楊勁松，謝幸生，林韶文，陳 岸，王 凱

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局 廣東 中山528400）

電力設(shè)備狀態(tài)檢修智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊勁松，謝幸生，林韶文，陳 岸，王 凱

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局 廣東 中山528400）

為了滿足電力系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定性和安全性的需求，提出了電力設(shè)備狀態(tài)檢修智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。論文首先介紹了電力設(shè)備檢修的發(fā)展和需求，引出電力設(shè)備狀態(tài)檢修智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，然后對(duì)該系統(tǒng)的功能性需求和非功能性需求進(jìn)行了分析。在需求分析的基礎(chǔ)上對(duì)該系統(tǒng)的架構(gòu)、多客戶端等進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并給出了主要功能模塊的劃分和設(shè)計(jì)，最后給出了客戶端和數(shù)據(jù)采集等模塊的實(shí)現(xiàn)方式。理論和實(shí)踐表明，電力設(shè)備狀態(tài)檢修智能系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性和高安全性的特點(diǎn)，滿足設(shè)計(jì)的需求，達(dá)到了預(yù)期的研究目標(biāo)。

狀態(tài)設(shè)備檢修；智能系統(tǒng)；模塊劃分；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著經(jīng)濟(jì)和發(fā)展和科技水平的不斷提高，社會(huì)對(duì)能源的需求越來(lái)越大，電力作為能源的支柱需求量也在連年上升，這使得電力系統(tǒng)朝大容量、超高壓和跨區(qū)域的方向快速發(fā)展。隨著電力系統(tǒng)向復(fù)雜化發(fā)展的同時(shí)電力設(shè)備故障也在迅速增加，而復(fù)雜的電力系統(tǒng)對(duì)低故障率要求比以前更高，較小的故障都可能會(huì)引起大面積的斷電，給民眾的生活和工廠的運(yùn)行帶來(lái)很大的不便，也會(huì)給電力供應(yīng)公司帶來(lái)很大的損失［1］。因此，在電力系統(tǒng)更加復(fù)雜的今天，對(duì)電力設(shè)備的檢修系統(tǒng)要比以前更加完善。長(zhǎng)期以來(lái)電力部門(mén)都是通過(guò)期檢查和故障檢修兩者結(jié)合的方式來(lái)保證電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，這種檢修方式是建立在時(shí)間的基礎(chǔ)上的，然后按照規(guī)約和制度制定出相關(guān)的規(guī)劃區(qū)進(jìn)行檢修，檢修效率比較低而且比較浪費(fèi)人力物力資源。為了解決這個(gè)問(wèn)題，提出了“狀態(tài)檢修”的概念，狀態(tài)檢修依據(jù)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)而不是時(shí)間對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行判斷，對(duì)設(shè)備可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，并能快速的識(shí)別故障的原因，及時(shí)的提出檢修的決策，能最大限度的減少電力系統(tǒng)發(fā)生故障對(duì)生產(chǎn)和生活造成的影響，保證電力設(shè)備的安全性，給電網(wǎng)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［2］。然而隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的飛速發(fā)展，狀態(tài)檢修的判斷標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)數(shù)據(jù)也在飛速的擴(kuò)大，常規(guī)的狀態(tài)檢修系統(tǒng)在短時(shí)間處理大量的狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)顯得比較困難，因此需要建立建立與狀態(tài)檢修相適應(yīng)的信息管理平臺(tái)，使得故障診斷、狀態(tài)評(píng)價(jià)等功能系統(tǒng)能完善的處理狀態(tài)檢修中產(chǎn)生的大量的數(shù)據(jù)。因此，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的狀態(tài)檢修智能系統(tǒng)具有非常重大的現(xiàn)實(shí)意義。

相比于常規(guī)的狀態(tài)檢修系統(tǒng)，電力設(shè)備狀態(tài)檢修智能系統(tǒng)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：1）良好的拓展性。智能系統(tǒng)不僅支持超聲波等數(shù)據(jù)的處理，而且能拓展到光纖測(cè)溫、紅外感應(yīng)等試驗(yàn)數(shù)據(jù)的集成，擴(kuò)大了電力設(shè)備的檢修種類(lèi)。2）支持多客戶端接入，系統(tǒng)支持.Net客戶端和Web客戶端的接入，用戶可以通過(guò)任何設(shè)備查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。3）支持聯(lián)系人管理，數(shù)據(jù)共享，界面友好。相比于傳統(tǒng)的狀態(tài)檢修的控制平臺(tái)，智能系統(tǒng)的平臺(tái)更加人性化和智能化［3］。

