鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)維管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

王 卓

（國網(wǎng)勉縣供電公司，陜西 漢中 723000）

1 鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

在鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)維管理系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)思路應(yīng)側(cè)重于實(shí)現(xiàn)智能化、高效率、可靠性以及易于維護(hù)的目標(biāo)。首先，系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)基于模塊化思想，支持靈活的功能擴(kuò)展和維護(hù)，以適應(yīng)不斷變化的電網(wǎng)需求與技術(shù)更新。其次，考慮到鄉(xiāng)鎮(zhèn)電網(wǎng)的特殊性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)重視對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制的支持，采用先進(jìn)的通信技術(shù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性。同時(shí)，引入智能算法和大數(shù)據(jù)分析，提高故障預(yù)測和處理的準(zhǔn)確性，優(yōu)化維護(hù)決策過程。再次，考慮到運(yùn)維人員的操作便利性，系統(tǒng)界面應(yīng)直觀易用，且提供全面的培訓(xùn)和支持，以確保快速響應(yīng)和高效的故障處理[1]。最后，系統(tǒng)還須具備良好的可擴(kuò)展性和兼容性，以便與現(xiàn)有的供電網(wǎng)絡(luò)無縫集成，并為未來的技術(shù)升級(jí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。除此之外，考慮到鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件，設(shè)計(jì)方案應(yīng)兼顧成本效益，確保系統(tǒng)既高效又經(jīng)濟(jì)。

為確保鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)維管理系統(tǒng)能夠高效、穩(wěn)定運(yùn)行，在總體設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵是采用模塊化思維，構(gòu)建一個(gè)靈活、可擴(kuò)展的架構(gòu)。系統(tǒng)必須具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，以支持復(fù)雜的運(yùn)維決策。通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控和歷史數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)能夠?qū)ε渚W(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估，并提供故障預(yù)警。在自動(dòng)化運(yùn)維管理方面，IT-manager 架構(gòu)的應(yīng)用至關(guān)重要。該架構(gòu)通過集成高效的故障檢測、診斷、處理以及恢復(fù)模塊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理常見問題，同時(shí)保留人工干預(yù)的可能性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)側(cè)重于優(yōu)化資源分配，提高響應(yīng)速度和服務(wù)質(zhì)量，確保供電的可靠性和安全性[2]。分析提供的流程，設(shè)計(jì)中包含故障處理流程，這是保障供電穩(wěn)定性的關(guān)鍵組成部分。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)維管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，基于IT-manager 運(yùn)維管理架構(gòu)，強(qiáng)調(diào)的是層次分明、功能互補(bǔ)、高度集成的設(shè)計(jì)理念。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須以數(shù)據(jù)為中心，以IT-manager 架構(gòu)為基礎(chǔ)，構(gòu)建起一個(gè)包括數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、展示及控制決策的閉環(huán)系統(tǒng)[3]。

1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)維管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)應(yīng)注重實(shí)用性與前瞻性。選用成熟的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件如Oracle 或MySQL，考慮到未來數(shù)據(jù)量的增長與復(fù)雜查詢需求，數(shù)據(jù)庫應(yīng)設(shè)計(jì)為支持大規(guī)模并發(fā)處理和高速數(shù)據(jù)讀寫的結(jié)構(gòu)。采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，同時(shí)引入非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來處理半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)處理的靈活性和效率。

具體的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)包括電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)備參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、故障記錄、用戶信息及電能質(zhì)量等多個(gè)模塊[4]。每個(gè)模塊均建立嚴(yán)密的數(shù)據(jù)模型，確保數(shù)據(jù)的一致性與完整性。在電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，采用圖數(shù)據(jù)庫來優(yōu)化查詢性能，便于處理和分析復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。在故障記錄與處理模塊，實(shí)現(xiàn)快速檢索與故障模式的關(guān)聯(lián)分析，采用事務(wù)處理機(jī)制保證數(shù)據(jù)的原子性、一致性、隔離性以及持久性。同時(shí)，設(shè)計(jì)高效的數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)策略，確保數(shù)據(jù)安全。通過存儲(chǔ)過程與自動(dòng)化腳本來優(yōu)化常規(guī)數(shù)據(jù)維護(hù)任務(wù)，提高系統(tǒng)管理效率。在用戶隱私保護(hù)方面，遵循相關(guān)法律法規(guī)，對(duì)敏感信息進(jìn)行加密處理，確保數(shù)據(jù)安全。

2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)維管理系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控模塊

在鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)維管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)中，須構(gòu)建一套綜合性的數(shù)據(jù)采集與分析體系。該模塊主要由前端采集單元、通信網(wǎng)絡(luò)以及后端數(shù)據(jù)處理中心組成。前端采集單元中包含了多個(gè)不同傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測配電網(wǎng)中的電流、電壓、相位角、功率因數(shù)等關(guān)鍵電氣參數(shù)，并通過故障指示器捕獲瞬態(tài)過程數(shù)據(jù)，用于故障分析與定位。通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)須確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和安全性，應(yīng)用光纖、通用分組無線服務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）、3G、4G 或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)等多種通信手段，以實(shí)現(xiàn)不同場景下的數(shù)據(jù)可靠傳輸。采用標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議，保障數(shù)據(jù)的互操作性和系統(tǒng)的擴(kuò)展性。后端數(shù)據(jù)處理中心則承擔(dān)著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理以及分析的核心功能。采用高性能的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如基于時(shí)間序列的InfluxDB，用于存儲(chǔ)采集的高頻數(shù)據(jù)[5]。

2.2 故障檢測模塊

采用先進(jìn)的故障指示技術(shù)和故障錄波分析技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)故障的快速定位。模塊中集成的故障檢測算法能夠?qū)﹄娏?、電壓異常波形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用短路和接地故障特征進(jìn)行判別。當(dāng)電流、電壓突變量超過設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)觸發(fā)故障檢測機(jī)制。

該模塊還須能夠分析電氣參數(shù)的變化趨勢，通過設(shè)定的邏輯關(guān)系和模式識(shí)別，判斷故障的類型和可能位置。此外，模塊應(yīng)支持與配電自動(dòng)化終端（如智能斷路器、隔離開關(guān)）的通信，實(shí)現(xiàn)故障隔離和供電恢復(fù)的自動(dòng)化。

2.3 故障調(diào)試模塊

故障調(diào)試模塊包含故障數(shù)據(jù)記錄、分析和處理功能，支持故障信號(hào)的自動(dòng)識(shí)別與定位，以及故障原因的邏輯推斷。在故障數(shù)據(jù)記錄方面，模塊須自動(dòng)收集故障發(fā)生時(shí)的各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如故障前后的電流、電壓波形，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，故障持續(xù)時(shí)間等。以電流波形為例，通過故障錄波器，記錄故障1 s 內(nèi)的電流波形，采樣率不低于1 kHz，以捕捉足夠的細(xì)節(jié)進(jìn)行后續(xù)分析。分析功能則利用先進(jìn)的故障診斷算法，如基于小波變換的瞬態(tài)特征提取，用于判斷故障性質(zhì)，是短路還是接地故障。處理功能包括故障信息的整理和歸檔，以及生成故障報(bào)告，為運(yùn)維決策提供支持。故障調(diào)試模塊還支持遠(yuǎn)程故障模擬和參數(shù)調(diào)整，使運(yùn)維人員能夠在控制中心遠(yuǎn)程進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)和系統(tǒng)整定值的調(diào)整。

3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)維管理系統(tǒng)測試

3.1 系統(tǒng)功能模塊測試

系統(tǒng)功能模塊測試應(yīng)覆蓋數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控模塊、故障檢測模塊、參數(shù)設(shè)置模塊以及故障調(diào)試模塊等。采用自動(dòng)化測試工具，如JMeter 或LoadRunner 進(jìn)行性能測試，確保系統(tǒng)在高負(fù)載下仍能穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，使用單元測試框架，如JUnit 或PyTest，針對(duì)每個(gè)模塊的功能進(jìn)行詳細(xì)測試。在數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控模塊的測試中，模擬多種數(shù)據(jù)輸入，包括電流、電壓、溫度等，驗(yàn)證系統(tǒng)是否能準(zhǔn)確采集和顯示數(shù)據(jù)。故障檢測模塊的測試則應(yīng)模擬各類電網(wǎng)故障，檢驗(yàn)系統(tǒng)的故障檢測和定位準(zhǔn)確性[6]。參數(shù)設(shè)置模塊的測試須驗(yàn)證輸入?yún)?shù)的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的響應(yīng)。例如，更改保護(hù)裝置的整定值，檢查系統(tǒng)是否正確記錄和執(zhí)行這些更改。定值整定模塊的測試應(yīng)確保整定值的修改能正確影響系統(tǒng)行為，如通過改變過電流保護(hù)的整定值，驗(yàn)證保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間是否符合預(yù)期。

