基于GPS/GPRS的智能接地線管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐龍彬 朱文滔 譚達(dá)成

摘要：在電力系統(tǒng)各類停電作業(yè)中，掛接接地線是必不可少的安全措施之一。目前接地線的管理主要通過人工報(bào)表記錄等方式實(shí)現(xiàn)，存在效率低、誤差高等問題。針對(duì)此類問題，本文基于GPS定位技術(shù)以及GPRS通信技術(shù)設(shè)計(jì)一種智能接地線管理系統(tǒng)。系統(tǒng)部署于調(diào)控層集中監(jiān)控工作站中，具備信息管理、統(tǒng)計(jì)分析、信息發(fā)布、終端查詢等多項(xiàng)功能，可使各類用戶通過多種終端實(shí)時(shí)查看接地線掛卸狀態(tài)，有效解決傳統(tǒng)接地線管理方式存在的弊端，并一步減少電力作業(yè)事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：智能接地線;管理系統(tǒng)設(shè)計(jì);GPS定位;GPRS通信

Abstract：In various power outage operations in the power system，hooking up the grounding wire is one of the indispensable safety measures. At present，the management of the grounding wire is mainly realized through manual report recording，etc.，which has problems such as low efficiency and high error. Aiming at such problems，this article designs an intelligent grounding line management system based on GPS positioning technology and GPRS communication technology. The system is deployed in the centralized monitoring workstation of the control layer. It has multiple functions such as information management，statistical analysis，information release，terminal query，etc.，allowing various users to view the status of grounding wire mounting and dismounting in real time through multiple terminals，effectively solving the disadvantages of the traditional management methods，and further reduce the occurrence of electric power operation accidents.

Key Word：smart ground wire;management system design;GPS positioning;GPRS communication

1.引言

掛卸接地線是電力系統(tǒng)各類電氣操作中危險(xiǎn)性與重要性兼具的操作之一，接地線掛卸一旦出現(xiàn)紕漏將會(huì)給操作人員以及電力設(shè)備都帶來嚴(yán)重的安全威脅。但在實(shí)際的運(yùn)維檢修以及電力施工作業(yè)過程中，由于操作人員素質(zhì)參差不齊等各種原因，誤掛接地線、漏掛接地線及漏卸接地線等情況層出不窮。因此在電力系統(tǒng)中，帶電掛接地線，合閘帶接地線是較為常見的惡性誤操作事故之一，同時(shí)也帶來了較多的人身安全事故與設(shè)備損壞事故。

考慮到接地線掛卸的重要性與危險(xiǎn)性，需對(duì)接地線采用高效且可靠的使用管理方式。傳統(tǒng)的接地線管理主要依靠機(jī)械式記錄的方式進(jìn)行管理，作業(yè)現(xiàn)場由負(fù)責(zé)人進(jìn)行工作票相關(guān)信息輸入，使用前與使用后則由設(shè)備管理人員填寫使用記錄。傳統(tǒng)方法存在的一個(gè)明顯缺點(diǎn)是當(dāng)使用接地線地點(diǎn)較多且使用頻率較高時(shí)，容易造成記錄混亂導(dǎo)致接地線誤掛、漏掛及漏卸等問題的出現(xiàn)，進(jìn)一步威脅到電力設(shè)備的安全運(yùn)行。電力系統(tǒng)內(nèi)由于接地線掛卸問題出現(xiàn)的惡性誤操作事件通常是由于接地線管理失誤造成的。目前在電力作業(yè)現(xiàn)場中對(duì)接地線的管理仍采用傳統(tǒng)報(bào)表的管理方式，當(dāng)涉及到較多接地線掛卸操作時(shí)，作業(yè)負(fù)責(zé)人、管理人員難以掌握現(xiàn)場所有設(shè)備的實(shí)時(shí)據(jù)，由此可能帶來管理方面的誤判，導(dǎo)致惡性誤操作事件出現(xiàn)。因此針對(duì)現(xiàn)目前接地線使用管理方面存在的問題，本文提出一種基于GPRS的智能接地線管理系統(tǒng)，輔以接地線智能監(jiān)測中的GPS模塊采集位置信息，對(duì)接地線使用前、使用中、使用后進(jìn)行全過程監(jiān)測管理，結(jié)合使用前輸入的工作票檢修計(jì)劃信息，判斷接地線的掛接狀態(tài)。智能接地線管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用B/S架構(gòu)，作業(yè)負(fù)責(zé)人可通過移動(dòng)終端瀏覽器登錄管理系統(tǒng)查看接地線目前狀態(tài)、位置信息以及當(dāng)前歸屬的檢修任務(wù)等信息，系統(tǒng)還具備統(tǒng)計(jì)分析功能，進(jìn)一步的方便負(fù)責(zé)人對(duì)現(xiàn)在接地線掛卸狀態(tài)的把控，有效減少管理方面的失誤出現(xiàn)，保障操作人員以及電力設(shè)備的安全。

