劉 錦，顧加強

( 江西經(jīng)濟管理干部學(xué)院信息工程系，江西 南昌 330088)

0 引 言

電力是國家的命脈所在，關(guān)系到社會的穩(wěn)定和發(fā)展，輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分，提高輸電線路的運行維護質(zhì)量，對確保電網(wǎng)的穩(wěn)定工作具有重要意義［1］。對輸電線路進行監(jiān)測和檢修，作為電力設(shè)備維護工作的一部分，對保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行起著舉足輕重的作用［2］。做好輸電設(shè)備的監(jiān)測工作，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患并及時予以排除，使其始終以良好的狀態(tài)投入運行具有重要的意義，尤其是電力系統(tǒng)向高電壓、大容量、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的今天，其重要性尤為突出［3］。

早在20 世紀(jì)50 年代初，我國就在發(fā)電廠和供電部門推行了設(shè)備的定期檢修制度，這是一種以時間周期為基礎(chǔ)的定期檢修制度。這種檢修方式的周期、實施方法等都是建立在傳統(tǒng)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上的，對設(shè)備的質(zhì)量、運行環(huán)境、性能狀態(tài)的差異性考慮不全，工作教條死板，存在著檢修周期短、設(shè)備停用次數(shù)多、檢修費用高、檢修工作量大、供電可靠性下降等問題［4］。隨著電力工業(yè)不斷的發(fā)展和我國智能電網(wǎng)的建設(shè)，這種檢修模式已越來越不能適應(yīng)大電網(wǎng)、高電壓、高參數(shù)、高自動化的我國電力系統(tǒng)的需求［5］。因而，如何確保大規(guī)模、大容量、高電壓電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行是電網(wǎng)面臨的頭號挑戰(zhàn)［6］。在電網(wǎng)的輸電環(huán)節(jié)實現(xiàn)輸電線路管理的智能化將是保障智能電網(wǎng)安全運行的重要手段，通過對輸電線路運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，實施對輸電線路運行狀態(tài)的信息化、自動化管理，從而預(yù)防和減少停、斷電等事故的發(fā)生，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性和可靠性［7］。

目前，輸電線路在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)發(fā)展迅速，國內(nèi)的一些科研院所和企業(yè)在輸電線路在線監(jiān)測方面已經(jīng)進行了一些研究，實施了個別項目，如:輸電線路絕緣子污穢在線監(jiān)測、輸電線路覆冰雪在線監(jiān)測等，但均為單一功能監(jiān)測項目，缺乏具有多項功能的輸電線路綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)。本文設(shè)計開發(fā)一個功能較為完善的輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以及時準(zhǔn)確地監(jiān)測輸電線路運行狀態(tài)的變化，將現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)測中心，并以多種形式顯示出來，使監(jiān)控中心運行人員及時掌握輸電線路的運行狀態(tài)，實現(xiàn)對輸電線路的實時監(jiān)控。

1 系統(tǒng)分析

1.1 監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

整個監(jiān)測系統(tǒng)由安裝在現(xiàn)場的多功能監(jiān)測基站和監(jiān)測中心軟、硬件組成?，F(xiàn)場多功能監(jiān)測基站安裝在高壓輸電線路的桿塔上，由太陽能供電系統(tǒng)供電，采集現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，并通過無線通信系統(tǒng)將處理過的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)測中心;監(jiān)測中心是整個系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)與現(xiàn)場多功能監(jiān)測基站的通訊，通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)(如風(fēng)速、風(fēng)向、振動、導(dǎo)線溫度等數(shù)據(jù))進行處理后提交給主數(shù)據(jù)庫［8］，通過本系統(tǒng)管理監(jiān)測信息，并向系統(tǒng)用戶提供各種應(yīng)用服務(wù)。整個監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

1.2 系統(tǒng)需求規(guī)格

(1)將現(xiàn)場實時監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行后端存儲、前端展示(以組態(tài)圖、曲線圖、詳細(xì)數(shù)據(jù)等顯示出來)，并對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，將結(jié)果以報表等形式顯示出來，且能對設(shè)備的異常運行狀態(tài)給予報警提示。

(2)實現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能，主要包括輸電線路信息管理、在線監(jiān)測設(shè)備管理、臺帳信息管理、在線監(jiān)測管理、數(shù)據(jù)分析管理、統(tǒng)計報表管理、狀態(tài)評估管理等功能。