1　系統(tǒng)的需求分析

1.1功能性需求分析

電力設(shè)備的狀態(tài)檢修智能系統(tǒng)基本模塊可以分為兩大類(lèi)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，設(shè)備前端采集數(shù)據(jù)，然后發(fā)送到智能平臺(tái)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能評(píng)估。系統(tǒng)的功能性需求主要從系統(tǒng)的操作者角度出發(fā)，采用用例驅(qū)動(dòng)需求分析的方法對(duì)功能性需求進(jìn)行描述，同時(shí)建立起用例模型。系統(tǒng)的功能性需求主要包括參與者識(shí)別、用例識(shí)別和兩者之間的關(guān)系識(shí)別3類(lèi)。1）參與者識(shí)別，參與者主要包括試驗(yàn)人員和部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)兩類(lèi)，參與者主要的工作是采集數(shù)據(jù)并保存、對(duì)聯(lián)系人和密碼等登錄限制進(jìn)行管理；部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)主要是數(shù)據(jù)分析結(jié)果，管理聯(lián)系人的權(quán)限［4］。2）用例識(shí)別，根據(jù)系統(tǒng)的需求，用例識(shí)別可以分為數(shù)據(jù)采集、用戶登錄、試驗(yàn)報(bào)告上傳下載、試驗(yàn)報(bào)告編輯審核、試驗(yàn)結(jié)果的共享和查看、設(shè)備的管理和狀態(tài)的分析等幾類(lèi)。3）參與者和用例的關(guān)系識(shí)別，參與者中試驗(yàn)人員的用例包括圖1所示的14項(xiàng)內(nèi)容。部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)的用例主要試驗(yàn)報(bào)告的下載、共享、聯(lián)系人管理等內(nèi)容。

圖1　試驗(yàn)人員用例圖

1.2系統(tǒng)非功能性需求

系統(tǒng)的非功能性需求主要是對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和特性進(jìn)行設(shè)計(jì)的需求。主要包括界面友好的需求、拓展性的需求和可維護(hù)性的需求。電力設(shè)備狀態(tài)檢修智能系統(tǒng)要求界面友好、易操作、簡(jiǎn)潔美觀，由于本系統(tǒng)自身具有良好的拓展性和可維護(hù)性，因此對(duì)這兩者的需求是建立在系統(tǒng)平臺(tái)層面的，不需要單獨(dú)考慮。

2　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù)概述

系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)主要有服務(wù)端實(shí)現(xiàn)、客戶端實(shí)現(xiàn)和云端實(shí)現(xiàn)，服務(wù)端實(shí)現(xiàn)主要有Struts2框架、Spring框2架和Hibernate框架，客戶端主要有MVVM框架和Ajax框架，云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)主要是有Openstack框架［5］。Openstack是一個(gè)開(kāi)源的云平臺(tái)管理項(xiàng)目，主要包括Nova、Swift、Glance 3大模塊，這3個(gè)模塊既可以獨(dú)立工作，分別提供虛擬化、云存儲(chǔ)和鏡像服務(wù)，也可以聯(lián)合在一起進(jìn)行工作，為平臺(tái)帶來(lái)良好的可拓展性。圖2是Openstack服務(wù)關(guān)系圖。

圖2　Openstack服務(wù)關(guān)系圖

2.2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)包括PC、智能手機(jī)登客戶端設(shè)備，也包括負(fù)載均衡器和應(yīng)用服務(wù)器等服務(wù)端設(shè)備。服務(wù)端設(shè)備部署在電力部門(mén)的內(nèi)網(wǎng)，客戶端設(shè)備通過(guò)Http協(xié)議與服務(wù)端進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)的交互過(guò)程。服務(wù)端設(shè)備還完成對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)［6］。

2）系統(tǒng)體系架構(gòu)

