基于SOA的状态检修系统设计

刘国民，宋 雨，周庆捷

(1.华北电力大学，河北 保定 071003;2.北京中恒博瑞数字电力科技有限公司，北京 100096)

随着电力系统规模的扩大及电力设备在数量、质量上的迅速提升，原先的设备定期检修模式越来越不适应电力企业生产及设备的管理要求。各个电力企业与公司根据实际情况陆续进行了设备状态检修尝试。为规范电力设备检修管理，适应当前电力行业管理需要，各个电力企业都在进行状态检修规范化、标准化的尝试，国家电网公司为此还制定了部分设备的状态检修标准及评价导则。基于SOA(面向服务)架构的状态检修设计方案有效解决了当前检修方面及电力企业信息系统方面不能相互操作、数据不能共享的难题。

1 SOA架构

SOA架构是近年来软件工程领域的热门话题。SOA是一种设计方法学，目的是最大限度重用应用程序中的“服务”，以提高IT设施的适应性和效率。SOA的核心思想是把组织的业务流程功能模块组件化，对外提供标准服务，使组织内部不同业务部门或不同组织之间的业务整合更加容易［1－3］。SOA通过高复用降低开发成本，通过粗粒度、松耦合屏蔽复杂的业务逻辑，从而使软件生产规模化成为可能。SOA体系的结构模型见图1。

图1 SOA体系的结构模型

2 状态检修系统理论分析

状 态 检 修 (Condition Based Maintenance，CBM)指根据先进的状态监测和诊断技术提供的设备状态信息，判断设备的异常，预知设备的故障，在故障发生前进行检修的方式，即根据设备的健康状态安排检修计划，实施设备检修［4－6］。

图2 故障率曲线

设1台设备由许多零部件组成，在收集大量有关设备连续运行与检修时间的数据后，通过数理统计方法，可拟合出典型的故障率曲线 (见图2)。

图2中，λ(t)指设备在 ［0，t］时间内不发生故障的条件下，下一个单位时间发生故障的概率，即设备在t时间的故障率。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ指时间段，其中Ⅰ为早期故障期;Ⅱ为偶然故障期;Ⅲ为损耗故障期。

a． 早期故障期

曲线呈下降趋势，故障率λ(t)随时间t的增加而降低。设备在初期故障率较高主要是由于设计上的疏忽、生产工艺质量不佳、某些零部件质量差及安装不当等。经过技术改进、缺陷排除后，故障率逐渐下降，设备质量进入稳定期。这一时期的设备维修宜采用定期维修、故障检查维修，以更换质量差的零部件，或做技术革新改进，延长设备使用寿命。

b． 偶然故障期

此时的曲线近似为一条直线，故障率λ(t)随时间t的增加变化不大，近似一个常数。故障主要由一些偶然因素引起。在这一时期，由于设备的质量相对比较稳定，若采用定期维修制，频繁检修更换设备零部件，不仅影响部分部件的使用寿命、造成不必要的经济损失，而且会使设备长期处于故障率较高的早期故障期。“状态维修”思想便是针对这一时期的故障消除提出的。通过对设备状态进行监视，预测其可靠性程度，排除那些造成故障的偶然因素，从而提高设备的使用寿命。

c． 损耗故障期

该时期的曲线呈增长趋势，故障率λ(t)随时间t的增加而升高，由于许多零部件的磨损和老化，致使设备故障逐渐增多。此期间的故障可称为损耗性故障，发生的多少与设备工作时间有关。因此，宜采用预防维修方法，更换部分已老化及损坏部件，以降低设备故障率。

3 基于SOA的系统架构研究

通过基于SOA架构而设计的状态检修系统，可很好的解决电力企业复杂的数据隔离现象［7－8］。通过SOA集成平台，各个电力企业信息系统不仅能够交换各自的数据，还可实现互操作性，为系统以后的升级或变更带来了很大方便［9－10］。

3.1 系统流程分析

状态检修工作的基本流程包括设备信息收集、设备状态评价、风险评估、检修策略、检修计划、检修实施及绩效评估7个环节。其流程图见图3。

图3 状态检修工作流程

以J2EE为平台，struts为流程架构，SOA为请求架构，把struts中的action按照SOA定义标准封装成服务，通过struts架构流程方式实现状态系统检修。把检修管理流程分为几个单独模块。每个子模块划分为一个服务，每个服务又组合成一个新的组件，而组件又可定义暴露为一个新的服务。以此为基础，状态检修系统分为几个管理模块 (见图4)。

基于SOA架构过程中，每个模块都是以组合方式为单位进行配置的。

在具体组件的实现细节中，按照SSH(struts2+spring+hibernate)框架开发，每个服务对应若干个action。每个action是实现具体细节的逻辑功能单元。

保护设备状态检修体系的各个功能模块相互配合协作，以各类保护设备状态评价、诊断及预测评估的模型、算法为理论支撑，构成一整套完整的保护设备状态检修管理体系。系统业务核心功能由基础数据管理、分析模型维护和检修专业管理实现。同时为了保证系统安全、规范运行，整个业务流程都在系统维护与标准维护的管理框架内进行。

3.2 系统业务分析

图4 状态检修功能框图

电力设备状态检修系统的主要功能定义:获取并处理电力设备相关的反映设备健康状态的状态量数据，评价设备当前状况，预测状态量未来发展趋势，对状态劣化和趋势不良的设备及时发布状态预警消息，并进行有效的故障建模和原因分析。最终通过综合优化检修策略模型，提出检修决策建议，有效支持状态检修工作的具体实施。系统业务功能总体架构见图5。

图5 系统业务功能总体架构

在业务流程运转产生大量数据资料基础上，系统还能够提供方便的综合信息查询功能，方便用户从整体上全方位做好状态检修工作，最终实现保护设备状态检修工作的规范化、流程化，提高生产管理效率。整个状态检修系统业务流程图见图6。

图6 系统业务流程

业务流程中，根据保护基础数据管理、状态量和分析模型维护 (包括检测预警、状态评价、决策建议、检修校验管理)的相关属性进行逻辑判断，然后根据判断结果进行逻辑整合，最终实现所需信息的查询。基于以上设计而研发的继电保护设备状态评价和状态检修专家系统在宁夏电力公司上线运行3个月来，收到了很好的效果，大大提升了检修效率和准确率。

4 结束语

详细介绍和分析了状态检修系统的功能设计和业务设计，并结合电力信息化的特征，提出了基于SOA架构进行总体设计的方法。状态检修系统是一个很复杂的建设工程，涉及的理论和方法很多。状态检修是我国电网发展的趋势，也是电力企业信息建设中需要认真研究的课题。

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