基于實時數據的變電站在線智能巡檢系統設計

陳志明，寧艷

（江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京 211015）

實時數據可用來表示客觀事物的原始存在形式，在事件的發生與發展過程中，作為單位時間內的信息參量載體，這種原始素材具備極強的可塑性。就變電網環境而言，由于電量數據的傳輸主觀性較強，一部分信息參量在活躍條件下，很難經由物理信道，直接傳輸至變電站主機之中，易造成數據信息的永久性存儲能力不斷下降[1-2]。而隨著實時數據參量的應用，變電站主機可直接接管所有待傳輸的電量數據信息，不僅縮短了信息載體的擴散時長，也使得電網環境的穩定性得到有效維持。實時數據的出現恰好解決了變電站網絡所面臨的數據量混亂問題，在未來一段時間內依然具備較大的發展潛力。

在變電站規劃網絡中，隨著電量執行任務的進行，一部分設備儀表極易因電信號擁塞而出現明顯的故障問題。傳統方法只能定義一條獨立的電信號傳輸路徑，當電量傳輸功能趨于穩定后，可借助處于空閑狀態的電子信道，實現對數據信息參量的轉存與處理。然而此系統的檢測能力有限，并不能根據變電站組網所處位置，實現對儀表故障的快速分析[3]。為解決此問題，設計基于實時數據的變電站在線智能巡檢系統，以C/S 架構代替原有的B/S 體系模型，在機載環境傳感器等多個硬件設備結構的作用下，完成對實時電量數據的布局處理，再通過連接ADO.NET 數據庫的方式，在多種巡檢模式之間不斷切換，最終得到準確的設備儀表故障檢測結果。

1 系統硬件設計

變電站在線智能巡檢系統的硬件執行單元搭建過程分為C/S 體系架構改進、機載環境傳感器連接、巡檢指令處置平臺設計三部分，且同步進行，具體操作處理方法如下。

1.1 C/S 體系架構

變電站在線智能巡檢系統以C/S 體系架構代替原有的B/S 型架構體系，在Server 服務器的統領之下，記錄電量實時數據在電子瀏覽器中的傳輸情況，并借助傳輸信道，將這些信息參量反饋至變電站中心主機中，使得整個電網環境中的電子數據傳輸情況趨于穩定。一個完整的C/S 體系架構同時包含多個在線電子瀏覽器，這些設備結構一方面能夠適應Server 服務器的實際連接需求，另一方面可以通過變電站中心主機，將已記錄的電子數據分配至其他硬件設備主機中，使得智能巡檢系統的數據庫主機得到有效填充[4]。變電站中心位于C/S 體系架構中間，可同時調配Server 服務器與在線電子瀏覽器，并在兩類設備的所有連接關系中，尋找最為適宜的方式，以此實現對變電站智能巡檢環境的有效完善。

1.2 機載環境傳感器

變電站在線智能巡檢系統的機載環境傳感器由二維激光型、角度平掃型、位姿記錄型三類結構共同組成。其中，二維激光型機載環境傳感器可深入變電站中心主機內部，從中直接獲取實時電子量的各項相關數據，并將其整合成全新的傳輸形式，以便于后續巡檢指令的順利執行。角度平掃型機載環境傳感器主要負責變電站中心主機與在線電子瀏覽器之間的連接，確保電量數據輸出能力保持穩定后，該元件才會開啟連接狀態[5-6]。位姿記錄型機載環境傳感器存在于巡檢指令處置平臺外部，可在C/S 體系架構的作用下，提取平臺內部暫存的電量數據信息，并將其在變電站主機中進行整合，如表1 所示。

表1 機載環境傳感器分類

1.3 巡檢指令處置平臺

巡檢指令處置平臺存在于變電站在線智能巡檢系統中，負責采集電子量實時數據，將完成整合處理的各級信息參量反饋至系統數據庫主機中，其示意圖如圖1 所示。

圖1 巡檢指令處置平臺示意圖

隨著電子實時數據累積量的增大，巡檢指令處置平臺的移動行進速率也會不斷加快，由于機載環境傳感器的存在，該結構元件的速度既不會過慢也不會過快，且在系統運行過程中，始終以促進電量數據傳輸為主要目標[7-8]。平臺設備可監視C/S 體系架構的現有連接形式，并可根據電量數據的現有傳輸情況，更改電信號的實際響應速度，一方面，使得巡檢系統內的電感行為始終保持相對穩定的狀態，另一方面，也可實現對電子巡檢環境的平穩構建。

2 系統軟件設計

在各級硬件結構設備的支持下，按照實時數據布局、ADO.NET 數據庫連接、工作模式切換的處理流程，完成巡檢系統的軟件執行環境搭建，兩相結合，確保基于實時數據的變電站在線智能巡檢系統的順利應用。

2.1 實時數據布局

實時數據布局即電量傳輸數據的實時規劃安排，在巡檢指令處置平臺中，受Server 服務器作用能力的影響，變電站主機中存儲的電子數據信息總量也會隨之發生變化，直至巡檢系統中傳輸的所有信息參量都能得到妥善的處理[9-10]。

