任 萱，湯 欣，孫維偉，包 磊

(鎮(zhèn)江供電公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

“三集五大”工作的全面推進(jìn)，對(duì)變電站各類設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成化和系統(tǒng)化建設(shè)提出了更高要求。 構(gòu)建大檢修、大運(yùn)行體系的重點(diǎn)之一，是在保證安全的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行集控功能實(shí)施集約融合、統(tǒng)一管理，并按照專業(yè)化方向，推進(jìn)設(shè)備巡檢、維護(hù)、操作的一體化管理，這就要求對(duì)變電站設(shè)備實(shí)現(xiàn)各類特征數(shù)據(jù)的全面監(jiān)測(cè)和信息的集中綜合應(yīng)用。設(shè)備狀態(tài)檢修工作的持續(xù)開展，對(duì)在線監(jiān)測(cè)裝置和輔助設(shè)備的管理提出了精益化要求。在線監(jiān)測(cè)和輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)充分利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)獲取設(shè)備信息、判斷設(shè)備狀態(tài)、預(yù)測(cè)故障發(fā)展趨勢(shì)、評(píng)估設(shè)備健康狀況，為推進(jìn)和深化設(shè)備狀態(tài)檢修工作提供技術(shù)保障。

1 系統(tǒng)研究背景及方向

1.1 研究背景

2009年，對(duì)江蘇省2233座變電站22類5839套在線監(jiān)測(cè)和輔助設(shè)備進(jìn)行了調(diào)查，目前江蘇電網(wǎng)變電站內(nèi)在線監(jiān)測(cè)裝置和輔助設(shè)備的運(yùn)行模式主要有2種。一是建立了各自獨(dú)立的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)變電設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)視和巡檢；二是在變電站內(nèi)進(jìn)行就地在線監(jiān)測(cè)，通過人工定期巡檢方式進(jìn)行信息查看和收集。 這2種模式的不足之處：一是不能滿足設(shè)備集約融合、統(tǒng)一管理的要求?，F(xiàn)有變電設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均采用縱向模式，信息分散、難以融合共享，不能滿足各類人員的差異化應(yīng)用需求。 二是部分在線監(jiān)測(cè)裝置和輔助設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)未實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和集中監(jiān)控，不能滿足設(shè)備缺陷及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速處理的要求。

1.2 研究方向

（1）制定在線監(jiān)測(cè)裝置、輔助設(shè)備的統(tǒng)一規(guī)約、數(shù)據(jù)傳輸格式，建立健全相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)定。

（2）構(gòu)建具有數(shù)據(jù)可靠、高效傳輸、系統(tǒng)堅(jiān)強(qiáng)的全省統(tǒng)一的實(shí)時(shí)監(jiān)控集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備信息的統(tǒng)一采集和網(wǎng)絡(luò)化管理。在站端統(tǒng)一完成數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、預(yù)處理、后臺(tái)同步、遠(yuǎn)程服務(wù)等各項(xiàng)功能。

（3）實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備遠(yuǎn)程分析、遠(yuǎn)程診斷、綜合評(píng)估的應(yīng)用服務(wù)。 通過系統(tǒng)提供的全景監(jiān)測(cè)、橫向比對(duì)、趨勢(shì)告警等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)在線、多維的設(shè)備健康狀況評(píng)價(jià)和故障分析。結(jié)合PMS管理系統(tǒng)中設(shè)備臺(tái)賬等各類數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的綜合評(píng)價(jià)和專業(yè)分析。

2 系統(tǒng)集成方法

系統(tǒng)集成涉及多種數(shù)據(jù)資源：各種輔助監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)接入、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、各種設(shè)備的臺(tái)帳對(duì)接、用戶統(tǒng)一認(rèn)證系統(tǒng)、專家分析系統(tǒng)等。如何整合諸多資源形成統(tǒng)一整體并提供統(tǒng)一的服務(wù)是研究的主要難點(diǎn)之一。系統(tǒng)集成整合后，針對(duì)如此多的信息，如何提取和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析挖掘，為用戶提供有效信息和方便應(yīng)用是平臺(tái)建設(shè)的關(guān)鍵。在線監(jiān)測(cè)和輔助設(shè)備分類如表1所示。

