电力系统继电保护故障信息采集及处理系统设计

张亚菲

（国网重庆市电力公司江津供电分公司，重庆 402260）

继电保护故障信息采集及处理是电力企业正常运作的关键，也是电网运行顺畅的重要条件，能极大程度提升电网本身服务质量，是电力企业适应当前时代发展需求的重要条件。文章针对当前继电保护故障信息采集及处理的实际情况进行调查，从而全面了解继电保护故障信息采集及处理系统今后的发展方向，继而以信息开发的观念来设计系统，提出了设计方案。

1 系统总体概述

在了解MODEL VIEW CONTROLLER 之后决定继电保护故障信息采集及处理系统采用3层机构，用户终端（浏览器）、应用服务器平台（Java EE）、后台数据库（SQL Server）。继电保护故障信息采集及处理系统开发模式有C/S 模式和B/S 模块。

C/S 模式适合规模相对较小的系统，主要是由于C/S 模式局限性较大。例如，与其进行连接的计算机数量的局限等，因此可选择的用户相对较少。

B/S 模式将系统程序置于互联网，客户机只需要与互联网连接，就可以启用应用程序。因为B/S 模式本身受到局限较小，而且互联网更加开阔，因此，可以满足更多用户的基本需求。因为电力企业维修人员本身经常外出，对于时间和地点都有相对特殊的要求，因此，继电保护故障信息采集及处理系统通常使用B/S 模式。

2 系统模块化设计

由于继电保护故障信息采集及处理系统规模比较大，系统相对复杂，所以采用模块化的设计思想，自上而下进行分层处理，在设计时，应用统一建模语言。本研究设计继电保护故障信息采集及处理系统，主要是为了提升电力企业变电站维护工作的效率，实现科学化、信息化管理，该系统可以通过互联网等载体连接到电力企业的办公区域，最终系统会介入工单系统，从而为工单系统提供数据支持。

2.1 系统管理模块设计

（1）用户管理。该模块是对用户进行统一管理，由管理员进行用户的创建，创建内容包括密码、用户名等，用户在登录系统之后可以对自己信息进行修改，而删除用户操作只可以让管理员来操作。用户管理模块如图1所示。

图1 用户管理

（2）角色与权限管理。继电保护故障信息采集及处理系统中角色/权限管理内容如图2所示。

图2 角色/权限管理

一个角色可以针对多个用户来操作，因此，可以拥有很多权限。而一个权限又可以控制多个资源，完成多种操作。具体设计如图3所示。

图3 角色/权限/用户类

权限管理模块主要包括角色类、用户类、权限类、操作类、资源类。角色类包括角色名称、编号、角色描述。用户类包括姓名、年龄、职务等基本信息及编号。权限类包括权限名称、编号、权限描述、可执行操作、可访问资源。操作类包括操作名称、编号、操作描述。资源类包括资源名称、编号、资源描述。

（3）日志管理。日志管理模块主要功能是记录用户使用信息、访问情况等。继电保护故障信息采集及处理系统将这些情况生成日志，管理员可以查看，进行分析和统计，满足监督的效果，进而确保继电保护故障信息采集及处理系统使用安全。由于日志本身的数量较大，这就要求管理员有足够的耐心和细心，对日志进行系统管理。具体如图4所示。

图4 日志管理

日志管理模块主要由4部分组成，分别是日志归档、日志统计、日志管理和日志类。其中日志归档包括日志编号、日志存放的路径、最近一次查询时间。日志统计包括统计人员、统计用途、报表生成及生成路径。日志管理包括编号、归档及统计。日志类包括日志的记录时间和使用。

2.2 告警监控模块设计

（1）告警采集设计。数据采集与监视控制系统上报数据需进行挑选，将电力企业所需要的挑选出来，例如：遥信变位信息，将设备告警的信号存储为一个列表，可以使用告警采集条件信息，并将所挑选得出的结果存储于数据库。

告警采集过程可以分两步完成：①告警采集线程。该过程通过子站采集告警，放入队列之中，遵循先入先出原则。②告警存储线程。将告警从队列中拿出，对告警进行分析，因此得到有用信息，进而转换告警格式，使其成数据库兼容的Value Object 格式。由于告警本身具有一定持续性，导致这两个线程一直不停，因此，需在线程中引入重连机制，若网络出现问题，可以进行重连操作。

告警队列在告警采集十分重要，严格遵守先入先出原则，支持多线程同时操作，并且这个过程中要在一个安全的环境进行，因此本设计采用生产者/消费者模式。

JDK 5可以简化告警采集设计，利用JDK 5可以设计出效率高、安全性高的队列。Blocking Queue 中将两项重要的操作：①告警获取过程中将那些等待操作的队列定义为非空；②告警存储过程中将等待的队列定义为可用。完成操作之后会出现4种结果，即抛出异常、特殊值、阻塞、超时。Blocking Queue 的4种读写方式比较见表1。

