基于GPS/GPRS的智能接地線管理系統設計

徐龍彬 朱文滔 譚達成

摘要：在電力系統各類停電作業中，掛接接地線是必不可少的安全措施之一。目前接地線的管理主要通過人工報表記錄等方式實現，存在效率低、誤差高等問題。針對此類問題，本文基于GPS定位技術以及GPRS通信技術設計一種智能接地線管理系統。系統部署于調控層集中監控工作站中，具備信息管理、統計分析、信息發布、終端查詢等多項功能，可使各類用戶通過多種終端實時查看接地線掛卸狀態，有效解決傳統接地線管理方式存在的弊端，并一步減少電力作業事故的發生。

關鍵詞：智能接地線;管理系統設計;GPS定位;GPRS通信

Abstract：In various power outage operations in the power system，hooking up the grounding wire is one of the indispensable safety measures. At present，the management of the grounding wire is mainly realized through manual report recording，etc.，which has problems such as low efficiency and high error. Aiming at such problems，this article designs an intelligent grounding line management system based on GPS positioning technology and GPRS communication technology. The system is deployed in the centralized monitoring workstation of the control layer. It has multiple functions such as information management，statistical analysis，information release，terminal query，etc.，allowing various users to view the status of grounding wire mounting and dismounting in real time through multiple terminals，effectively solving the disadvantages of the traditional management methods，and further reduce the occurrence of electric power operation accidents.

Key Word：smart ground wire;management system design;GPS positioning;GPRS communication

1.引言

掛卸接地線是電力系統各類電氣操作中危險性與重要性兼具的操作之一，接地線掛卸一旦出現紕漏將會給操作人員以及電力設備都帶來嚴重的安全威脅。但在實際的運維檢修以及電力施工作業過程中，由于操作人員素質參差不齊等各種原因，誤掛接地線、漏掛接地線及漏卸接地線等情況層出不窮。因此在電力系統中，帶電掛接地線，合閘帶接地線是較為常見的惡性誤操作事故之一，同時也帶來了較多的人身安全事故與設備損壞事故。

考慮到接地線掛卸的重要性與危險性，需對接地線采用高效且可靠的使用管理方式。傳統的接地線管理主要依靠機械式記錄的方式進行管理，作業現場由負責人進行工作票相關信息輸入，使用前與使用后則由設備管理人員填寫使用記錄。傳統方法存在的一個明顯缺點是當使用接地線地點較多且使用頻率較高時，容易造成記錄混亂導致接地線誤掛、漏掛及漏卸等問題的出現，進一步威脅到電力設備的安全運行。電力系統內由于接地線掛卸問題出現的惡性誤操作事件通常是由于接地線管理失誤造成的。目前在電力作業現場中對接地線的管理仍采用傳統報表的管理方式，當涉及到較多接地線掛卸操作時，作業負責人、管理人員難以掌握現場所有設備的實時據，由此可能帶來管理方面的誤判，導致惡性誤操作事件出現。因此針對現目前接地線使用管理方面存在的問題，本文提出一種基于GPRS的智能接地線管理系統，輔以接地線智能監測中的GPS模塊采集位置信息，對接地線使用前、使用中、使用后進行全過程監測管理，結合使用前輸入的工作票檢修計劃信息，判斷接地線的掛接狀態。智能接地線管理系統的設計采用B/S架構，作業負責人可通過移動終端瀏覽器登錄管理系統查看接地線目前狀態、位置信息以及當前歸屬的檢修任務等信息，系統還具備統計分析功能，進一步的方便負責人對現在接地線掛卸狀態的把控，有效減少管理方面的失誤出現，保障操作人員以及電力設備的安全。

2.智能接地線管理系統總體設計

通過對配電網各類低壓設備接地線使用流程、現狀進行全面調研分析，整理出配電網低壓接地線在使用過程中常見的掛卸、儲存以及追溯等方面的管理問題后，結合配電網各變配電站所的低壓設備信息、接線信息存儲在數據庫服務器中。部署于集控站的智能接地線管理系統可通過數據服務器接口實時讀取接地線掛卸狀態相關信息并對數據服務器進行管理;調控層中，監控工作站可將接地線實時掛卸狀態納入調控防誤，將防誤技術與接地線監測結合實現對接地線狀態集中高效監控;管理層中，作業負責人可通過移動終端、PC終端利用瀏覽器或封裝后的應用軟件打開智能接地線管理系統，實時查看接地線位置、掛接狀態、歸屬檢修技術等各類信息。通過將接地線進行智能化集中管理，并且將接地線掛卸狀態監測與防誤技術結合，有效提升了現場作業的安全水平。智能接地線管理系統結構設計如圖1所示。

