配电线路故障在线监测系统开发与实践

肖开伟+梁仕斌+田庆生+张少泉+陈晓云

摘要：针对配电线路故障在线监测主站系统普遍存在的兼容性差，重复建设多，维护不便等问题，本文提出了新的思路，采用集中式的思想探讨了系统总体结构、主站系统设计、系统软件设计方案、采集模块方案、以及系统逻辑模型。在实际运行中结果显示有利于提升云南电网配电网管理的综合水平，到达业务统一、管理规范、效果明显的效果。

关键词：主站系统；配电线路；故障监测

O 引言

配网线路的特点是距离长，分支多，网状结构，故障发生后故障点位置不易确定，人工排查范围大，查找故障也比较困难。针对这些问题，目前国内外多家电网企业已经研发并采用了线路故障在线监测系统，该系统可以监测配电线路的短路故障、接地故障、过流、停送电等功能，是智能电网中不可缺少的一部分。该系统具有能够快速确定线路故障范围，减轻了劳动强度，提高了供电效率等优点，从而为实现配网智能化管理打下坚实的基础。

目前，各个供电企业均开展了配电线路故障在线监测系统的建设工作，主站系统的建设降低了配电线路故障查找时间，提高供电可靠性。但目前各个供电企业建设的主站系统存在建设厂家众多，技术水平层次不齐，可用性和易用性底下；实时并发模式下的系统处理能力不强，对遥测量的采集与监控数据较少；同时，主站系统均采用县公司或供电局部署的方式，不利于整个省级电网企业的业务统一与配电网分析运行等问题。

针对以上的问题，本文提出开发一套集中主站系统的思想，云南电网公司内所有安装的故障监测终端全部使用该系统，开发统一功能结构，优化采集系统架构，统一通信规约。满足大规模通信终端的接入、实现故障监测功能和指标的标准化、实现各厂家设备互通互用。该系统的建设大大提高了配电线路故障在线监测技术的标准化、统一化、便利化，以后将在云南省各个地区普遍使用。

1 系统总体架构

系统总体的架构如图1所示。通信模块构建具备网络通信、中继和网络路由的功能，并支持通信网络环网白愈的通信网络；各通信模块通过与FTU、DTU进行连接，采集柱上开关、环网柜等电网设备的遥信遥测信息，通过组建的通信网络快速传递到主站，由主站实现对配电网进行实时的监测，实现配电网的故障预警和故障定位功能，并将这些信息传递到营销管理系统、生产管理系统和GIS等系统中，支撑营配信息集成快速复电、停电信息通知到户和客户应急管理等应用。

在整个系统中，主站系统是关键，主站系统的功能如图2所示，主站系统总体包含四个方面的功能：

（1）监控中心通过与地理信息和接线图结合，实现配网运行状态、告警及故障信息、故障影响范围和通信网络状态等的可视化监测。其中，配网运行状态可监测监测点的工况、电压、电流、负荷等情况；当运行状态超出阈值或发生故障时，系统将产生告警或故障信息，并在图中高亮显示存在问题的设备和线路；同时也可以对故障引起的停电设备范围、停电用户和停电指标等进行统计展现；通信网络作为系统的关键设施，也将在监控中心中展示其实时的运行状态。 （2）告警及故障管理功能，一是可设置告警或故障的觸发阈值，二是当告警或故障信息产生后，将发起相应的处理流程，并通过与营销系统系统和生产管理系统对接，实现系统间的业务协同。 （3）自动化终端管理，主要是对自动化终端基础档案信息的管理和自动化终端采集参数的配置。 （4）通信网络管理，主要是对通信模块基础档案信息的管理和网络参数的配置。

2 主站系统设计

主站系统技术架构如下图3所示，分别由Struts框架实现表示层，Spring框架实现业务服务层，Hibernate框架实现持久层，构成了一个B/S结构的配电线路故障在线监测系统。这种多架构的系统结构有助于降低模块间的耦合度，增加代码可复用性。

下面解释各层的设计思想：

（1）表示层。表示层是采用SVG、jfreechar、flash等图像展示方式进行数据动态展示。前台脚步语言使用JavaScript中的jquery和extjs等代码库进行前台界面功能实现。JSP页面中一般不会嵌入Java代码，这样可以增强代码的可读性和可维护性。

（2）业务层。业务层是由Struts的控制组件ActionMapping、ActionServlet、Action以及业务逻辑类JavaBean来实现。该层借助Spring框架的依赖注入、面向接口编程等容器组件处理业务逻辑和业务校验、事务管理等，以降低业务之间的耦合性。在JavaBean里封装了与数据持久层的交互关系，以实现所有的业务逻辑。

