基于實時數(shù)據(jù)的變電站在線智能巡檢系統(tǒng)設計

陳志明，寧艷

（江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京 211015）

實時數(shù)據(jù)可用來表示客觀事物的原始存在形式，在事件的發(fā)生與發(fā)展過程中，作為單位時間內的信息參量載體，這種原始素材具備極強的可塑性。就變電網環(huán)境而言，由于電量數(shù)據(jù)的傳輸主觀性較強，一部分信息參量在活躍條件下，很難經由物理信道，直接傳輸至變電站主機之中，易造成數(shù)據(jù)信息的永久性存儲能力不斷下降[1-2]。而隨著實時數(shù)據(jù)參量的應用，變電站主機可直接接管所有待傳輸?shù)碾娏繑?shù)據(jù)信息，不僅縮短了信息載體的擴散時長，也使得電網環(huán)境的穩(wěn)定性得到有效維持。實時數(shù)據(jù)的出現(xiàn)恰好解決了變電站網絡所面臨的數(shù)據(jù)量混亂問題，在未來一段時間內依然具備較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在變電站規(guī)劃網絡中，隨著電量執(zhí)行任務的進行，一部分設備儀表極易因電信號擁塞而出現(xiàn)明顯的故障問題。傳統(tǒng)方法只能定義一條獨立的電信號傳輸路徑，當電量傳輸功能趨于穩(wěn)定后，可借助處于空閑狀態(tài)的電子信道，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息參量的轉存與處理。然而此系統(tǒng)的檢測能力有限，并不能根據(jù)變電站組網所處位置，實現(xiàn)對儀表故障的快速分析[3]。為解決此問題，設計基于實時數(shù)據(jù)的變電站在線智能巡檢系統(tǒng)，以C/S 架構代替原有的B/S 體系模型，在機載環(huán)境傳感器等多個硬件設備結構的作用下，完成對實時電量數(shù)據(jù)的布局處理，再通過連接ADO.NET 數(shù)據(jù)庫的方式，在多種巡檢模式之間不斷切換，最終得到準確的設備儀表故障檢測結果。

1 系統(tǒng)硬件設計

變電站在線智能巡檢系統(tǒng)的硬件執(zhí)行單元搭建過程分為C/S 體系架構改進、機載環(huán)境傳感器連接、巡檢指令處置平臺設計三部分，且同步進行，具體操作處理方法如下。

1.1 C/S 體系架構

變電站在線智能巡檢系統(tǒng)以C/S 體系架構代替原有的B/S 型架構體系，在Server 服務器的統(tǒng)領之下，記錄電量實時數(shù)據(jù)在電子瀏覽器中的傳輸情況，并借助傳輸信道，將這些信息參量反饋至變電站中心主機中，使得整個電網環(huán)境中的電子數(shù)據(jù)傳輸情況趨于穩(wěn)定。一個完整的C/S 體系架構同時包含多個在線電子瀏覽器，這些設備結構一方面能夠適應Server 服務器的實際連接需求，另一方面可以通過變電站中心主機，將已記錄的電子數(shù)據(jù)分配至其他硬件設備主機中，使得智能巡檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主機得到有效填充[4]。變電站中心位于C/S 體系架構中間，可同時調配Server 服務器與在線電子瀏覽器，并在兩類設備的所有連接關系中，尋找最為適宜的方式，以此實現(xiàn)對變電站智能巡檢環(huán)境的有效完善。

1.2 機載環(huán)境傳感器

變電站在線智能巡檢系統(tǒng)的機載環(huán)境傳感器由二維激光型、角度平掃型、位姿記錄型三類結構共同組成。其中，二維激光型機載環(huán)境傳感器可深入變電站中心主機內部，從中直接獲取實時電子量的各項相關數(shù)據(jù)，并將其整合成全新的傳輸形式，以便于后續(xù)巡檢指令的順利執(zhí)行。角度平掃型機載環(huán)境傳感器主要負責變電站中心主機與在線電子瀏覽器之間的連接，確保電量數(shù)據(jù)輸出能力保持穩(wěn)定后，該元件才會開啟連接狀態(tài)[5-6]。位姿記錄型機載環(huán)境傳感器存在于巡檢指令處置平臺外部，可在C/S 體系架構的作用下，提取平臺內部暫存的電量數(shù)據(jù)信息，并將其在變電站主機中進行整合，如表1 所示。

