变电设备状态接入控制器的Web系统

郭宏燕　龚东武　万煜新　王龙阁　陈晓民

（许继集团有限公司，河南 许昌　461000）



变电设备状态接入控制器的Web系统

郭宏燕龚东武万煜新王龙阁陈晓民

（许继集团有限公司，河南 许昌461000）

摘要为了解决变电站内多套在线监测系统信息标准化程度低、无法远程管理的问题，本文提出了一种变电设备状态接入控制器Web系统解决方案，给出了该方案的系统结构，基于J2EE平台和AJAX相关技术，开发了具有跨平台特性的Web服务器控件，并对系统模型、用户管理、趋势曲线、故障诊断等功能模块进行了详细阐述和分析。通过测试与应用，证明了该系统的可行性。

关键词：在线监测；状态接入控制器；J2EE；AJAX；Web

随着智能电网蓬勃发展，各种变电设备不断增加，为了准确、有效地发现设备潜伏性故障或缺陷，迫切需要采用先进的状态监测技术及时获取设备状态信息。然而由于在线监测产业发展的历史原因，状态监测装置缺乏统一标准，不同状态监测类型和厂家自成一体，形成从前端到后台的条线型部署格局。监测数据无法集成，仅能在站内查看，难以在主站层对设备运行状况进行统筹分析诊断，综合应用问题突出。

状态接入控制器（Condition Information Acquisition Controller，CAC）[1]是智能变电站状态监测系统的关键装置[2-3]，是设备状态监测系统中承上启下的重要一环。在变电站中引入CAC，统一了信息模型和通信规约，有利于站内数据资源整合以及设备标准化信息的上传下达，有效解决了目前变电站内监测装置类型多、厂家多、功能重复、数据无法共享等问题，其Web系统实现了在线监测数据的远程管理和故障诊断，为设备智能化、信息化提供了技术支撑。

1　变电设备状态接入控制器Web系统架构设计

1.1系统总体架构

图1是智能电网状态监测系统的分层分布式网络结构，分为网省侧主站系统和站内部分。将状态接入网关机（Condition Information Acquisition Gateway，CAG）部署在网省侧主站系统，接收CAC发送到主站系统的数据。站内部分，采用“三层两网”结构，分为过程层、间隔层和站控层[2]。CAC安装在站控层，以变电站为监测对象，实现站内整个状态监测系统的运行控制及变电设备状态数据的汇集存储和转发。综合监测单元（Comprehensive Monitoring Unit，CMU）部署在间隔层，接收并处理状态监测装置发送的数据，实现与CAC的标准化数据通信[4]。CAC布置在电力安全Ⅱ区，PMS设备管理客户端布置于电力公司局域网，属电力安全Ⅲ区，为了强化安全区之间的隔离，使各安全区中的业务数据得到有效的保护，CAC的Web服务器与电力公司局域网之间采用硬件防火墙进行隔离，从物理上保证了系统的安全。将Web服务器引入现场CAC装置中进行Web发布，结合了Web技术的开放性、标准性、独立性和嵌入式技术的高可靠性，为高效线监测系统信息化、智能化提供了一种良好的解决方案。

图1　基于状态接入控制器的状态监测系统架构

1.2系统软件架构

本系统采用目前业界主流的Java开发体系Struts+Spring+Hibernate实现B/S瘦客户机模式。从图2可以看出，系统架构主要由数据访问层、业务逻辑层和表示层构成。数据访问层借助开源框架Hibernate对JDBC进行轻量级的对象封装；业务逻辑层使用Spring实现业务组件的组装关联与管理，通过IoC、AOP的应用最大限度地降低业务组件之间的耦合度；表示层使用Struts框架把Servlet、JSP、自定义标签和信息资源整合到一起，系统开发时不用再自己编码实现全套MVC模式，极大的节省了时间。

图2　软件架构图

业务流程调用框架过程如下：

1）AJAX引擎把用户浏览器HTTP 请求以异步方式发送给JSP，JSP页面实现交互界面，负责传递请求和接受响应，JSP将处理后的结果经AJAX引擎以返回到客户的浏览器中，在不重新加载整个网页的情况下，对网页的某部分进行更新，大大提高了系统响应速度[5]。

2）表示层Struts，根据Struts Action接受到的ActionForm，委派相应的Action。

3）业务逻辑层，管理服务组件的Spring IoC容器负责向Action 提供业务模型组件和该组件的协作对象数据处理（DAO）组件完成业务逻辑[6]，并提供事务处理、缓冲池等容器组件，提升系统性能，保证数据完整性。

4）数据访问层依赖于Hibernate的对象化映射和数据库交互以处理DAO组件请求的数据，并返回处理结果。

2　系统设计及实现

2.1系统功能设计

本系统能够对包含变压器（油色谱、局放、铁心、风机、油泵）、容性设备（主变套管、电流互感器CT、电压互感器CVT、耦合电容器OY）、氧化锌避雷器 MOA、高压断路器、高压组合电器GIS、蓄电池，隔离开关等主要变电设备类型的在线监测数据以及CAC及监测装置工况进行展示，能够以一定的存储策略对在线监测数据进行存储，并具备远程管理功能。系统功能如图3所示。

图3　系统功能结构图

2.2系统具体实现

本系统操作系统采用Linux（red hat enterprise 5.4），业务数据库采用MySQL 5.0数据库，系统的业务模型部分用Java语言进行开发，表示层选用Struts 2框架，业务逻辑层选用Spring 3.2.3，数据库操作部分选用Hibernate 3.0，动态页面设计选用JSP2.3。开发环境为NetBeans IDE 7.4。由于设计模块繁多，本文只介绍部分功能模块。

