基于GPS/GPRS的智能接地线管理系统设计

徐龙彬 朱文滔 谭达成

摘要：在电力系统各类停电作业中，挂接接地线是必不可少的安全措施之一。目前接地线的管理主要通过人工报表记录等方式实现，存在效率低、误差高等问题。针对此类问题，本文基于GPS定位技术以及GPRS通信技术设计一种智能接地线管理系统。系统部署于调控层集中监控工作站中，具备信息管理、统计分析、信息发布、终端查询等多项功能，可使各类用户通过多种终端实时查看接地线挂卸状态，有效解决传统接地线管理方式存在的弊端，并一步减少电力作业事故的发生。

关键词：智能接地线;管理系统设计;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

掛卸接地线是电力系统各类电气操作中危险性与重要性兼具的操作之一，接地线挂卸一旦出现纰漏将会给操作人员以及电力设备都带来严重的安全威胁。但在实际的运维检修以及电力施工作业过程中，由于操作人员素质参差不齐等各种原因，误挂接地线、漏挂接地线及漏卸接地线等情况层出不穷。因此在电力系统中，带电挂接地线，合闸带接地线是较为常见的恶性误操作事故之一，同时也带来了较多的人身安全事故与设备损坏事故。

考虑到接地线挂卸的重要性与危险性，需对接地线采用高效且可靠的使用管理方式。传统的接地线管理主要依靠机械式记录的方式进行管理，作业现场由负责人进行工作票相关信息输入，使用前与使用后则由设备管理人员填写使用记录。传统方法存在的一个明显缺点是当使用接地线地点较多且使用频率较高时，容易造成记录混乱导致接地线误挂、漏挂及漏卸等问题的出现，进一步威胁到电力设备的安全运行。电力系统内由于接地线挂卸问题出现的恶性误操作事件通常是由于接地线管理失误造成的。目前在电力作业现场中对接地线的管理仍采用传统报表的管理方式，当涉及到较多接地线挂卸操作时，作业负责人、管理人员难以掌握现场所有设备的实时据，由此可能带来管理方面的误判，导致恶性误操作事件出现。因此针对现目前接地线使用管理方面存在的问题，本文提出一种基于GPRS的智能接地线管理系统，辅以接地线智能监测中的GPS模块采集位置信息，对接地线使用前、使用中、使用后进行全过程监测管理，结合使用前输入的工作票检修计划信息，判断接地线的挂接状态。智能接地线管理系统的设计采用B/S架构，作业负责人可通过移动终端浏览器登录管理系统查看接地线目前状态、位置信息以及当前归属的检修任务等信息，系统还具备统计分析功能，进一步的方便负责人对现在接地线挂卸状态的把控，有效减少管理方面的失误出现，保障操作人员以及电力设备的安全。

2.智能接地线管理系统总体设计

通过对配电网各类低压设备接地线使用流程、现状进行全面调研分析，整理出配电网低压接地线在使用过程中常见的挂卸、储存以及追溯等方面的管理问题后，结合配电网各变配电站所的低压设备信息、接线信息存储在数据库服务器中。部署于集控站的智能接地线管理系统可通过数据服务器接口实时读取接地线挂卸状态相关信息并对数据服务器进行管理;调控层中，监控工作站可将接地线实时挂卸状态纳入调控防误，将防误技术与接地线监测结合实现对接地线状态集中高效监控;管理层中，作业负责人可通过移动终端、PC终端利用浏览器或封装后的应用软件打开智能接地线管理系统，实时查看接地线位置、挂接状态、归属检修技术等各类信息。通过将接地线进行智能化集中管理，并且将接地线挂卸状态监测与防误技术结合，有效提升了现场作业的安全水平。智能接地线管理系统结构设计如图1所示。

智能接地线管理系统主要采用三层架构设计，包括间隔层、站控层及调控层。间隔层主要为无线基站、固定接地桩及配置智能监测仪的接地线;站控层为配电网各变配电站所的监控工作站，监控工作站与智能接地线之间为一对多关系，一个监控工作站可监测多个智能接地线;调控层主要包括集中监控站、智能接地线管理系统软件以及数据库服务器等。