表1 機載環(huán)境傳感器分類

1.3 巡檢指令處置平臺

巡檢指令處置平臺存在于變電站在線智能巡檢系統(tǒng)中，負責采集電子量實時數(shù)據(jù)，將完成整合處理的各級信息參量反饋至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機中，其示意圖如圖1 所示。

圖1 巡檢指令處置平臺示意圖

隨著電子實時數(shù)據(jù)累積量的增大，巡檢指令處置平臺的移動行進速率也會不斷加快，由于機載環(huán)境傳感器的存在，該結構元件的速度既不會過慢也不會過快，且在系統(tǒng)運行過程中，始終以促進電量數(shù)據(jù)傳輸為主要目標[7-8]。平臺設備可監(jiān)視C/S 體系架構的現(xiàn)有連接形式，并可根據(jù)電量數(shù)據(jù)的現(xiàn)有傳輸情況，更改電信號的實際響應速度，一方面，使得巡檢系統(tǒng)內的電感行為始終保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，另一方面，也可實現(xiàn)對電子巡檢環(huán)境的平穩(wěn)構建。

2 系統(tǒng)軟件設計

在各級硬件結構設備的支持下，按照實時數(shù)據(jù)布局、ADO.NET 數(shù)據(jù)庫連接、工作模式切換的處理流程，完成巡檢系統(tǒng)的軟件執(zhí)行環(huán)境搭建，兩相結合，確?；趯崟r數(shù)據(jù)的變電站在線智能巡檢系統(tǒng)的順利應用。

2.1 實時數(shù)據(jù)布局

實時數(shù)據(jù)布局即電量傳輸數(shù)據(jù)的實時規(guī)劃安排，在巡檢指令處置平臺中，受Server 服務器作用能力的影響，變電站主機中存儲的電子數(shù)據(jù)信息總量也會隨之發(fā)生變化，直至巡檢系統(tǒng)中傳輸?shù)乃行畔⒘慷寄艿玫酵咨频奶幚韀9-10]。

在變電站在線智能巡檢系統(tǒng)中，傳感器運行速率始終處于連續(xù)變化的狀態(tài)，所以待傳輸實時電量數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)不斷累積的變化態(tài)勢。

在不考慮其他干擾條件的情況下，實時數(shù)據(jù)布局結果同時受到電量信息傳導系數(shù)、單位巡檢時長兩項物理量的直接影響[11-12]。電量信息傳導系數(shù)可表示為f，該項物理量屬于矢量性指標，具備較強的主觀變化性，因此其數(shù)值水平越大，系統(tǒng)主機所具備的數(shù)據(jù)布局能力也就越強。單位巡檢時長可表示為ΔT，是一種隨動性變化指標，在系統(tǒng)運行環(huán)境中，該項指標參量的變化范圍相對較為局限，因此并不會對實時電量數(shù)據(jù)的布局結果造成嚴重影響。聯(lián)立上述物理量，可將變電站在線智能巡檢系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)布局結果表示為：

其中，la、lb分別代表兩個不同的電量信號感應系數(shù)，a、b表示兩個不同的電信號節(jié)點參量值，m1代表核心電子量傳輸條件。

2.2 ADO.NET數(shù)據(jù)庫連接

ADO.NET 數(shù)據(jù)庫負責存儲變電站在線智能巡檢系統(tǒng)中的電量傳輸數(shù)據(jù)，可在巡檢指令處理主機、一體化操作元件之間來回轉接，從而完成對實時電量數(shù)據(jù)的轉存與分析處理，其連接原理如圖2 所示。一般情況下，待處理的實時電量數(shù)據(jù)可經由變電站主機進入ADO.NET 數(shù)據(jù)庫體系之中。由于巡檢指令處置平臺的存在，所有數(shù)據(jù)信息參量在真正進入存儲模式之前，必須先經過執(zhí)行主機元件的多次認證，當一體化操作元件能夠感知到足量的數(shù)據(jù)流信息時，巡檢主機才會再次進入工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)對實時電量數(shù)據(jù)的完整轉存[13-14]。

