變配電所電力試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

忻一健

針對(duì)變配電所電力試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)管理系統(tǒng)相關(guān)問題，重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)，做了簡(jiǎn)單的論述。自動(dòng)檢測(cè)管理系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化管控以及故障檢測(cè)預(yù)警，對(duì)確保變配電系統(tǒng)安全運(yùn)行，有著積極的幫助。自動(dòng)檢測(cè)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括電力繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)、數(shù)字信息處理系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著重要的作用。

【關(guān)鍵詞】變配電所 電力試驗(yàn) 自動(dòng)檢測(cè) 管理系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)變配電所電力試驗(yàn)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，使得變配電所電力試驗(yàn)發(fā)生了極大的改變，自動(dòng)化管理系統(tǒng)以及一體化監(jiān)控系統(tǒng)等，被廣泛的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)電力試驗(yàn)集中開展，對(duì)變配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行集中評(píng)估，提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性以及可靠性，有著積極的作用。

1 電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國(guó)電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)過檢測(cè)技術(shù)中，部分技術(shù)與方法能夠達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，比如調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)整體檢測(cè)與評(píng)估方法，以及多元閉環(huán)擾動(dòng)環(huán)境模擬技術(shù)等，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)檢測(cè)以及評(píng)估，使得電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及可靠性，得以極大的提升。由中國(guó)電力科學(xué)研究院承擔(dān)，進(jìn)行的電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)檢測(cè)以及評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用項(xiàng)目，提出了基于電網(wǎng)全斷面數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的閉環(huán)擾動(dòng)系統(tǒng)，以及標(biāo)準(zhǔn)互操作測(cè)試平臺(tái)等，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)集中評(píng)估。

2 自動(dòng)檢測(cè)管理系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成，主要包括PW系列微機(jī)型繼電保護(hù)裝置、繼電器檢測(cè)模塊。利用繼電保護(hù)裝置，利用檢測(cè)技術(shù)以及數(shù)字處理技術(shù)，具有較強(qiáng)的測(cè)試能力，便于測(cè)試的開展。通信終端通過接口與測(cè)試儀，實(shí)現(xiàn)連接通信，利用軟件和測(cè)試儀通訊，可以實(shí)現(xiàn)指令發(fā)送與接收，利用自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)所搜集的數(shù)據(jù)信息，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，進(jìn)行分析與評(píng)估，并且生成試驗(yàn)報(bào)告。測(cè)試儀可以接收終端設(shè)備（用戶控制中心）所發(fā)出的指令，來檢測(cè)繼電器性能指標(biāo)，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)算并且評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果，通過通道將數(shù)據(jù)傳送到控制中心。自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)對(duì)象自動(dòng)測(cè)試，包括電流、返回值、整組時(shí)間等，同時(shí)生成試驗(yàn)報(bào)告。

2.2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

2.2.1 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

電力試驗(yàn)自動(dòng)化檢測(cè)管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)構(gòu)成，主要包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，使得更多的智能設(shè)備與系統(tǒng)被應(yīng)用到變配電系統(tǒng)中，在實(shí)際運(yùn)行的過程中，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息量較大，原有的管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)難以滿足發(fā)展的需求，而基于大數(shù)據(jù)的海量數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)運(yùn)而生，在電力企業(yè)數(shù)據(jù)綜合治理方面被廣泛的應(yīng)用，譬如：某電力企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典一致率能夠達(dá)到100%，SG-CIM模型的遵從度已經(jīng)能夠達(dá)到100%，而且空置率為0%，極大程度上提高了電力數(shù)據(jù)綜合治理工作，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)融合，提供了極大的便利。

2.2.2 基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)功能

基于云計(jì)算技術(shù)的變配電數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，主要由云計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)層以及虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施層構(gòu)成。

（1）云計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)層。主要功能包括數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與數(shù)據(jù)分析、分布式數(shù)據(jù)管理與處理、分布式文件系統(tǒng)、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器集群、Web服務(wù)器。

（2）虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施層。主要是由虛擬機(jī)、虛擬機(jī)監(jiān)視器、虛擬化平臺(tái)等構(gòu)成，能夠?qū)嵄O(jiān)控與管理等功能。在云計(jì)算層，利用虛擬機(jī)，來構(gòu)建Web服務(wù)器集群以及數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器集群，為數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建運(yùn)行環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以及數(shù)據(jù)分析與評(píng)估，為數(shù)據(jù)挖掘以及輔助決策等業(yè)務(wù)，提供分布式計(jì)算環(huán)境，為電力試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)管理，提供設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)以及性能評(píng)估等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成與共享。

