn)硬件設(shè)備死機(jī)和通信干擾的的影響，試運(yùn)行中，增加了看門狗模塊和串口通信擴(kuò)展模塊，適當(dāng)延長(zhǎng)定時(shí)通信時(shí)間，并對(duì)接地補(bǔ)償裝置控制器進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)。經(jīng)過完善與改進(jìn)后，解決了控制器死機(jī)和通信干擾現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的效果。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著中國(guó)制造2025的不斷推進(jìn)及電動(dòng)汽車的推廣普及，城市配電網(wǎng)發(fā)展迅速，增大了電力電纜應(yīng)用量，導(dǎo)致配電系統(tǒng)母線電容電流快速上升、中性點(diǎn)接地補(bǔ)償裝置容量配置經(jīng)常處于欠補(bǔ)償狀態(tài)及電網(wǎng)系統(tǒng)接地補(bǔ)償裝置運(yùn)行維護(hù)維管理不到位等問題較為突出。為進(jìn)一步加強(qiáng)配電網(wǎng)中性點(diǎn)接地補(bǔ)償裝置運(yùn)維管理，有效避免因接地電弧引發(fā)火災(zāi)、開關(guān)柜燒損等電力故障發(fā)生，開展電網(wǎng)系統(tǒng)接地補(bǔ)償裝置診斷平臺(tái)的研究很有必要。

電網(wǎng)系統(tǒng)接地補(bǔ)償裝置診斷平臺(tái)系統(tǒng)，可有效防止接地故障等突發(fā)事件，確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，對(duì)全面提升電網(wǎng)接地補(bǔ)償裝置的檢修、運(yùn)維、管理等有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

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