电力系统数据在传输时需注意信息安全的问题，根据国网公司网络与信息系统安全管理办法，监控工作站与接地线集中监控站从网络分区来看应划分为I区，与外部Web服务器的连接应经过物理隔离，物理隔离以物理方法将内部网络与外部网络隔开，保障传输数据的安全。

3.智能监测终端设计

通过对智能接地线管理系统需求分析以及系统总体设计，明确接地线监测终端需具备的功能，对终端进行架构设计。接地线接线钳装设高精度传感器结合接地桩处的开关量反映接地线挂卸状态，并将状态数据上传至微处理器单元;GPRS模块将智能监测终端采集到的GPS位置信息与接地线挂卸状态通过无线通信网络上传从间隔层上传至站控层;预留RS485接口，现场操作人员可通过该接口对智能监测终端各参数进行设置;显示电路驱动LED显示器显示当前接地线工作状态、位置信息以及归属检修技术;配备充电电池为监测终端提供直流电源，满足长续航工作的需求。考虑到智能监测终端工作环境的特殊性，终端各电路均采用防水防尘防电磁干扰的密封光电输入设计，通过光电开关有效保护监测终端的密封结构。智能监测终端设计如图2所示。

4.智能接地线管理系统软件设计

挂接接地线是电力系统在进行电力建设以及运维检修时必须进行的关键操作，接地线的正确挂接关系到操作人员以及电力设备安全稳定运行，因此接地线的使用有严格的操作流程与规定。本文根据实际的接地线使用流程设计了智能接地线管理系统软件实现的数据流图，如图3所示。

图3所示的数据流图设计了智能接地线管理系统软件中的主要五个环节为：录入工单、终端设置、数据解析、统计分析、数据发布以及终端查询。

（1）录入工单

工作票内容包括接地线挂接设备以及序号等信息，开具工作票需首先进行现场作业情况评估，根据实际情况确定接地线挂接的类型及位置。工具票开具之后，操作人员可选择手动将检修计划任务等信息输入接地线管理系统或者利用管理系统管理电力企业PMS系统，从PMS系统中自动获取此当次任务内容并生成系统任务单。管理系统中任务单的内容涵盖了接地线所需的各类检修计划信息，包括设备归属部门、归属检修计划、停电设备或线路、工作负责人、作业起止时间、作业地点等信息。智能接地线管理系统与PMS系统后交互无缝对接数据，但现场作业人员也可选择手动输入工单数据，以免系统读取出错的情况出现。

（2）终端设置

终端设置环节主要是将智能接地线管理系统中的信息配置到智能监测终端中。在实际电力作业现场中，存在多组多地接地线同时挂接的情况，因此为对接地线进行准确区分，需将地点以及编号等定位信息录入任务单并配置到智能终端之中，每个智能监测终端在当前时段内的任务中需拥有唯一编号。根据任务单中录入的接地线编号对相对应的接地线监测终端进行任务所需参数设置，且在当前任务结束前参数配置无法更新。

（3）数据解析

当安装在接地线上的智能监测终端启动后，终端开始初始化并进入工作模式，此时智能监测终端会持续对接地线接地钳的开合状态进行监测，以此达到对接地线挂接状态的实时监测，并将相关数据通过GPRS网络上传至数据服务器。

（4）统计分析

统计分析是智能管理系统具备的高级应用功能，主要实现对接地线挂卸状态数据的统计，并对此类数据进行挖掘分析，提取高价值信息，分析可能存在的现场问题。

（5）数据发布

智能接地线管理系统利用发布接口将接地线的挂接信息发布到Web服务器中，保障各类系统用户均可实时查询。

（6）终端查询

作业负责人、企业管理人员可通过移动终端、PC终端通过浏览器登录智能接地线管理系统查看系统发布的实时接地线挂接状态信息。

5.結论

针对传统接地线管理方式无法应对多组多地同时挂接接地线的问题，本文设计了一种智能接地线管理系统。该系统以接地线智能监测终端为数据来源，通过应用GPS以及GPRS技术获取接地线位置信息并传输采集到数据。智能系统应用包括录入工单、终端设置、数据解析、统计分析、数据发布以及终端查询五个环节。系统部署在调控层监控工作站中，通过Web服务器发布实时监测数据，作业负责人可通过移动终端查看接地线实时挂接状态。通过应用智能接地线管理系统可有效解决传统管理方式存在的问题，具备一定的工程实用价值。

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