(3)實現(xiàn)系統(tǒng)的運行維護管理，主要包括系統(tǒng)管理、用戶管理、權(quán)限管理等。

(4)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)滿足實時性、可維護性、可恢復(fù)性、支持并發(fā)操作等要求。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)需要實現(xiàn)對現(xiàn)場采集、傳回的數(shù)據(jù)進行圖形化的展示和分析，并根據(jù)相關(guān)輸電設(shè)備運行狀態(tài)評估準(zhǔn)則對設(shè)備運行中的異常情況進行預(yù)警和報警，實現(xiàn)監(jiān)測的自動化和智能化，保證輸電線路安全正常的運行。

根據(jù)電力系統(tǒng)現(xiàn)行的機構(gòu)設(shè)置和模式，充分考慮電力系統(tǒng)在管理和業(yè)務(wù)等方面的特殊要求，以及系統(tǒng)日后擴展的需要，本系統(tǒng)采用B/S 模式，基于企業(yè)級應(yīng)用開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)J2EE，使用JSP 技術(shù)進行開發(fā)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

(1)用戶交互層。普通頁面(包括表單頁面、列表頁面等)一般都是JSP(返回到客戶端為普通的HTML 頁面)頁面。圖表頁面(含組態(tài)圖、曲線圖)中嵌入了Flash，這部分動畫效果利用了開源的Fusion-Charts 實現(xiàn)［9］。Flash 圖表所需的數(shù)據(jù)通過JSP 查詢，以XML方式返回。例如，導(dǎo)線溫度監(jiān)測子系統(tǒng)借助FusionCharts 將實時監(jiān)測到的導(dǎo)線運行溫度以Flash 動畫形式的組態(tài)圖的方式展現(xiàn)給用戶［10］。部分圖表(某些組態(tài)圖、舞動二維曲線等)采用服務(wù)端直接生成圖片的方式。例如，通過對輸電線路的舞動監(jiān)測，可以將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)用二維曲線圖(即舞動位移曲線軌跡圖)顯示出來，該圖使用JFreeChart 組件生成。舞動3D 曲線，采用了Java 3D 技術(shù)，這部分基于Java Applet 實現(xiàn)。JavaScript框架，通過DHTMLX開源包實現(xiàn)菜單樹、頁簽、彈出窗口等效果。另外，通過其他JavaScript 函數(shù)庫實現(xiàn)日期控件、表單驗證、分級列表聯(lián)動加載等功能。

(2)應(yīng)用邏輯層。數(shù)據(jù)提交通過XML 對數(shù)據(jù)提交動作進行定義，然后在Servlet 當(dāng)中轉(zhuǎn)化為對相應(yīng)數(shù)據(jù)對象的操作語句;數(shù)據(jù)查詢通過數(shù)據(jù)查詢類DataReader 實現(xiàn)，通過定義表名、過濾條件、排序條件、頁碼等，內(nèi)部生成查詢語句，返回查詢結(jié)果。

(3)系統(tǒng)支撐層。系統(tǒng)支持層主要包括應(yīng)用服務(wù)器、JRE、Oracle 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

老陳居然沒去注意我?guī)サ哪莻€紙盒，錄音機正在播放《四郎探母》，音量似乎開到了最大。錄音機的喇叭刺啦刺啦響，而老陳并不在意。于魁智的嗓音洪亮，行腔流暢，字字入耳。

客戶端使用通用的Web 瀏覽器(如IE、Firefox)，由Flash Player 插件和運行Java Applet的JDK 構(gòu)成。Web 服務(wù)器負(fù)責(zé)接收客戶端的服務(wù)請求，從數(shù)據(jù)服務(wù)器取得數(shù)據(jù)后進行分析、運算，并把相應(yīng)的結(jié)果返回給客戶端。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲、訪問、管理和維護。

2.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

基于對系統(tǒng)用戶的需求分析，考慮到輸電線路在線監(jiān)測管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)涉及面廣、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)復(fù)雜、數(shù)據(jù)對實時性要求較高等特性，本系統(tǒng)采用Oracle 作為數(shù)據(jù)庫開發(fā)和管理的工具［11］。本系統(tǒng)大致分為:在線監(jiān)測模塊、設(shè)備臺帳管理模塊、評估數(shù)據(jù)模塊、狀態(tài)評估模塊、狀態(tài)分析模塊、報警管理模塊、專家知識庫模塊、統(tǒng)計報表模塊及系統(tǒng)管理模塊。系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示。