2.智能接地線管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

通過對(duì)配電網(wǎng)各類低壓設(shè)備接地線使用流程、現(xiàn)狀進(jìn)行全面調(diào)研分析，整理出配電網(wǎng)低壓接地線在使用過程中常見的掛卸、儲(chǔ)存以及追溯等方面的管理問題后，結(jié)合配電網(wǎng)各變配電站所的低壓設(shè)備信息、接線信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。部署于集控站的智能接地線管理系統(tǒng)可通過數(shù)據(jù)服務(wù)器接口實(shí)時(shí)讀取接地線掛卸狀態(tài)相關(guān)信息并對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行管理;調(diào)控層中，監(jiān)控工作站可將接地線實(shí)時(shí)掛卸狀態(tài)納入調(diào)控防誤，將防誤技術(shù)與接地線監(jiān)測結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)接地線狀態(tài)集中高效監(jiān)控;管理層中，作業(yè)負(fù)責(zé)人可通過移動(dòng)終端、PC終端利用瀏覽器或封裝后的應(yīng)用軟件打開智能接地線管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)查看接地線位置、掛接狀態(tài)、歸屬檢修技術(shù)等各類信息。通過將接地線進(jìn)行智能化集中管理，并且將接地線掛卸狀態(tài)監(jiān)測與防誤技術(shù)結(jié)合，有效提升了現(xiàn)場作業(yè)的安全水平。智能接地線管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

智能接地線管理系統(tǒng)主要采用三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括間隔層、站控層及調(diào)控層。間隔層主要為無線基站、固定接地樁及配置智能監(jiān)測儀的接地線;站控層為配電網(wǎng)各變配電站所的監(jiān)控工作站，監(jiān)控工作站與智能接地線之間為一對(duì)多關(guān)系，一個(gè)監(jiān)控工作站可監(jiān)測多個(gè)智能接地線;調(diào)控層主要包括集中監(jiān)控站、智能接地線管理系統(tǒng)軟件以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。

電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)需注意信息安全的問題，根據(jù)國網(wǎng)公司網(wǎng)絡(luò)與信息系統(tǒng)安全管理辦法，監(jiān)控工作站與接地線集中監(jiān)控站從網(wǎng)絡(luò)分區(qū)來看應(yīng)劃分為I區(qū)，與外部Web服務(wù)器的連接應(yīng)經(jīng)過物理隔離，物理隔離以物理方法將內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)隔開，保障傳輸數(shù)據(jù)的安全。

3.智能監(jiān)測終端設(shè)計(jì)

通過對(duì)智能接地線管理系統(tǒng)需求分析以及系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，明確接地線監(jiān)測終端需具備的功能，對(duì)終端進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)。接地線接線鉗裝設(shè)高精度傳感器結(jié)合接地樁處的開關(guān)量反映接地線掛卸狀態(tài)，并將狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳至微處理器單元;GPRS模塊將智能監(jiān)測終端采集到的GPS位置信息與接地線掛卸狀態(tài)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)上傳從間隔層上傳至站控層;預(yù)留RS485接口，現(xiàn)場操作人員可通過該接口對(duì)智能監(jiān)測終端各參數(shù)進(jìn)行設(shè)置;顯示電路驅(qū)動(dòng)LED顯示器顯示當(dāng)前接地線工作狀態(tài)、位置信息以及歸屬檢修技術(shù);配備充電電池為監(jiān)測終端提供直流電源，滿足長續(xù)航工作的需求。考慮到智能監(jiān)測終端工作環(huán)境的特殊性，終端各電路均采用防水防塵防電磁干擾的密封光電輸入設(shè)計(jì)，通過光電開關(guān)有效保護(hù)監(jiān)測終端的密封結(jié)構(gòu)。智能監(jiān)測終端設(shè)計(jì)如圖2所示。

4.智能接地線管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

掛接接地線是電力系統(tǒng)在進(jìn)行電力建設(shè)以及運(yùn)維檢修時(shí)必須進(jìn)行的關(guān)鍵操作，接地線的正確掛接關(guān)系到操作人員以及電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此接地線的使用有嚴(yán)格的操作流程與規(guī)定。本文根據(jù)實(shí)際的接地線使用流程設(shè)計(jì)了智能接地線管理系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)流圖，如圖3所示。