2.2.3 數(shù)據(jù)中心平臺(tái)構(gòu)建

基于變配電所電力試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)管理需求，利用電力數(shù)據(jù)中心云計(jì)算平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)信息可靠存儲(chǔ)，譬如：基于Hadoop的數(shù)據(jù)中心云計(jì)算平臺(tái)，采取主從架構(gòu)模式，選擇某個(gè)虛擬化服務(wù)器集群，作為主節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)則作為從節(jié)點(diǎn)；采用MapReduce，作為編程模型以及計(jì)算框架，進(jìn)行海量數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)Υ笠?guī)模數(shù)據(jù)，進(jìn)行集成操作，通過分解與匯總方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘以及輔助決策，HBase是分布數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)；基于SQL的HiveQL，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集分析以及快速查詢。

2.2.4 應(yīng)用流程

基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)室人員可以利用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，將各科室數(shù)據(jù)進(jìn)行整體與融合，進(jìn)行統(tǒng)一管理。電力檢驗(yàn)室人員相關(guān)數(shù)據(jù)，比如采集信息與記錄數(shù)據(jù)等進(jìn)行匯總，上報(bào)給數(shù)據(jù)管理中心，各科室之間均可以隨時(shí)查詢相關(guān)數(shù)據(jù)信息，以及時(shí)獲取所需數(shù)據(jù)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作的過程中，需要獲得訪問權(quán)限后，輸入登陸賬號(hào)與密碼，才可以進(jìn)行相關(guān)操作，這也是現(xiàn)代化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)保護(hù)數(shù)據(jù)安全的重要措施?；陔娏υ囼?yàn)所的業(yè)務(wù)需求，其服務(wù)器中心數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程如圖1所示，現(xiàn)階段電力試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)流程更為靈活，數(shù)據(jù)信息共享程度較高，服務(wù)器中心數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)下達(dá)指令，比如委托書、檢測(cè)計(jì)劃、下達(dá)任務(wù)，檢測(cè)各科室本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器中心數(shù)據(jù)庫(kù)，而各科室也可以基于需求，在數(shù)據(jù)系統(tǒng)功能模塊中，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，如圖1所示。

2.3 軟件實(shí)現(xiàn)

變配電所電力試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)管理系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)處理程序，采取模塊化開發(fā)模式，具備擴(kuò)展性與升級(jí)力。電力試驗(yàn)所數(shù)據(jù)處理較為簡(jiǎn)單，將數(shù)據(jù)信息傳送到儀表實(shí)驗(yàn)室以及高壓試驗(yàn)室等模塊，負(fù)責(zé)收錄各實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)數(shù)據(jù)以及試驗(yàn)記錄，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄信息與保存，同時(shí)還可以進(jìn)行修改與打印，試驗(yàn)結(jié)果可以從窗口顯示出來，利用打印機(jī)可以打印資料。數(shù)據(jù)維護(hù)程序分為新數(shù)據(jù)生成模塊、備份模塊、恢復(fù)模塊等，除此之外還包括圖形管理模塊與質(zhì)量管理模塊等。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可以在實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)程序化與規(guī)范化管理，以及數(shù)據(jù)采集與匯總分析等功能。

3 自動(dòng)檢測(cè)管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 電力繼電保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)

電力行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的繼電保護(hù)測(cè)試發(fā)展在于自動(dòng)測(cè)試，采取電力電子技術(shù)與微電子技術(shù)等，結(jié)合運(yùn)用自動(dòng)控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)電力繼電保護(hù)測(cè)試。在實(shí)際檢測(cè)工作中，多使用繼電保護(hù)測(cè)試儀，比如JBC-03繼電保護(hù)測(cè)試儀器，運(yùn)用微電腦技術(shù)，借助單片機(jī)、顯示器、打印機(jī)與時(shí)鐘、邏輯控制單元等的功能，能夠確保檢測(cè)的精度性，避免重復(fù)檢測(cè)，是繼電保護(hù)裝置常用的檢驗(yàn)儀器，可以檢查繼電器的釋放電壓值以及吸合電壓值等，并且具備測(cè)試結(jié)果打印功能。

3.2 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)