在變電站在線智能巡檢系統中，傳感器運行速率始終處于連續變化的狀態，所以待傳輸實時電量數據也呈現不斷累積的變化態勢。

在不考慮其他干擾條件的情況下，實時數據布局結果同時受到電量信息傳導系數、單位巡檢時長兩項物理量的直接影響[11-12]。電量信息傳導系數可表示為f，該項物理量屬于矢量性指標，具備較強的主觀變化性，因此其數值水平越大，系統主機所具備的數據布局能力也就越強。單位巡檢時長可表示為ΔT，是一種隨動性變化指標，在系統運行環境中，該項指標參量的變化范圍相對較為局限，因此并不會對實時電量數據的布局結果造成嚴重影響。聯立上述物理量，可將變電站在線智能巡檢系統的實時數據布局結果表示為：

其中，la、lb分別代表兩個不同的電量信號感應系數，a、b表示兩個不同的電信號節點參量值，m1代表核心電子量傳輸條件。

2.2 ADO.NET數據庫連接

ADO.NET 數據庫負責存儲變電站在線智能巡檢系統中的電量傳輸數據，可在巡檢指令處理主機、一體化操作元件之間來回轉接，從而完成對實時電量數據的轉存與分析處理，其連接原理如圖2 所示。一般情況下，待處理的實時電量數據可經由變電站主機進入ADO.NET 數據庫體系之中。由于巡檢指令處置平臺的存在，所有數據信息參量在真正進入存儲模式之前，必須先經過執行主機元件的多次認證，當一體化操作元件能夠感知到足量的數據流信息時，巡檢主機才會再次進入工作狀態，從而實現對實時電量數據的完整轉存[13-14]。

圖2 ADO.NET數據庫連接原理

2.3 工作模式切換

工作模式切換流程圖如圖3 所示，工作模式切換能實現由執行工作狀態變化到巡檢制動狀態，在此過程中，系統自動操作與手動操作同步進行，可確保變電站主機得到足量電子數據供應，一方面占據了處于空閑狀態的系統信道組織，另一方面也可實現對實時電量數據的快速傳輸[15-16]。所謂巡檢制動，是一種非絕對平衡的電量數據實時傳輸環境，能夠在適應現有系統巡檢執行模式的同時，對未存儲電量數據進行有效分辨，有效避免各類繼電故障問題的出現，實現對電量信號的實時傳導。

圖3 工作模式切換流程圖

至此，實現各項軟硬件執行環境的搭建，在不出現其他干擾影響的情況下，完成基于實時數據的變電站在線智能巡檢系統設計。

3 實例測試

圖4 所示為變電主機布置環境，選取兩個型號相同的電感元件分別作為實驗組、對照組實驗對象，其中控制實驗組電感元件的應用主機搭載基于實時數據的變電站在線智能巡檢系統，控制對照組電感元件的應用主機搭載了文獻[3]構建的系統。

圖4 變電主機布置環境

SEI 系數反映了巡檢系統對于設備儀表故障行為的檢測精度情況，若默認在系統執行過程中不會出現任何不可控的設備故障行為，則可認為SEI 系數對于設備儀表故障行為檢測精度情況起到正向促進作用，詳細實驗數值結果如表2 所示。

表2 實驗組與對照組的SEI系數值

表2 中，實驗組SEI 系數在前25 min 的實驗時間內，數值始終保持連續上升的變化情況，從30 min起，指標數值的上升幅度明顯縮小，到了40 min 后，卻又開始不斷下降。對照組SEI 系數在整個實驗過程中，則一直保持下降與上升交替出現的數值變化趨勢。從極限值角度來看，實驗組最大值80.29%與對照組最大值57.49%相比，上升了22.80%。

KRD 指標描述了巡檢系統主機所具備的電量數據傳輸能力，對于電感元件來說，KRD 指標數值越大，巡檢系統主機對于電量數據的傳輸促進能力越強。具體實驗數值變化情況如表3 所示。

分析表3 可知，實驗組KRD 指標數值保持先上升、再下降的數值變化狀態，中間階段指標參量的數值水平出現了極短時間的絕對穩定狀態。對照組KRD 指標數值則呈現階梯狀上升與階梯狀下降同步存在的數值變化狀態，全局最大值為43.6%，與實驗組最大值71.5%相比，下降了27.9%。

表3 KRD指標數值

綜合上述實驗研究結果可知：

1）應用基于實時數據的變電站在線智能巡檢系統，可實現設備儀表故障行為的準確檢測；

2）與文獻[3]系統相比，在線智能巡檢系統也具備更強的電量數據傳輸能力。

4 結束語

對于實時電量數據來說，變電站在線智能巡檢系統可依據C/S 架構，對機載環境傳感器的應用能力進行規劃，借助巡檢指令處置平臺，完成由執行工作模式到檢測工作模式的切換，不僅能夠較好地填補ADO.NET 數據庫中的電量信息空缺，也可將待布局數據整合成包狀傳輸形式，以供巡檢系統主機的挑選與利用。

所設計的新型巡檢系統不但能夠解決變電站自主定位導航過程中可能出現的設備儀表故障問題，也可實現實時電量數據的快速傳輸，符合變電站主機的實際應用需求。