該架構(gòu)服務(wù)端結(jié)合了Spring、Struts2等框架、客戶端分別由MVVM模式和Ajax框架來(lái)實(shí)現(xiàn)，并結(jié)合這些框架的優(yōu)點(diǎn)，來(lái)完成Java EE多層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。Java EE多層次結(jié)構(gòu)主要包括客戶層、表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)持久層四個(gè)層次。在電力設(shè)備狀態(tài)檢修智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，客戶層負(fù)責(zé)與用戶交互，表現(xiàn)層在系統(tǒng)中起主要的控制作用，主要實(shí)現(xiàn)在服務(wù)端收發(fā)數(shù)據(jù)的功能。業(yè)務(wù)邏輯層對(duì)基于系統(tǒng)自身業(yè)務(wù)抽象出來(lái)的基本業(yè)務(wù)進(jìn)行處理，向上提供與表現(xiàn)層交互的接口，向下則調(diào)用數(shù)據(jù)持久層的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)持久層是直接和數(shù)據(jù)交互的部分，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的持久化，向上提供了調(diào)用數(shù)據(jù)的接口，向下屏蔽了數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)部設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)，保證數(shù)據(jù)的安全性。

2.3多客戶端設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由客戶端和服務(wù)端構(gòu)成，圖2是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，客戶端和服務(wù)端之間用Http進(jìn)行通信，多客戶端支持主要實(shí)現(xiàn)的功能是只要介入設(shè)備支持Http通信，就可以與系統(tǒng)服務(wù)端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互［7］。

圖3　智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1）.Net客戶端設(shè)計(jì)

.Net客戶端主要是試驗(yàn)人員用來(lái)與服務(wù)端系統(tǒng)進(jìn)行交互，不僅包括數(shù)據(jù)的上傳下載。審核編輯等功能，還要對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，需要實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)邏輯比較多，需要采用專(zhuān)用的客戶端。.Net客戶端主要的功能模塊有用戶登錄、試驗(yàn)報(bào)告編輯、試驗(yàn)報(bào)告瀏覽、設(shè)備狀態(tài)分析、設(shè)備管理、聯(lián)系人管理和個(gè)人信息維護(hù)等幾項(xiàng)。

2）.Web客戶端設(shè)計(jì)

.Web客戶端屬于輕量級(jí)的客戶端，主要用來(lái)展示、查詢(xún)、瀏覽和資料共享等，主要功能包括網(wǎng)站介紹、用戶登錄、資料下載和設(shè)備狀態(tài)分析結(jié)果展示等。.Web客戶端也可以同步顯示.Net客戶端分析過(guò)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)客戶端的互聯(lián)［8］。

2.4系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計(jì)

1）試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集模塊

電力設(shè)備狀態(tài)檢修智能系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集部分主要是通過(guò)電纜振蕩波局放測(cè)試來(lái)實(shí)現(xiàn)的，圖4是振蕩波局放采集裝置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

圖4　振蕩波局放采集裝置網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

振蕩波局放數(shù)據(jù)采集主要實(shí)現(xiàn)電纜測(cè)距信號(hào)采集、校準(zhǔn)信號(hào)采集、振蕩波和局放通信、網(wǎng)絡(luò)通信等四個(gè)子功能模塊。

2）試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊

采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存在上位機(jī)上，然后通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸渠道送到后臺(tái)進(jìn)一步處理，同時(shí)還要保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)能持久的保存在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，另一方面，后臺(tái)處理過(guò)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要能快速穩(wěn)定的返回到上位機(jī)，可以讓不同客戶端進(jìn)行訪問(wèn)。

3）客戶端模塊

客戶端模塊不僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)交互等過(guò)程，還需要負(fù)責(zé)客戶端的安裝和卸載，其中安裝模塊主要包括對(duì)EPCBM軟件運(yùn)行環(huán)境的檢測(cè)，下載和安裝、快捷方式的創(chuàng)建，而卸載模塊主要完成對(duì)EPCBM運(yùn)行文件和快捷方式的刪除。圖5是.Net客戶端安裝功能模塊圖。