變配電所電力試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)管理系統(tǒng)，其數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，主要是由DSP+FPGA。DSP數(shù)字處理技術(shù)，通過DSP芯片，進(jìn)行信號(hào)處理。DSP芯片被廣泛的應(yīng)用于電力試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)作業(yè)中，對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)處理，發(fā)揮著積極的作用，是計(jì)算機(jī)專用芯片。自動(dòng)檢測(cè)管理系統(tǒng)中的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，所使用的DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，多與FPGA相互結(jié)合運(yùn)用，F(xiàn)PGA也就是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，是基于PAL與GAL等可編程器件，作為專用集成電路，能夠解決定制電路所存在的問題，克服其它可編程門的缺點(diǎn)，比如電路數(shù)有限問題。

3.3 編程技術(shù)

變配電所電力試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，多利用Windows 2000 SERVER平臺(tái)，SYBASE作為數(shù)據(jù)庫(kù)，使用PB6.5作為開發(fā)語言在。Windows 2000 SERVER可以作為中小型網(wǎng)絡(luò)，適合工作組以及部門服務(wù)器，通過管理工作組以及部門服務(wù)組等，可以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍。SYBASE數(shù)據(jù)庫(kù)，是基于Internet計(jì)算環(huán)境，不僅改變了信息管理方式，也改變了訪問方式。而且SYBASE作為多媒體數(shù)據(jù)，可以支持Web高級(jí)應(yīng)用，同時(shí)能夠滿足負(fù)載需求，是集成式Web信息管理工具。

4 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)-以電路檢測(cè)為例

電力試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用邏輯電路檢測(cè)設(shè)備，不僅能夠提高查線排錯(cuò)的效率，以及電路檢測(cè)工作效率。將電氣線路作為邏輯線路，進(jìn)行多路檢查，需要檢測(cè)系統(tǒng)具備邏輯關(guān)系描述能力。

4.1 檢測(cè)設(shè)備

通用自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)，所采取的檢測(cè)設(shè)備，主要構(gòu)成包括計(jì)算機(jī)電腦、IO控制箱等，采取的是上下位機(jī)通訊方式。采用機(jī)車RS485方式，實(shí)現(xiàn)上位計(jì)算機(jī)以及下位IO控制箱，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)控制，以確保信號(hào)傳輸?shù)目煽啃砸约八俣?。IO控制板需要具備以下條件：

（1）具備處理器的電路板，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立工作；

（2）IO控制器可以實(shí)現(xiàn)IO狀態(tài)記錄，基于計(jì)算機(jī)指令開展工作；

（3）IO可以作為輸出口，也可以作為輸入口，以便于檢測(cè)時(shí)，可以不設(shè)置繼電器，便于維護(hù)與更換。

4.2 數(shù)據(jù)配置設(shè)計(jì)

為了能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)設(shè)備的通用功能，以及單個(gè)IO控制箱能夠?qū)崿F(xiàn)不同邏輯裝置查線，則需要針對(duì)各邏輯裝置，設(shè)置獨(dú)立數(shù)據(jù)配置文件。基于輸入輸出信號(hào)，其連接線定義，來進(jìn)行被測(cè)試線路號(hào)與IO之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。邏輯裝置測(cè)試文件內(nèi)容，主要包括數(shù)據(jù)配置與測(cè)試步數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)配置包括IO功能定義（基于IO功能對(duì)應(yīng)表）、邏輯圖形文件（基于邏輯測(cè)試原理）。

4.3 邏輯圖形編輯

單個(gè)邏輯圖形文件，比如電氣線路圖，可以包含多個(gè)邏輯圖形集，比如低壓電器柜、開關(guān)柜等，而邏輯圖形又分為多個(gè)邏輯圖形單元，即邏輯測(cè)試步。以含有多個(gè)電控閥的線路，在檢測(cè)線路開路狀態(tài)時(shí)，可以采取電控閥線圈通電的方式。對(duì)于復(fù)雜線路，為能夠明確的表達(dá)線路的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以通過邏輯梯形圖，進(jìn)行連接信息描述。為了能夠檢測(cè)線路的全部狀態(tài)，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到可能生成的檢測(cè)邏輯表，基于此需要按照邏輯原則，建立輸入輸出先后關(guān)系。