（3）持久层。持久层是以Spring和Hibemate相结合的方法实现，设计目标是为整个项目提供一个高层、统一、完全和并发的数据持久机制。

3 软件技术路线

该系统的设计涉及到多种技术体系和架构，主要采取以下技术路线并综合考虑平台的整体性和可扩展性。

（1）基于J2EE的Web架构

采用的J2EE架构，在软件体系方面，遵循JAVAEE规范，并兼容流行的系统软件，为功能拓展和系统迁移提供了平台无关性支持。系统基于Web2.0、XML等通用技术标准，集成通用的权限、用户、工作流等基本功能，有效保证系统的稳定和可靠运行；通过对J2EE的标准应用的扩展和补充，利用组件封装技术，降低耦合度，实现业务逻辑的纵横贯通，并提供根据需要提供接口，保证业务和数据的交互能力。

（ 2） GIS图形架构

采用的GIS架构，作为省级电网的图形服务中心，采用的是多级分布式系统部署架构，底层基于Oraclespatial空间数据存储机制，采用同构数据结构存储地理要素、设备等地理信息数据。基于FLEX WEBGIS平台提供全省电力GIS设备地图服务、及电网业务分析服务。GIS系统建设符合南网规范及IEC61970标准支持与其他电力系统的页面、控件、WebServices服务、数据等方式集成。endprint

（3）数据存储

采用关系数据库存储电网基础网架结构数据、站线、变、终端属性等、计算结果数据；采用内存数据库进行数据的存储与缓存，提高系统的处理能力。

（4） WEB信息发布

与主站系统进行物理隔离后，提供WEB访问的方式，发布配网运行数据，供其他系统人员进行查阅。

4 采集模块架构

（1）DB访问引擎：通用的数据库访问引擎代码，实现对各类不同的数据库访问代码；

（2）业务DAO类库：本系统的数据库业务逻辑代码库；

（3）业务调度核心类：是采集子系统的业务调度中心和业务请求中转站。外部系统的命令请求通过“接口子系统”转入到“业务调度核心类”，“业务调度核心类”将命令请求存人命令队列中；“采集控制器”采集到数据之后，回调到“业务调度核心类”，之后，“业务调度核心类”调用“业务DAO类库”相关方法完成数据存储，并通过“界面接口类”完成数据显示；再通过“外部接口类”向其它系统反馈实时运行信息；

（4）外部系统接口类：采集子系统与外部系统的信息接口模块，通过定制的协议和通信接口与外部系统提供信息交互；比如：接收外部系统的命令请求、向外部系统反馈命令执行结果；

（5）命令队列：下行任务信息缓存类。“业务调度核心类”向其中增加命令请求；“采集控制器”自动检测是否有新命令请求，当检测到后立即“中断”通信握手，执行请求，执行成功之后，从队列中删除该命令；

（6）采集控制类：检测命令队列，管理、协调其下的“采集业务”、“通信方式”、“通信协议”等模块，完成所有的通信及数据采集功能；

（7）采集业务类：封装当前系统的具体采集业务对象，为通用的“采集控制类”定制具体的采集任务。

（8）通信适配器：采集方式的Adapter；

（9）协议适配类：通信协议的Adapter；

（10）采集方式类：封装具体的串口、TCP/IP等通信采集类，实现具体的通信方式控制及通用的数据收发接口；

（11）通信協议类：封装系统中软件与硬件的通信协议。

5 系统逻辑模型

系统逻辑结构如图5所示。

（1）设备层：设备层为电网故障指示器配电终端；通信终端负责设备数据与主站系统通信，与设备采用无线射频进行通信，与采集模块采用无线或光纤等通信；

（2）采集模块：负责数据的采集，采集到数据后，直接进行数据存储操作；采集数据库，主要对采集数据进行存储和加工，数据进行逻辑处理后存入主站数据库；

（3）主站数据库：采用关系数据库进行数据的存储，数据库根据数据类型，进行分区、分片或时点数据存储。

（4）消息/监听：通过消息或监听机制，按照配网业务制定规则，对符合业务规则的数据进行处理，包括故障数据短信通知、故障消息面面推送。

（5）业务服务：进行业务档案、基础数据维护、报表统计、资产管理、权限管理、系统接口等业务服务处理。

6 结语

通过对主站系统功能规范标准的研究，达到配电线路故障在线监测系统的标准化、精益化、一体化运行的管理目的。系统必备功能完成配电线路数据管理、权限管理、台账管理、故障识别、故障告警、查询统计、通信终端设置、故障指示器设置、数据采集等功能；系统选配功能包含主站管理、事件记录、高级统计分析等功能开发和应用。有利于提升云南电网配电网管理的综合水平，到达业务统一、管理规范、效果明显的效果。

通过对系统主站方案研究，以合理的系统处理模式或处理算法进行主站系统处理。主站系统与子站系统按照分层部署的方式设计，子站系统与采集服务平台部署在供电局Ⅱ区网络，可实现遥控、远程配置等功能，主站部署在电力综合数据网，实现数据分析、故障信息推送等高级应用。对改变供电企业业务良莠不齐、系统处理能力低下、数据管理不规范等现存问题，对构架集中的主站系统，有直接的指导意义，有利于全省的配网业务集中分析和管理。endprint