基于台区TTU设备的故障快速定位方法研究

国网上海市电力公司长兴供电公司 李庆博 陈东亚 黄志鹏 陆忠心 黄 冬 王月强

电力系统的信息网络安全在电网安全运行中起到了十分重要的作用。当配电网检测设备发生故障时，运行维护人员的首要任务就是快速确定故障区段，尽量缩小巡线范围，让抢修人员能够准确，高效地到达故障点开展工作。

1 现状原因分析及目标

1.1 现状原因分析

台区内TTU终端设备若发生故障，对整个数据后台的数据采集分析会有很大影响。就目前实地考察状况和调研结果看，一旦台区内TTU设备中的某一台设备发生故障，都无法对该设备的运行情况、地理信息、故障设备情况等进行及时掌握，也无法对故障频率较高的TTU设备进行相应分析，这会降低电力巡检人员解决故障的效率，大大影响到终端管理系统对整个电力设备的把控。

在对TTU设备具体地理位置不明确的情况下，若采用传统寻找TTU设备地理位置的方式，只能到达故障位置附近路径，但在一些恶劣地形或路况下是一件非常困难的事情，有时可能需再绕路，要多次迂回找路才能够到达目的地，环境复杂的地方可能由于物体的遮挡并没有发现，这就是传统的对于TTU故障设备定位的缺点。

1.2 目标

为解决目前定位TTU故障设备的问题，需认真规划和记录各个输电设备的精确位置，本项目使用地理信息系统、又称为“地学信息系统”方式记录入库，构建自主录入、控制、修改为一体的同步应用支撑体系，利用地理信息系统所查到的具体地理位置信息精确到故障设备地点，可帮助迅速和准确定位到各TTU设备的精确位置，提高了对整个电力供配系统的掌控，使整个过程信息化、智能化，在提高工作效率的同时也可对设备进行管理。

在故障分析方面，可查看该设备在一段时间内出现问题的几率，反馈信息通过图形可视化的方式进行展示，以图表形式生成一目了然的信息结构，信息再通过加密方式进行传输，这样既可确保信息网络安全，同时又提升了工作人员日常工作效率。

2 总体设计方案

2.1 总体设计

根据项目需求将项目业务划分为表现层、应用层、服务层。

表现层是程序所在搭载终端或平台的功能展示和数据查询。

应用层是项目业务中的主要实现，根据不同数据源将应用功能模块划分为：软件基础模块。主要处理包含软件运行日志数据、软件基础配置数据、TTU设备基础相关信息软件基础数据等；快速定位模块。用于处理TTU设备的经纬度坐标数据及用户当前定位数据的获取，以及结合起始地与目的地经纬度进行路径规划功能的相关实现；故障分析模块。用于处理TTU设备的故障数据、故障诊断方案数据、以及历史TTU设备故障数据记录，并基于各类故障数据、故障情况形成故障可视化报表；用户管理模块。是系统安全的重要保障，负责处理使用用户的用户数据、权限角色管理实现。

服务层是软件应用层的基础实现，应用层的功能调用基于服务层，这样设计的目的在于方便系统迭代，同时保障系统核心代码的安全性和健壮性。服务层主要针对软件日志、系统配置、故障报表、设备定位、权限管理等提供底层实现。

图1 基于台区TTU设备故障快速定位研究业务架构

2.2 关键技术

基于该系统的业务架构，针对业务架构制定系统技术实现的技术架构，分为客户端、网关、服务端和数据存储：客户端基于原生的前端技术如HTML、CSS3以及JavaScript等技术实现，并使用JSON格式的数据与服务端进行数据交互；网关则负责提供客户端的数据访问和数据接入，是基于轻量级的代理服务Nginx实现；服务端负责业务架构中的应用层和服务层的技术实现，项目基于Spring Boot框架实现，使用Tomcat服务器部署，可部署在云平台或本地化服务器组以提供服务。

涉及与客户端的页面异步通信采用WebSocket通信框架，与客户端交互的JSON数据采用Alibaba的开源高性能JSON解析库Fast JSON。对于所有客户端的运行数据都采用持久化存储解决方案，是采用了基于Apache的开源半ORM持久化框架My Batis封装的My-Batis-Plus框架。为保障系统的良好运行，服务端针对系统运行情况实现了系统的全链路日志，使用最新的Log4j2日志框架实现，并将系统日志定期输出到指定文件中，便于监控系统运行及通过日志排查系统BUG，同时定制定期清理、整理日志文件，以保证日志文件的良好的可追溯性。