4.4 邏輯梯形圖的遍歷

軟件設(shè)計(jì)遍歷算法為核心，在進(jìn)行邏輯梯形圖設(shè)計(jì)時(shí)，采取梯歸算法，進(jìn)行細(xì)節(jié)處理，以確保數(shù)據(jù)運(yùn)算速度以及結(jié)果輸出得以滿足。即使是在百種遍歷路徑下，也可以在1s之內(nèi)得到結(jié)果，計(jì)算機(jī)配置為128M內(nèi)存以及PⅢ800M。路徑基本思路如下：

（1）在有向圖頂點(diǎn)中，選擇入度為0的頂點(diǎn)V0，也就是輸出信號(hào)電路；

（2）擴(kuò)展嵌套頂點(diǎn)，將其合并到一維數(shù)組中，反復(fù)此過程，直到頂點(diǎn)均為非組合點(diǎn)；

（3）從V0開始，采取遞歸算法，進(jìn)行有向圖遍歷，同時(shí)要保存路徑信息。

4.5 邏輯測(cè)試表的生成

基于特定邏輯梯形圖，其檢測(cè)要求表。檢測(cè)要求表主要包括輸入條件表格以及結(jié)果檢測(cè)表格。輸入條件表格被側(cè)對(duì)象需要達(dá)到其輸入標(biāo)準(zhǔn)，利用IO控制器來完成輸入狀態(tài)，或者手動(dòng)完成輸入狀態(tài)。結(jié)果檢測(cè)表格是需要檢測(cè)的指標(biāo)。若滿足相應(yīng)的輸入條件，此時(shí)輸出邏輯則成立，當(dāng)檢測(cè)結(jié)果不滿足相關(guān)要求，則可以說明輸入端-輸出端存在問題。結(jié)合其他邏輯梯形圖數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，能夠快速的排查故障。若檢測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)較多，則能夠?qū)崿F(xiàn)故障點(diǎn)精準(zhǔn)定位。在設(shè)備檢測(cè)時(shí)，要按照邏輯測(cè)試表進(jìn)行測(cè)試作業(yè)?；诖说臋z測(cè)系統(tǒng)，被應(yīng)用于高低壓屏柜以及其它設(shè)備檢測(cè)，不僅檢測(cè)效率高，而且工作強(qiáng)度較低。基于邏輯電路的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，基于邏輯裝置，可以進(jìn)行輸入與輸出信號(hào)定義，同時(shí)可以繪制設(shè)備接線邏輯圖形，基于接線邏輯圖形，可以自動(dòng)生成邏輯測(cè)試表，進(jìn)而完成大部分線路檢測(cè)工作，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可以進(jìn)行錯(cuò)誤查找，以便于后期管理。

5 結(jié)束語

在進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要基于電力試驗(yàn)流程以及技術(shù)人員的工作習(xí)慣，進(jìn)行人性化設(shè)計(jì)，以便于技術(shù)人員可以進(jìn)行使用與學(xué)習(xí)。技術(shù)人員利用自動(dòng)化管理系統(tǒng)，通過簡(jiǎn)單的操作，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的試驗(yàn)，做好試驗(yàn)記錄管理，便于后期查詢。

參考文獻(xiàn)

[1]吳海彬，趙志向，廖福旺，許軍，郭曉君.電桿仿風(fēng)載荷彎矩自動(dòng)加載系統(tǒng)的研究[J].中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào)，2015（01）：63-68.

[2]陳巍，王國(guó)富，張法全，葉金才.基于ARM電池檢測(cè)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2015（05）：61-64+82.

[3]包海濤.變配電所電力試驗(yàn)自動(dòng)檢測(cè)管理系統(tǒng)的研制[J].電氣化鐵道，2006（02）：1-4.

[4]鄧正濤.淺談配電網(wǎng)與配電線路安全運(yùn)行管理[J].科技與企業(yè)，2013（16）：110.

[5]楊懷洲.淺談電力系統(tǒng)自動(dòng)化特點(diǎn)與應(yīng)用[J].經(jīng)營(yíng)管理者，2013（28）：390.

[6]郭放，李大中.光伏并網(wǎng)逆變器性能檢測(cè)技術(shù)及智能檢測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)研究[J].電力學(xué)報(bào)，2012（05）：498-501+524.

[7]吳志輝.通用邏輯電路自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2009（02）：261-263+266.

作者單位

1.國(guó)網(wǎng)浙江寧波市鄞州區(qū)供電公司 浙江省寧波市 315000

2.寧波市鄞州職業(yè)教育中心學(xué)校 浙江省寧波市 315100