(1)在線監(jiān)測。本模塊是監(jiān)控中心核心功能的體現(xiàn)，它對實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)(導(dǎo)線溫度、弧垂監(jiān)測、桿塔斜度、導(dǎo)線舞動、導(dǎo)線風(fēng)偏、導(dǎo)線覆冰、微風(fēng)振動、氣象環(huán)境、絕緣子泄露電流、絕緣子風(fēng)偏、絕緣子污穢度)進行分析，并將結(jié)果通過組態(tài)圖、曲線圖及報表等形式展現(xiàn)出來，使監(jiān)控人員掌握線路的實時運行情況。

(2)設(shè)備臺賬。實現(xiàn)對輸電線路所有運行設(shè)備(包括臺賬信息、監(jiān)測設(shè)備、備品備件及線路信息)的維護。

(3)評估數(shù)據(jù)。是現(xiàn)場工作人員對輸電線路進行日常巡視、檢測、檢修情況的原始數(shù)據(jù)的記錄。

(4)狀態(tài)評估。根據(jù)評估數(shù)據(jù)模塊獲得的數(shù)據(jù)對線路單元及設(shè)備整體狀態(tài)進行評估。

圖3 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖

(5)狀態(tài)分析。對在線監(jiān)測線路中的導(dǎo)線溫度、覆冰厚度、導(dǎo)線疲勞壽命、桿塔傾斜、絕緣子鹽密在未來一個小時內(nèi)的情況進行預(yù)測，產(chǎn)生的預(yù)測數(shù)據(jù)以曲線圖和詳細(xì)數(shù)據(jù)列表的方式顯示出來。

(6)報警管理。對在線監(jiān)測得到數(shù)據(jù)中的超標(biāo)值進行提示、預(yù)警、報警，以便管理人員及時處理。

(7)專家知識庫。它是系統(tǒng)數(shù)據(jù)校驗的基礎(chǔ)，為輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)報警管理、統(tǒng)計分析等模塊提供標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)。據(jù)此對監(jiān)測報警的情況分為:提示、預(yù)警、報警，同時，也會根據(jù)專家知識庫的意見給出問題的相應(yīng)解決方案。

(8)統(tǒng)計報表。對所有監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并以報表的形式展現(xiàn)出來。

(9)系統(tǒng)管理。包括系統(tǒng)的角色管理，使用者的基本信息管理，對使用者系統(tǒng)權(quán)限的分配與控制等功能。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)訪問方式

本系統(tǒng)是一個基于J2EE的Web 應(yīng)用系統(tǒng)，為了簡化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)提交和數(shù)據(jù)查詢的處理，本系統(tǒng)采用基于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫連接池實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問的方式。

數(shù)據(jù)訪問中用到的主要技術(shù)包括:

(1)數(shù)據(jù)提交。先進行action 定義，以XML的方式描述每個數(shù)據(jù)提交的過程，同時在XML中描述每項參數(shù)的獲取方式。當(dāng)用戶提交表單時，請求首先傳遞到SubmitServlet，由SubmitServlet 根據(jù)action的定義結(jié)合提交的數(shù)據(jù)還原出SQL 語句提交到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器執(zhí)行。

一個action 代表用戶的一次提交請求，也可以看成是一個數(shù)據(jù)庫事務(wù)，它由若干條語句組成，所有的action 定義都放在一個文件夾下，action的名字與文件名保持一致，action 定義文件是一個規(guī)范的xml 文檔，如:

文檔根節(jié)點為statements，statements 節(jié)點包含一個屬性redirect，用以說明本次提交完成后跳轉(zhuǎn)到的目標(biāo)頁面。語句是action 定義文檔中statements的下級節(jié)點。各語句的繼承關(guān)系如圖4所示。