图2 技术架构路线图

服务端流转的数据使用缓存+数据库进行存储，缓存使用高性能的键值数据库Redis，同时定期备份持久化缓存数据，防止由于Redis集群机组宕机从而导致缓存数据丢失。数据库使用开源的关系数据库MySQL实现，同样定期备份数据库的binlog日志数据文件，防止数据库关键数据的丢失。

3 系统软件设计

3.1 系统工作原理

对指定故障设备进行快速寻径方案，采集台区内配电网终端设备地理坐标信息进行优化处理、匹配、存储，接收到急缺地理信息信息后转入后台系统，对台区内配电网终端设备地理坐标信息进行解析，匹配到地理信息坐标，进行最佳线路寻径。数据录入参照台区内TTU设备名与TTU设备地理信息数据，建立TTU设备坐标数据库，存储所有台区内TTU设备地理坐标信息和TTU设备名称间的匹配关系。

图3 系统整体软件功能流程图

3.2 系统工作流程

系统用户权限区分为普通权限用户和管理权限用户，普通权限用户无法使用敏感功能，如删除TTU设备经纬度数据等，如需使用需更换管理员操作权限。用户需使用统一的登录接口来进入应用程序，通过登录接口，系统可获取当前使用用户的用户信息及用户的权限角色，通过权限角色校验进行统一权限验证，根据不同的用户权限发放用户不同权限的Token，该Token的用户每次的系统功能使用。需注意的是，用户登录获取的权限Token是具有一定时效性的，如Token失效则无法在继续使用权限，需用户重新登录获取Token。

通过系统用户可查询TTU设备的基础信息，包括设备编号、设备名称、设备经纬度位置等，同时可查看TTU设备的运行状态，用户可通过选定TTU设备获取其精确经纬度坐标，实现快速定位TTU设备。用户也可实现对TTU设备的信息管理功能，诸如新增TTU设备信息、修改TTU设备的错误信息等。设计比较敏感的操作，如删除TTU设备的经纬度坐标数据，要求用户具有管理权限，同时对于删除操作，系统只针对逻辑删除进行实现，实际并不删除数据的物理存在。

用户可通过TTU设备的故障管理查看TTU设备的故障历史，同时针对故障解决方案，构建统一的TTU设备故障解决方案库，便于TTU设备发生故障时，通过TTU设备的故障成因分析确定TTU设备故障处理的方案。对于TTU设备的故障历史、故障成因等可衡量的数据，提供故障可视化报表服务，便于查看设备的故障历史和故障成因。

表1 用户信息表

表2 设备信息表

3.3 数据库设计

根据项目需求，对设计的TTU设备信息及用户信息、故障数据等进行数据建模（图4）：由一个用户管理多个TTU设备，是1对多的关联关系；TTU设备与故障事件存在也存在1对多的关联关系，一个TTU设备会发生多次故障事件；故障事件与故障原因是也存在一一对应的关联关系；故障事件可通过多种解决方案解决，存在一个1对多的关联关系；解决方案与故障成因存在一个多对多的关系，因不同的成因可通过不同的方案解决，相同的一个方案也可解决多种问题。所以在数据库中需要设计一个桥表，用于维护多对多的关联关系表。

图4 数据库E-R图（实体关系图）

数据表设计如下，所有表都需额外维护数据的逻辑删除标识、数据创建时间、以及数据更新时间，用于追溯数据的来源以及变动。

4 结语

本项目针对台区内TTU故障设备定位应用装置，输入台区内TTU故障设备名称即可快速定位。台区内TTU终端设备若发生故障，对整个数据后台的数据采集分析会有很大影响，但拿到故障设备名称后并不能立刻知道该设备的具体位置，对于该设备的地理信息、故障设备情况等都不能及时了解，当输入电力设备名称后可进行快速定位，定位到故障设备地理信息位置，就能及时处理故障。

本系统是将台区内TTU故障设备的定位及时展现给工作人员的应用系统，该系统提供一种可规划、记录行进路径,能够将台区内TTU故障位置进行导航的软件系统。为工作人员对设备的快速定位做出最佳反应，也对设备地理信息进行了解，对于故障记录分析可图表方式展现，为工作人员日常工作提供了便利，提高了工作效率，可广泛应用于电力巡检业务中。

如今电力系统信息化正在蒸蒸日上，在信息化的影响下工作人员的工作量得到了更合理的安排，效率也逐渐提高。同样，电力系统的信息网络安全也在电网安全运行中起到了十分重要的作用。同时，该项目也有极大的改进空间，如使用分布集群技术提供高并发下的系统抗压、使用分布式数据中心减低数据存储压力等。目前项目在实际的应用市场前景广泛，尤其在电力行业更是如此。