表1 在線監(jiān)測(cè)和輔助設(shè)備分類表

統(tǒng)一集成的總體思想是采用OGSA網(wǎng)格技術(shù)對(duì)各種資源進(jìn)行有效整合，形成統(tǒng)一整體，采用分層存儲(chǔ)、分級(jí)應(yīng)用策略對(duì)諸多數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和匯總，針對(duì)各種人員和角色提供差異化服務(wù)，方便應(yīng)用[1]。統(tǒng)一集成總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 多點(diǎn)同構(gòu)的分布式服務(wù)架構(gòu)

系統(tǒng)集成采用OGSA網(wǎng)格體系理念，利用SOA將涉及諸多的資源都抽象為服務(wù)，利用Web Service統(tǒng)一接口和數(shù)據(jù)交換格式,通過服務(wù)間的組合和交互形成全面完整的系統(tǒng)應(yīng)用。各服務(wù)間各自獨(dú)立、分層部署、完全松耦合，可獨(dú)立升級(jí)和維護(hù)，不影響其他功能的應(yīng)用。通過服務(wù)管理對(duì)服務(wù)進(jìn)行注冊(cè)，通過服務(wù)調(diào)用流程CallFlow動(dòng)態(tài)配置業(yè)務(wù)邏輯，形成各種應(yīng)用。多點(diǎn)同構(gòu)的分布式服務(wù)架構(gòu)保障了不間斷的應(yīng)用服務(wù)，保障了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的連續(xù)性和穩(wěn)定性：在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，智能終端間相互協(xié)調(diào)，自動(dòng)選擇某一智能終端承擔(dān)主站功能，接收各站的告警信息，主站系統(tǒng)自動(dòng)切換到某一智能終端，為用戶提供正常的運(yùn)行監(jiān)測(cè)應(yīng)用。分布式服務(wù)架構(gòu)如圖2所示。

2.2 變電站智能終端

變電站輔助設(shè)備和在線監(jiān)測(cè)設(shè)備種類及型號(hào)各異，各設(shè)備的通信接口和協(xié)議也都有差別，即便是同種設(shè)備在不同變電站的數(shù)據(jù)采集也有可能不一樣。但對(duì)每個(gè)設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)開發(fā)接口已不合適。為解決這個(gè)問題，變電站智能終端采用設(shè)備適配器（ADP）模式實(shí)現(xiàn)智能信號(hào)采集。設(shè)備ADP分為物理層、協(xié)議層、數(shù)據(jù)層和控制層。物理層與設(shè)備對(duì)接，支持不同的接口類型（RS232，RS485，網(wǎng)絡(luò)接口等），并在物理層實(shí)現(xiàn)消息路由功能，提供數(shù)據(jù)透?jìng)?。協(xié)議層對(duì)物理層上送的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)約匹配和解析，解析的數(shù)據(jù)上發(fā)給數(shù)據(jù)層處理。同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)層下發(fā)的消息進(jìn)行規(guī)約組裝，通過物理層下發(fā)給設(shè)備。數(shù)據(jù)層分析采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類和分級(jí)存儲(chǔ)，對(duì)變化率不大的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，對(duì)異常情況（數(shù)據(jù)變化率大，有告警，數(shù)值超過閥值等）發(fā)送消息通知控制層?？刂茖訉?duì)采集任務(wù)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)或人工采集，動(dòng)態(tài)變化采集頻率，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的補(bǔ)采和重采。如圖3所示。

圖3 采用設(shè)備ADP和規(guī)約庫自適應(yīng)接入設(shè)備

智能信號(hào)采集技術(shù)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷和分析，對(duì)設(shè)備正常、數(shù)據(jù)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行低頻采樣和存儲(chǔ)；在發(fā)生告警或故障時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高頻采樣和存儲(chǔ)，既保證了數(shù)據(jù)的完整性和可還原性，又節(jié)約了存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)流量，為故障分析提供詳實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)[2]。變電站智能終端保存了對(duì)設(shè)備采集的原始數(shù)據(jù)，并提供單獨(dú)的Web應(yīng)用，可在站內(nèi)或遠(yuǎn)程進(jìn)行網(wǎng)頁瀏覽查看監(jiān)測(cè)信息，保障網(wǎng)絡(luò)或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主站出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)測(cè)信息不丟失。變電站智能終端采用嵌入式操作系統(tǒng)，提高系統(tǒng)安全性；采用軟件和硬件看門狗，保障系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；操作系統(tǒng)層硬件保護(hù)，系統(tǒng)崩潰時(shí)采用備份自行恢復(fù)；智能終端實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)（cpu、內(nèi)存、溫度、存儲(chǔ)空間等），匯總評(píng)估系統(tǒng)狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)優(yōu)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)；系統(tǒng)狀態(tài)信息匯總到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（主站），由監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)視各個(gè)變電站的智能終端運(yùn)行狀態(tài)，統(tǒng)一管理；智能終端軟件自動(dòng)檢測(cè)升級(jí)，減少維護(hù)工作。如圖4所示。