3.2 測試流程

配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)維管理系統(tǒng)的測試流程的第一步為分析系統(tǒng)測試需求，確保所有測試資源就緒。這包括設(shè)定測試環(huán)境，確保其模擬實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境，以及配置必要的測試工具，如Selenium、Postman 和Wireshark，同時(shí)對(duì)測試團(tuán)隊(duì)進(jìn)行培訓(xùn)，使其熟悉測試工具和測試計(jì)劃。在測試計(jì)劃階段，詳細(xì)規(guī)劃測試用例和測試場景，確保覆蓋到系統(tǒng)的每個(gè)功能模塊。接著，進(jìn)入系統(tǒng)測試計(jì)劃以及用例設(shè)計(jì)，這一階段將執(zhí)行編寫的測試用例，驗(yàn)證系統(tǒng)的每個(gè)功能，如數(shù)據(jù)采集、故障檢測、參數(shù)設(shè)置等是否按照預(yù)期工作，記錄下測試結(jié)果。系統(tǒng)測試執(zhí)行是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，通過實(shí)際操作系統(tǒng)功能，驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)時(shí)間。測試結(jié)果會(huì)被詳細(xì)記錄，以便于對(duì)比預(yù)期結(jié)果和實(shí)際結(jié)果，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的不足之處。通過評(píng)估測試結(jié)果，可以對(duì)系統(tǒng)的性能和功能進(jìn)行量化的衡量。最后階段是系統(tǒng)需求與bug 跟蹤，此時(shí)所有在前期測試中發(fā)現(xiàn)的問題都將被記錄在案。測試團(tuán)隊(duì)將使用缺陷跟蹤系統(tǒng)如Bugzilla 來記錄、分配、修復(fù)以及驗(yàn)證缺陷，確保每個(gè)問題都能得到妥善解決。當(dāng)所有關(guān)鍵缺陷都被解決，系統(tǒng)才能進(jìn)入下一階段的測試或準(zhǔn)備上線。

3.3 故障模擬測試

故障模擬測試環(huán)節(jié)主要是通過模擬各種故障場景，驗(yàn)證系統(tǒng)的故障響應(yīng)能力。測試應(yīng)利用專業(yè)的故障模擬器和測試軟件來模擬配網(wǎng)中可能出現(xiàn)的各類故障，如短路、斷線、接地、過載等。在故障模擬測試中，首先定義故障場景的參數(shù)。例如，模擬一個(gè)單相接地故障，可以設(shè)置故障電流為30 A，故障持續(xù)時(shí)間為2 s。使用故障模擬器在配電網(wǎng)絡(luò)模型上施加這些參數(shù)，測試系統(tǒng)是否能及時(shí)檢測并定位故障。同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和故障處理流程，確保故障信號(hào)能夠被正確識(shí)別并觸發(fā)相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。測試工具記錄詳細(xì)的故障響應(yīng)數(shù)據(jù)，包括故障檢測時(shí)間、保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間、故障錄波數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)將與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估系統(tǒng)的故障處理性能。在測試執(zhí)行完畢后，對(duì)所有故障場景進(jìn)行全面的分析，評(píng)估系統(tǒng)在各種條件下的穩(wěn)定性和可靠性。

3.4 測試結(jié)果

通過采用自動(dòng)化測試工具，如JMeter 和LoadRunner，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了全面的測試，確保了在高負(fù)荷情況下的穩(wěn)定運(yùn)行。使用JUnit 和PyTest 等單元測試框架，對(duì)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控模塊、故障檢測模塊、參數(shù)設(shè)置模塊以及故障調(diào)試模塊等核心功能進(jìn)行了細(xì)致的檢驗(yàn)，測試結(jié)果如表1 所示。

表1 系統(tǒng)測試結(jié)果

由測試結(jié)果可知，系統(tǒng)在高并發(fā)條件下仍能保持良好的性能表現(xiàn)，故障檢測與處理速度快，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控準(zhǔn)確可靠。這些成果證實(shí)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高效性和穩(wěn)定性，為提升鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所電網(wǎng)的自動(dòng)化運(yùn)維管理水平奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

本研究所提出的鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)維管理系統(tǒng)在運(yùn)行效果上達(dá)到了預(yù)期的研究目標(biāo)。系統(tǒng)測試結(jié)果表明，所有關(guān)鍵模塊均能有效響應(yīng)運(yùn)維需求，故障處理機(jī)制迅速而準(zhǔn)確，確保了電網(wǎng)運(yùn)營的安全性與高效性。本研究的實(shí)施不僅提高了鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所的配電網(wǎng)絡(luò)智能化水平，也為進(jìn)一步優(yōu)化供電服務(wù)和提升運(yùn)維管理效率提供了可靠的技術(shù)路徑。