圖5　.Net客戶端安裝功能模塊圖

2.5系統(tǒng)工作流程

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完成后，然后通過(guò)Http將數(shù)據(jù)傳送到后臺(tái)服務(wù)器存儲(chǔ)，隨后進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)備管理和報(bào)告管理。上傳的試驗(yàn)報(bào)告要進(jìn)行狀態(tài)分析，然后用智能模型對(duì)試驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行智能評(píng)價(jià)，得到設(shè)備的狀態(tài)結(jié)果，對(duì)應(yīng)分析出設(shè)備的健康狀態(tài)信息統(tǒng)計(jì)圖等，圖6是智能系統(tǒng)工作流程圖。

圖6　智能系統(tǒng)工作流程圖

3　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)主要有兩層來(lái)完成，包括底層通信層和頂層業(yè)務(wù)層，底層通信層主要完成對(duì)數(shù)據(jù)包的解析，頂層業(yè)務(wù)層在獲得數(shù)據(jù)包的內(nèi)容后，完成電纜長(zhǎng)度的測(cè)試、局部放電的校準(zhǔn)和局部放電信號(hào)的測(cè)量，然后將數(shù)據(jù)傳到通信層，再發(fā)送回客戶端。圖7是振蕩波局放數(shù)據(jù)采集軟件架構(gòu)。

圖7　振蕩波局放數(shù)據(jù)采集軟件架構(gòu)

3.2數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)包括應(yīng)用協(xié)議的設(shè)計(jì)，應(yīng)用協(xié)議結(jié)構(gòu)和通信流程的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用協(xié)議的實(shí)現(xiàn)3個(gè)過(guò)程，最重要的是應(yīng)用協(xié)議和通信流程的實(shí)現(xiàn)，圖8是應(yīng)用協(xié)議結(jié)構(gòu)域通信流程圖。

圖8　應(yīng)用協(xié)議結(jié)構(gòu)域通信流程圖

在全數(shù)字仿真前，用MATLAB中的Simulink工具箱建立大型民用飛機(jī)自動(dòng)剎車(chē)控制系統(tǒng)半物理仿真平臺(tái)的軟件系統(tǒng)，然后建立半物理仿真的驗(yàn)證平臺(tái)，圖3是自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)半物理仿真驗(yàn)證平臺(tái)。

4　結(jié)　論

由于傳統(tǒng)的電力設(shè)備狀態(tài)檢修系統(tǒng)集成度較低，對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力等不能滿足越來(lái)越復(fù)雜的電力網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上提出的電力設(shè)備狀態(tài)檢修智能系統(tǒng)能很好的滿足現(xiàn)代電力網(wǎng)絡(luò)對(duì)穩(wěn)定性和安全性的需求，論文在分析了現(xiàn)代電力網(wǎng)絡(luò)需求的基礎(chǔ)上，給出了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采用的軟件技術(shù)，對(duì)多客戶端和主要的功能模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分析了數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)饶K的特點(diǎn)，給出了智能系統(tǒng)的工作流程。最后對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)檢修智能系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。理論和實(shí)際應(yīng)用表明，電力設(shè)備狀態(tài)檢修智能系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性和安全性，對(duì)保證我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

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Design and im plementation of intelligent system for power equipment condition based on maintenance

YANG Jin-song，XIE Xing-sheng，LIN Shao-wen，CHEN An，WANG Kai
（GPGC Zhongshan Bureau，Zhongshan 528400，China）

In order tomeet the demand of power system to stability and security，the design of intelligent system for power equipment condition based maintenance is proposed.Firstly，the paper introduces the development and demand of electric power equipmentmaintenance,and then introduces the design of the intelligent system of power equipment condition based maintenance,and then analyzes the functional requirements and non functional requirements of the system.Based on the requirementanalysis，the architecture of the system is designed，and the design of themain functionalmodules is given.The implementationmethods of the clientand data acquisitionmodules are given.The theory and practice show that the intelligent system ofpowerequipmentcondition basedmaintenance has the characteristicsofhigh stability and high security.

condition equipmentmaintenance；intelligent system；module partition；design and implementation

TM933.4

A

1674-6236（2016）19-0057-03

2015-09-21稿件編號(hào)：201509142

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局（K-GD2014-1064）

楊勁松（1980—），男，土家族，湖南鳳凰人，工程師。研究方向：電力系統(tǒng)技術(shù)管理。