圖4 智能服務(wù)終端自維護(hù)結(jié)構(gòu)圖

2.3 數(shù)據(jù)分級(jí)冗余存儲(chǔ)

為保證數(shù)據(jù)安全，所有數(shù)據(jù)都冗余存儲(chǔ)在智能終端和主站系統(tǒng)。同時(shí)考慮到系統(tǒng)資源的有效利用，所有的數(shù)據(jù)都分類采集、分類壓縮、分類同步。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)按實(shí)時(shí)表、24 h表、歷史表存儲(chǔ)，針對(duì)不同的信息（告警、狀態(tài)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）分類采集，采用不同的采集策略。告警信息、狀態(tài)信息、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)信息分類存儲(chǔ)，分類匯總。各站點(diǎn)獨(dú)自保存采集數(shù)據(jù)，狀態(tài)信息和告警數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯總到輔助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，歷史數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)信息定期與省輔助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行同步。輔助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可追溯查看變電站的采集數(shù)據(jù)。各變電站智能終端和輔助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均可獨(dú)立運(yùn)行，任何一端的故障不影響其他節(jié)點(diǎn)使用。如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)分類采集及存儲(chǔ)示意圖

2.4 基于角色的差異化應(yīng)用

針對(duì)用戶的工作職責(zé)和特點(diǎn)分別提供不同的用戶界面和應(yīng)用服務(wù)，系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的篩選及匯總，并且支持不同級(jí)別用戶操作不同的數(shù)據(jù)，獲取需要的信息。

（1）為運(yùn)行人員提供實(shí)時(shí)的、直觀的、全面的告警和故障信息；

（2）為檢修人員提供及時(shí)的設(shè)備缺陷和故障詳細(xì)信息，定位和判斷設(shè)備缺陷和故障的技術(shù)手段；

（3）為管理人員提供遠(yuǎn)程診斷、統(tǒng)計(jì)分析、專業(yè)評(píng)估、變化趨勢(shì)、對(duì)比分析等工具。為專職提供主設(shè)備健康狀況、公用系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的詳實(shí)數(shù)據(jù)；

（4）為行業(yè)專家提供遠(yuǎn)程診斷手段和專業(yè)分析工具。

不同角色可以設(shè)定特定的瀏覽權(quán)限，根據(jù)登錄情況只顯示該人員所管轄或關(guān)注的區(qū)域信息。也能根據(jù)用戶的專項(xiàng)需求（視頻監(jiān)控、門禁管理等）提供專項(xiàng)應(yīng)用服務(wù)。

2.5 開放式嵌入多種專業(yè)分析工具

原有的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已累積了一批專業(yè)分析工具，有些工具是針對(duì)廠家特定型號(hào)的設(shè)備，與設(shè)備直接交互進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和參數(shù)配置，有些工具是利用設(shè)備的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)估。這些工具均采用特定的算法和計(jì)算模型對(duì)設(shè)備進(jìn)行診斷和預(yù)判，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和專業(yè)性。系統(tǒng)作為開放式平臺(tái)，可以便捷地嵌入第三方專業(yè)分析工具，保證了現(xiàn)有專業(yè)分析工具的完全整合，又為新工具的嵌入提供了方便，具備良好的兼容性和擴(kuò)展性。系統(tǒng)嵌入各種專業(yè)分析工具，極大地豐富了系統(tǒng)分析工具的范圍和數(shù)量，增強(qiáng)了系統(tǒng)專業(yè)分析能力，為遠(yuǎn)程故障分析診斷、專業(yè)評(píng)估和預(yù)測(cè)提供了技術(shù)手段。專業(yè)分析工具的嵌入方式和工作流程如圖6所示。

圖6 專業(yè)分析工具的嵌入方式和工作流程示意圖

2.6 變電站輪詢運(yùn)行監(jiān)測(cè)