智能接地線管理系統主要采用三層架構設計，包括間隔層、站控層及調控層。間隔層主要為無線基站、固定接地樁及配置智能監測儀的接地線;站控層為配電網各變配電站所的監控工作站，監控工作站與智能接地線之間為一對多關系，一個監控工作站可監測多個智能接地線;調控層主要包括集中監控站、智能接地線管理系統軟件以及數據庫服務器等。

電力系統數據在傳輸時需注意信息安全的問題，根據國網公司網絡與信息系統安全管理辦法，監控工作站與接地線集中監控站從網絡分區來看應劃分為I區，與外部Web服務器的連接應經過物理隔離，物理隔離以物理方法將內部網絡與外部網絡隔開，保障傳輸數據的安全。

3.智能監測終端設計

通過對智能接地線管理系統需求分析以及系統總體設計，明確接地線監測終端需具備的功能，對終端進行架構設計。接地線接線鉗裝設高精度傳感器結合接地樁處的開關量反映接地線掛卸狀態，并將狀態數據上傳至微處理器單元;GPRS模塊將智能監測終端采集到的GPS位置信息與接地線掛卸狀態通過無線通信網絡上傳從間隔層上傳至站控層;預留RS485接口，現場操作人員可通過該接口對智能監測終端各參數進行設置;顯示電路驅動LED顯示器顯示當前接地線工作狀態、位置信息以及歸屬檢修技術;配備充電電池為監測終端提供直流電源，滿足長續航工作的需求。考慮到智能監測終端工作環境的特殊性，終端各電路均采用防水防塵防電磁干擾的密封光電輸入設計，通過光電開關有效保護監測終端的密封結構。智能監測終端設計如圖2所示。

4.智能接地線管理系統軟件設計

掛接接地線是電力系統在進行電力建設以及運維檢修時必須進行的關鍵操作，接地線的正確掛接關系到操作人員以及電力設備安全穩定運行，因此接地線的使用有嚴格的操作流程與規定。本文根據實際的接地線使用流程設計了智能接地線管理系統軟件實現的數據流圖，如圖3所示。

圖3所示的數據流圖設計了智能接地線管理系統軟件中的主要五個環節為：錄入工單、終端設置、數據解析、統計分析、數據發布以及終端查詢。

（1）錄入工單

工作票內容包括接地線掛接設備以及序號等信息，開具工作票需首先進行現場作業情況評估，根據實際情況確定接地線掛接的類型及位置。工具票開具之后，操作人員可選擇手動將檢修計劃任務等信息輸入接地線管理系統或者利用管理系統管理電力企業PMS系統，從PMS系統中自動獲取此當次任務內容并生成系統任務單。管理系統中任務單的內容涵蓋了接地線所需的各類檢修計劃信息，包括設備歸屬部門、歸屬檢修計劃、停電設備或線路、工作負責人、作業起止時間、作業地點等信息。智能接地線管理系統與PMS系統后交互無縫對接數據，但現場作業人員也可選擇手動輸入工單數據，以免系統讀取出錯的情況出現。

（2）終端設置

終端設置環節主要是將智能接地線管理系統中的信息配置到智能監測終端中。在實際電力作業現場中，存在多組多地接地線同時掛接的情況，因此為對接地線進行準確區分，需將地點以及編號等定位信息錄入任務單并配置到智能終端之中，每個智能監測終端在當前時段內的任務中需擁有唯一編號。根據任務單中錄入的接地線編號對相對應的接地線監測終端進行任務所需參數設置，且在當前任務結束前參數配置無法更新。

（3）數據解析

當安裝在接地線上的智能監測終端啟動后，終端開始初始化并進入工作模式，此時智能監測終端會持續對接地線接地鉗的開合狀態進行監測，以此達到對接地線掛接狀態的實時監測，并將相關數據通過GPRS網絡上傳至數據服務器。

（4）統計分析

統計分析是智能管理系統具備的高級應用功能，主要實現對接地線掛卸狀態數據的統計，并對此類數據進行挖掘分析，提取高價值信息，分析可能存在的現場問題。

（5）數據發布

智能接地線管理系統利用發布接口將接地線的掛接信息發布到Web服務器中，保障各類系統用戶均可實時查詢。

（6）終端查詢

作業負責人、企業管理人員可通過移動終端、PC終端通過瀏覽器登錄智能接地線管理系統查看系統發布的實時接地線掛接狀態信息。

5.結論

針對傳統接地線管理方式無法應對多組多地同時掛接接地線的問題，本文設計了一種智能接地線管理系統。該系統以接地線智能監測終端為數據來源，通過應用GPS以及GPRS技術獲取接地線位置信息并傳輸采集到數據。智能系統應用包括錄入工單、終端設置、數據解析、統計分析、數據發布以及終端查詢五個環節。系統部署在調控層監控工作站中，通過Web服務器發布實時監測數據，作業負責人可通過移動終端查看接地線實時掛接狀態。通過應用智能接地線管理系統可有效解決傳統管理方式存在的問題，具備一定的工程實用價值。

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