1）架构搭建

系统架构搭建过程如下：①在所建cacweb项目下导入Struts、Spring和Hibernate所需的包；②在src目录下新建包cacdomain、cacdao、cacservice、cacaction、cacweb等包，并编制业务相关*.java文件；③在WEB-INF目录下web.xml下配置；④在WEB-INF目录下新建文件applicationContext.xml，进行配置；⑤在src目录下新建struts.xml文件，进行配置；⑥在WEB-INF目录下新建actionservlet.xml进行配置；⑦在WEB-INF目录下新建service.xml；⑧在WEB-INF目录下建立transaction.xml文件；⑨在Web/JSP目录下创建业务相关*.jsp文件。

2）系统模型模块

该模块对整个变电站中接入控制器的在线监测装置进行管理，以设备树的形式展示在线监测相关的LD和LN。通过操作设备树上的逻辑节点来查看监测装置上传的遥测、遥信点对应的ID编号、名称和参引信息。设备树初始化流程图如图4所示。

图4　设备树初始化流程图

3）用户管理

为了保证在线监测系统信息安全，该模块实现对系统用户的统一管理。提供用户登录界面，利用login.jsp获取客户端用户的登录信息并进行登录控制。对于管理员和一般权限用户进行明确分工与管理。管理员拥有用户增、删、改，用户权限分配，以及信息浏览、数据管理等所有权限，一般用户只能在管理员分配的权限范围内，进行信息浏览和操作，只能对自身的密码进行修改。用户管理界面能够对用户信息按照表格形式分页显示，以usermanage.jsp为入口，依次调用User Manage Controller.java、Users Service.java、Users Dao.java、Users.java中相关函数实现与数据库的交互。数据流程如图5所示。

图5　用户数据流程图

4）历史趋势

该模块提供了以曲线形式展示在线监测历史数据的功能。系统以用户选择的设备树上的逻辑节点、所选时间区间为查询条件，以趋势曲线的方式展示所选设备监测参数的趋势变化。通过图例操作可以屏蔽和开放所选曲线的显示，具有曲线放大、缩小、移动和打印功能，曲线可保存为.png、.jpg格式图片。该模块采用DHTMLX对设备树进行设计、采用Highcharts对曲线进行绘制，大大提高了系统的兼容性。系统实现界面如图6所示。

图6　趋势曲线图

5）故障诊断

本模块针对变压器油色谱进行故障诊断[4]，对于CAC采集的变压器油中溶解气体各组分含量进行分析，当H2、C2H2和总烃其中之一参量超标时，采用大卫三角形法和立方图法对于所选变压器历史库中最新的色谱数据进行故障诊断。两种方法相互参照，综合考量，对算法盲区进行修正，将诊断结果以汇点和文字描述的方式展示出来。取一组现场数据：H2：46.60×10−6，CH4：23.24×10−6，C2H2：54.09×10−6，C2H4：20.29×10−6，C2H6：4.37×10−6，大卫三角形和立方图诊断结果均为低能放电，由此认定系统故障为低能放电。诊断界面如图7和图8所示。

图7　大卫三角形诊断

图8　立方图诊断

3　系统测试

系统测试选择一个220kV变电站，状态监测系统按最完备的监测量考虑，监测设备本体包括3台240MVA变压器、10个220kV GIS间隔、20个110kV GIS间隔、10面10kV开关柜及30只高压避雷器[7]，共计1050个测点。历史数据按5min存储间隔，存储一年的数据进行库容量模拟。我们使用测试软件LoadRunner对系统的压力和负载能力进行测试，模拟100个客户端浏览器同时访问系统，系统响应速度在3s以内，系统CPU使用率未超过30%、网络通信负荷率未超过20%，均满足设计要求。

4　结论

基于变电设备状态接入控制器，采用Struts+ Spring+Hibernate框架，实现在线监测数据的远程Web发布和管理，经过两个月的测试和试运行，系统稳定性良好。

参考文献

[1] Q/GDW 740—2012. 输变电设备在线监测系统变电设备在线监测I2接口网络通信规范[S].

[2] Q/GDW 534—2010. 变电设备在线监测系统技术导则[S].

[3] Q/GDW 535—2010. 变电设备在线监测装置通用技术规范[S].

[4] Q/GDW 739—2012. 输变电设备在线监测系统变电设备在线监测I1接口网络通信规范[S].

[5] 胡锦丽. 基于J2EE+AJAX的分布式任务管理系统的应用研究[J]. 三明学院学报, 2006, 23(4): 422-425.

[6] 沙先军, 王爱平, 魏博诚. 基于SSH的渠道管理系统的设计与实现[J]. 微型机与应用, 2011, 30(4): 89-92.

[7] 周永忠, 叶鹏, 张治桥, 等. 智能变电站状态监测系统网络结构研究[J]. 电测与仪表, 2012, 49(11): 39-43.

郭宏燕（1985-），女，河南省许昌市人，本科，主要从事变电设备状态监测产品研发工作。

Web System of Condition Information Acquisition Controller for Substation Equipment

Guo HongyanGong DongwuWan YuxinWang LonggeChen Xiaomin (XJ Group Corporation, Xuchang, He’nan461000)

Abstract To solve the issues that multiple sets of online monitoring system in substation has low standard information degree and cannot be managed remotely, this paper proposes a web system solutions of condition information acquisition controller, presented the system structure of this scheme, based on J2EE and Ajax technology developed a lot cross platform component, elaborates and analyze the function module of system model, user management, trend curve, fault diagnosis,etc. The feasibility of the system is proved by testing and application.

Keywords：on-line monitoring;condition information acquisition controller; J2EE; AJAX; Web

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