變電站輪詢采用圖形方式全面顯示某一變電站內(nèi)所有設(shè)備的主要運(yùn)行指標(biāo)、告警情況、設(shè)備運(yùn)行狀況等，以自動(dòng)輪換的方式顯示各站的運(yùn)行信息。輪詢的規(guī)則（變電站列表，按告警等級(jí)輪詢，按告警數(shù)量輪詢，間隔時(shí)間等）可配置。運(yùn)行人員可通過變電站輪詢完成變電站設(shè)備巡檢，通過圖形化的變電站設(shè)備圖及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常和告警。

2.7 以用戶為中心的信息推送與溯源

RIA技術(shù)突出客戶端的功能和用戶體驗(yàn)，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的快速發(fā)展，個(gè)人計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力已變得非常強(qiáng)大。系統(tǒng)采用Flex，Ext等RIA技術(shù)打造了類C/S應(yīng)用的用戶界面，為系統(tǒng)的使用者提供極大的方便，采用地理圖、設(shè)備分布圖等方式直觀展現(xiàn)，功能層級(jí)關(guān)聯(lián)，減少用戶操作次數(shù)。告警信息可通過彈出告警框、圖標(biāo)閃爍、短信通知、郵件通知等方式及時(shí)通知相關(guān)人員。通過系統(tǒng)自動(dòng)分析和設(shè)備主動(dòng)上送的告警發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行異常，并通過與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)關(guān)聯(lián)，追溯分析設(shè)備故障原因，降低故障處理周期，減少檢修成本。

3 系統(tǒng)集成方法的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)由變電站智能終端，輔助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。平臺(tái)之間信息共享，采用向上信息匯集，向下追溯查詢的機(jī)制；每個(gè)平臺(tái)都可以獨(dú)立運(yùn)行，平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)通過消息總線達(dá)到共享同步。每個(gè)平臺(tái)分為3層，表示層用于畫面顯示，服務(wù)層用于業(yè)務(wù)邏輯處理、數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)層用于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的保存。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)總體架構(gòu)

（1）客戶端：使用 Windows操作環(huán)境，IE瀏覽器6.0及以上。

（2）畫面層：UI MVC 模型 （Struts2.0）[Web Site]+EXT+Flex插件+Spring。

（3）服務(wù)層：使用Apache CXF開源SOA框架實(shí)現(xiàn)Web Service遠(yuǎn)程調(diào)用，服務(wù)的加載。

（4）設(shè)備ADP層：使用Java RXTX開發(fā)包，基于Javax comm包，支持RS232及RS485等多種通信接口。

（5）數(shù)據(jù)庫層：數(shù)據(jù)庫采用DB2和MySQL（變電站端采用輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫），和服務(wù)層之間的交互采用ibatis+jdbc o-r映射框架。

系統(tǒng)采用SOA框架構(gòu)建，所有的功能應(yīng)用均由服務(wù)組成。如表2所示。

表2 系統(tǒng)服務(wù)一覽簡(jiǎn)表

4 結(jié)束語

變電站在線監(jiān)測(cè)及輔助設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一集成方法適應(yīng)了“智能電網(wǎng)”構(gòu)建智能變電站的發(fā)展要求，解決了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分散、接入困難等問題，提高了對(duì)運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水平，為主設(shè)備健康狀況、公用系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的分析提供了詳實(shí)的數(shù)據(jù)，有利于變電站狀態(tài)檢修工作的全面深入開展。系統(tǒng)的建設(shè)符合了國(guó)家電網(wǎng)公司“三集五大”構(gòu)建大運(yùn)行、大生產(chǎn)體系的發(fā)展要求。繼續(xù)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行集中控制功能實(shí)施集約融合、統(tǒng)一管理；加強(qiáng)業(yè)務(wù)整合，按照專業(yè)化方向，推進(jìn)設(shè)備巡檢、維護(hù)、操作等一體化管理，提高檢修維護(hù)效率。

[1]吉亞民，謝林楓.江蘇電網(wǎng)電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)的研究[J].江蘇電機(jī)工程，2009，28（5）：36-38.

[2]鄭海雁，王紅星，孫世穩(wěn).關(guān)于變電站設(shè)備信息智能采集的研究[J].信息系統(tǒng)工程，2010（8）：143-144，132.