圖3所示的數(shù)據(jù)流圖設(shè)計(jì)了智能接地線管理系統(tǒng)軟件中的主要五個(gè)環(huán)節(jié)為：錄入工單、終端設(shè)置、數(shù)據(jù)解析、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)發(fā)布以及終端查詢。

（1）錄入工單

工作票內(nèi)容包括接地線掛接設(shè)備以及序號(hào)等信息，開具工作票需首先進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)情況評(píng)估，根據(jù)實(shí)際情況確定接地線掛接的類型及位置。工具票開具之后，操作人員可選擇手動(dòng)將檢修計(jì)劃任務(wù)等信息輸入接地線管理系統(tǒng)或者利用管理系統(tǒng)管理電力企業(yè)PMS系統(tǒng)，從PMS系統(tǒng)中自動(dòng)獲取此當(dāng)次任務(wù)內(nèi)容并生成系統(tǒng)任務(wù)單。管理系統(tǒng)中任務(wù)單的內(nèi)容涵蓋了接地線所需的各類檢修計(jì)劃信息，包括設(shè)備歸屬部門、歸屬檢修計(jì)劃、停電設(shè)備或線路、工作負(fù)責(zé)人、作業(yè)起止時(shí)間、作業(yè)地點(diǎn)等信息。智能接地線管理系統(tǒng)與PMS系統(tǒng)后交互無縫對(duì)接數(shù)據(jù)，但現(xiàn)場作業(yè)人員也可選擇手動(dòng)輸入工單數(shù)據(jù)，以免系統(tǒng)讀取出錯(cuò)的情況出現(xiàn)。

（2）終端設(shè)置

終端設(shè)置環(huán)節(jié)主要是將智能接地線管理系統(tǒng)中的信息配置到智能監(jiān)測終端中。在實(shí)際電力作業(yè)現(xiàn)場中，存在多組多地接地線同時(shí)掛接的情況，因此為對(duì)接地線進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分，需將地點(diǎn)以及編號(hào)等定位信息錄入任務(wù)單并配置到智能終端之中，每個(gè)智能監(jiān)測終端在當(dāng)前時(shí)段內(nèi)的任務(wù)中需擁有唯一編號(hào)。根據(jù)任務(wù)單中錄入的接地線編號(hào)對(duì)相對(duì)應(yīng)的接地線監(jiān)測終端進(jìn)行任務(wù)所需參數(shù)設(shè)置，且在當(dāng)前任務(wù)結(jié)束前參數(shù)配置無法更新。

（3）數(shù)據(jù)解析

當(dāng)安裝在接地線上的智能監(jiān)測終端啟動(dòng)后，終端開始初始化并進(jìn)入工作模式，此時(shí)智能監(jiān)測終端會(huì)持續(xù)對(duì)接地線接地鉗的開合狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，以此達(dá)到對(duì)接地線掛接狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將相關(guān)數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器。

（4）統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析是智能管理系統(tǒng)具備的高級(jí)應(yīng)用功能，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)接地線掛卸狀態(tài)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，并對(duì)此類數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，提取高價(jià)值信息，分析可能存在的現(xiàn)場問題。

（5）數(shù)據(jù)發(fā)布

智能接地線管理系統(tǒng)利用發(fā)布接口將接地線的掛接信息發(fā)布到Web服務(wù)器中，保障各類系統(tǒng)用戶均可實(shí)時(shí)查詢。

（6）終端查詢

作業(yè)負(fù)責(zé)人、企業(yè)管理人員可通過移動(dòng)終端、PC終端通過瀏覽器登錄智能接地線管理系統(tǒng)查看系統(tǒng)發(fā)布的實(shí)時(shí)接地線掛接狀態(tài)信息。

5.結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)接地線管理方式無法應(yīng)對(duì)多組多地同時(shí)掛接接地線的問題，本文設(shè)計(jì)了一種智能接地線管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以接地線智能監(jiān)測終端為數(shù)據(jù)來源，通過應(yīng)用GPS以及GPRS技術(shù)獲取接地線位置信息并傳輸采集到數(shù)據(jù)。智能系統(tǒng)應(yīng)用包括錄入工單、終端設(shè)置、數(shù)據(jù)解析、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)發(fā)布以及終端查詢五個(gè)環(huán)節(jié)。系統(tǒng)部署在調(diào)控層監(jiān)控工作站中，通過Web服務(wù)器發(fā)布實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，作業(yè)負(fù)責(zé)人可通過移動(dòng)終端查看接地線實(shí)時(shí)掛接狀態(tài)。通過應(yīng)用智能接地線管理系統(tǒng)可有效解決傳統(tǒng)管理方式存在的問題，具備一定的工程實(shí)用價(jià)值。

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