圖4 action 定義中各語句的繼承關(guān)系

每個語句包含一些基本屬性和子節(jié)點?；緦傩园╰ablename(當(dāng)前語句操作的表名)、loopkey(當(dāng)前語句的循環(huán)計數(shù)器)、source(指定數(shù)據(jù)復(fù)制的來源表)等，子節(jié)點包括fieldlist(指定語句所涉及的列或存儲過程輸入?yún)?shù))、filter(指定語句操作的范圍，實現(xiàn)對行的過濾)、condition(語句執(zhí)行前提)等。

(2)數(shù)據(jù)查詢。基于DataReader 類，定制出查詢的表名、字段列、查詢條件和排序條件等，組合select語句提交到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器執(zhí)行并返回相應(yīng)結(jié)果。針對B/S 系統(tǒng)的特點，查詢重點考慮了數(shù)據(jù)分頁處理的問題，用戶可以自定義查詢每頁返回的數(shù)據(jù)條數(shù)和當(dāng)前頁碼等。DataReader 會獲得查詢到的實際記錄條數(shù)并計算出總頁數(shù)。

3.2 Web 頁面的實現(xiàn)

返回到客戶端的最終頁面，包括表單頁面、列表頁面、圖表頁面等頁面，主要采用的是JSP 技術(shù)得到的HTML 頁面［12］。例如，在線監(jiān)測模塊的輸電線路弧垂監(jiān)測子模塊能對實時監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行分析，并通過組態(tài)圖的形式將線路弧垂的變化反映出來，便于電網(wǎng)調(diào)度和管理人員動態(tài)調(diào)整輸電線路熱穩(wěn)定負(fù)載，最大限度地發(fā)揮輸電線路輸送能力，提高電網(wǎng)運行效率。線路弧垂值顯示頁面代碼huchui_zutaitu.jsp 如下:

例如，弧垂當(dāng)前值小于弧垂參考值就顯示huchui_shang.gif(圖5)。

圖5 huchui_shang.gif

其他Web 頁面的實現(xiàn)由于篇幅原因就不一一介紹了。

4 結(jié)束語

為了實現(xiàn)對輸電線路運行狀態(tài)進行監(jiān)測，電力部門在一些輸電設(shè)備上安裝了線路現(xiàn)場監(jiān)測基站，實現(xiàn)了多傳感器、多參數(shù)的數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程通訊，從而獲得輸電線路的實時監(jiān)測信息［13］，但是這些信息如何顯示在工作人員的眼前，這正是本系統(tǒng)解決的一個重要問題。本系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行前端展示、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、模型分析、報警處理等功能，還實現(xiàn)了對輸電設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備等設(shè)備的管理功能。通過本系統(tǒng)，利用互聯(lián)網(wǎng)，使用Web 瀏覽器，工作人員可以在任何地方、任何時間對輸電線路進行監(jiān)測和管理。隨著我國工業(yè)化建設(shè)步伐的加快，用電設(shè)備的不斷增加，輸電線路的負(fù)載量也在逐步增加，因此，運用先進的計算機、通信等技術(shù)對輸電線路進行在線監(jiān)測才能滿足我國不斷發(fā)展的電力系統(tǒng)運維管理的需求，從而及時預(yù)防和減少事故的發(fā)生，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性和可靠性［14］。

［1］姚楠，周橋.基于GPS/GIS 技術(shù)的輸電線路運行檢修管理系統(tǒng)建設(shè)［M］.鄭州:黃河水利出版社，2010:7-11.

［2］北極星電力網(wǎng)新聞中心.輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng) 立鴻鵠之志 造電網(wǎng)瑰寶［DB/OL］.http://news.bjx.com.cn/html/20111130/326672.shtml，2011-11-30.

［3］百度文庫.全國輸電線路狀態(tài)檢修及在線監(jiān)測裝置應(yīng)用及開展情況調(diào)研與分析［DB/OL］.http://wenku.baidu.com/view/821027eb19e8b8f67c1cb992.html，2010-10-29.

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［5］劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2010:12-16.

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［9］楊凱.利用FusionCharts 組件制作動態(tài)Web 統(tǒng)計圖表［J］.微電腦世界，2009(7):94-95.

［10］邢蕊.首都電網(wǎng)輸電線路監(jiān)測平臺建設(shè)與應(yīng)用［D］.保定:華北電力大學(xué)，2011.

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［14］楊柳.電網(wǎng)建設(shè)項目社會經(jīng)濟影響評價研究［M］.保定:華北電力大學(xué)，2005.