圖2 ADO.NET數(shù)據(jù)庫連接原理

2.3 工作模式切換

工作模式切換流程圖如圖3 所示，工作模式切換能實現(xiàn)由執(zhí)行工作狀態(tài)變化到巡檢制動狀態(tài)，在此過程中，系統(tǒng)自動操作與手動操作同步進行，可確保變電站主機得到足量電子數(shù)據(jù)供應，一方面占據(jù)了處于空閑狀態(tài)的系統(tǒng)信道組織，另一方面也可實現(xiàn)對實時電量數(shù)據(jù)的快速傳輸[15-16]。所謂巡檢制動，是一種非絕對平衡的電量數(shù)據(jù)實時傳輸環(huán)境，能夠在適應現(xiàn)有系統(tǒng)巡檢執(zhí)行模式的同時，對未存儲電量數(shù)據(jù)進行有效分辨，有效避免各類繼電故障問題的出現(xiàn)，實現(xiàn)對電量信號的實時傳導。

圖3 工作模式切換流程圖

至此，實現(xiàn)各項軟硬件執(zhí)行環(huán)境的搭建，在不出現(xiàn)其他干擾影響的情況下，完成基于實時數(shù)據(jù)的變電站在線智能巡檢系統(tǒng)設計。

3 實例測試

圖4 所示為變電主機布置環(huán)境，選取兩個型號相同的電感元件分別作為實驗組、對照組實驗對象，其中控制實驗組電感元件的應用主機搭載基于實時數(shù)據(jù)的變電站在線智能巡檢系統(tǒng)，控制對照組電感元件的應用主機搭載了文獻[3]構建的系統(tǒng)。

圖4 變電主機布置環(huán)境

SEI 系數(shù)反映了巡檢系統(tǒng)對于設備儀表故障行為的檢測精度情況，若默認在系統(tǒng)執(zhí)行過程中不會出現(xiàn)任何不可控的設備故障行為，則可認為SEI 系數(shù)對于設備儀表故障行為檢測精度情況起到正向促進作用，詳細實驗數(shù)值結果如表2 所示。

表2 實驗組與對照組的SEI系數(shù)值

表2 中，實驗組SEI 系數(shù)在前25 min 的實驗時間內，數(shù)值始終保持連續(xù)上升的變化情況，從30 min起，指標數(shù)值的上升幅度明顯縮小，到了40 min 后，卻又開始不斷下降。對照組SEI 系數(shù)在整個實驗過程中，則一直保持下降與上升交替出現(xiàn)的數(shù)值變化趨勢。從極限值角度來看，實驗組最大值80.29%與對照組最大值57.49%相比，上升了22.80%。

KRD 指標描述了巡檢系統(tǒng)主機所具備的電量數(shù)據(jù)傳輸能力，對于電感元件來說，KRD 指標數(shù)值越大，巡檢系統(tǒng)主機對于電量數(shù)據(jù)的傳輸促進能力越強。具體實驗數(shù)值變化情況如表3 所示。

分析表3 可知，實驗組KRD 指標數(shù)值保持先上升、再下降的數(shù)值變化狀態(tài)，中間階段指標參量的數(shù)值水平出現(xiàn)了極短時間的絕對穩(wěn)定狀態(tài)。對照組KRD 指標數(shù)值則呈現(xiàn)階梯狀上升與階梯狀下降同步存在的數(shù)值變化狀態(tài)，全局最大值為43.6%，與實驗組最大值71.5%相比，下降了27.9%。

表3 KRD指標數(shù)值

綜合上述實驗研究結果可知：

1）應用基于實時數(shù)據(jù)的變電站在線智能巡檢系統(tǒng)，可實現(xiàn)設備儀表故障行為的準確檢測；

2）與文獻[3]系統(tǒng)相比，在線智能巡檢系統(tǒng)也具備更強的電量數(shù)據(jù)傳輸能力。

4 結束語

對于實時電量數(shù)據(jù)來說，變電站在線智能巡檢系統(tǒng)可依據(jù)C/S 架構，對機載環(huán)境傳感器的應用能力進行規(guī)劃，借助巡檢指令處置平臺，完成由執(zhí)行工作模式到檢測工作模式的切換，不僅能夠較好地填補ADO.NET 數(shù)據(jù)庫中的電量信息空缺，也可將待布局數(shù)據(jù)整合成包狀傳輸形式，以供巡檢系統(tǒng)主機的挑選與利用。

所設計的新型巡檢系統(tǒng)不但能夠解決變電站自主定位導航過程中可能出現(xiàn)的設備儀表故障問題，也可實現(xiàn)實時電量數(shù)據(jù)的快速傳輸，符合變電站主機的實際應用需求。