表1 Blocking Queue的4种读写方式比较

Blocking Queue 可确保告警的先入先出原则，其对队列的接纳量要优于数组队列，操作过程相对安全，因此，本设计采用Blocking Queue 来完成告警采集设计，以阻塞式作为读写方式。当告警队列中缺乏需操作的数据，这时take 操作就一直阻塞，其他操作都暂停，当有数据时，立刻进行take 操作，并分析数据。

在告警采集时，若需恢复告警，则将这个要求加入恢复告警队列中，一旦其中有数据，则开始恢复工作，恢复告警后，会弹出一条提示信息，询问是否恢复，若确定恢复则点击“是”，若不回复则点击“否”。

（2）故障跳闸信息采集设计。继电保护故障信息采集及处理系统的数据根据优先性可以分为一级数据和二级数据。一级数据设置了缓冲延时处理模块，流程是：初始化过程→总召唤→是否需要读子站配置→是否下发命令→是否召唤二级数据→是否回答报文→总召唤时间是否到→召唤模拟量时间是否到→是否进行对时操作。

2.3 运维工单处理流程设计

（1）工单派发/转派。工单派发工作是由检修公司专门负责，其中会涉及转派。在工单派发/转单时，可以安排专门的人来负责或专门的岗位来完成这一环节的工作，以便工单有效传递到检修人员手中。考虑电力企业工作性质和实际情况，派发工单可以使用移动手持设备加以完成。

（2）工单回复。检修人员处理完故障后，可以通过使用移动手持设备连接互联网回复工单，其中应当将详细写清处理结果，例如，更换的备件等。

（3）工单结束确认。变电站内勤人员收到检修人员的工单回复，对照告警消除情况来确定故障是否得到解决，若告警消除，则故障得到接触，此次维修过程结束；若告警并未消除，需重新处理故障，直至告警得以解除。在工单回复中，应当包括故障类型、处理进展、工单申请时间、工单处理时间等信息，信息填写完整后点击提交。

（4）故障经验库。以往变电站出现故障都是依靠人工经验来判断故障类型、故障原因、解决方案，因为故障种类繁多，因此，故障处理效率也会更低。但是工单系统可以进一步提升故障处理的速度，在发现故障时，可以准确地找出故障原因，因此提出有用措施，维修人员可以及时操作，解决故障。

（5）工单考核。电力企业可以依照工单中的数据和考核指标对检修人员进行考核评分，考核结果可以作为工单考核的重要基础。

2.4 统计分析与报表制作设计

（1）统计图的设计。继电保护故障信息采集及处理系统的统计图由jq Plot 开源框架制作而成，jq Plot开源框架的图标展示功能很强大，不需要生成图片，可以根据数据的变化而展示出来。jq Plot 开源框架的基础是jq plot.js，并由多个支持js 格式的插件，jq plot.js 只可以绘制出现状图，若要想插入柱状图或饼状图还需要引入pie Renderer.js 等文件。本设计选用jq Plot，是因为其可以报表形式多样，还可以自己选择日期格式，再加上jq Plot 开发较容易，可以满足系统的需求。

（2）报表制作的设计。在制作报表设计中文章选择Apache POI，其可以读写Microsoft Office格式文档。POI 还可以读写Microsoft Excel XLS、Microsoft Excel OOXML XLSX、Microsoft Word DOC、Microsoft Power Point、Microsoft Visio 等格式的文档。本设计中生成的Excel 是97～2003 版本，设置了Excel File和Excel Sheet，用作封装表格和生成sheet。

3 数据库设计

为了让继电保护故障信息采集及处理系统具备开放性能和信息共享性能，需要做好数据库设计的工作，以此保证数据处理本身的实用性。而且集成监测软件有一定特殊性，因此，实时数据展示这一功能不可或缺。因此，在该系统运作时，需要对数据进行实时处理。

继电保护故障信息采集及处理系统中的数据主要有两个形式，即静态数据、动态数据。静态数据包括电力设备描述信息、变电站的描述信息等。动态数据包括峭度等数据、统计量的偏斜度以及局部放电的时域波形数据。处理动态数据还分为两种方式：①临时存储，对覆盖原来的数据形成新的数据。②永久存储，此种数据可作为今后分析工作的数据资料。

4 安全性设计

利用RSA 加密算法给数据库加密，可有效提升数据的安全性，并充分利用继电保护故障信息采集及处理的人机互动性，可将系统处理时间尽量控制在2s。

5 结束语

为了保证电力系统继电保护故障信息采集及处理工作顺利开展，文章设计了继电保护故障信息采集及处理系统。应用各种技术实现了自动化、实时化的告警监控，提升了工单处理效率，也方便电力企业查阅操作记录，并对继电保护工作进行调整和优化。该系统也可以实现多个功能，这些功能有助于运维部全面掌握电网故障情况，及时处理故障，以此确保电网正常运行。