乡镇供电所配网自动化运维管理系统设计研究

王 卓

（国网勉县供电公司，陕西 汉中 723000）

1 乡镇供电所配网自动化系统总体设计

1.1 设计思路

在乡镇供电所配网自动化运维管理系统的整体设计中，设计思路应侧重于实现智能化、高效率、可靠性以及易于维护的目标。首先，系统架构应基于模块化思想，支持灵活的功能扩展和维护，以适应不断变化的电网需求与技术更新。其次，考虑到乡镇电网的特殊性，系统设计应重视对远程监控和控制的支持，采用先进的通信技术，确保数据传输的稳定性和安全性。同时，引入智能算法和大数据分析，提高故障预测和处理的准确性，优化维护决策过程。再次，考虑到运维人员的操作便利性，系统界面应直观易用，且提供全面的培训和支持，以确保快速响应和高效的故障处理[1]。最后，系统还须具备良好的可扩展性和兼容性，以便与现有的供电网络无缝集成，并为未来的技术升级打下坚实基础。除此之外，考虑到乡镇供电所的经济和技术条件，设计方案应兼顾成本效益，确保系统既高效又经济。

为确保乡镇供电所配网自动化运维管理系统能够高效、稳定运行，在总体设计中，关键是采用模块化思维，构建一个灵活、可扩展的架构。系统必须具备强大的数据处理能力，以支持复杂的运维决策。通过实时数据监控和历史数据分析，系统能够对配网状态进行精准评估，并提供故障预警。在自动化运维管理方面，IT-manager 架构的应用至关重要。该架构通过集成高效的故障检测、诊断、处理以及恢复模块，实现自动化处理常见问题，同时保留人工干预的可能性。系统设计应侧重于优化资源分配，提高响应速度和服务质量，确保供电的可靠性和安全性[2]。分析提供的流程，设计中包含故障处理流程，这是保障供电稳定性的关键组成部分。

1.2 结构设计

在乡镇供电所配网自动化运维管理系统的结构设计中，基于IT-manager 运维管理架构，强调的是层次分明、功能互补、高度集成的设计理念。结构设计须以数据为中心，以IT-manager 架构为基础，构建起一个包括数据采集、传输、处理、展示及控制决策的闭环系统[3]。

1.3 数据库设计

乡镇供电所配网自动化运维管理系统的数据库设计应注重实用性与前瞻性。选用成熟的数据库管理系统软件如Oracle 或MySQL，考虑到未来数据量的增长与复杂查询需求，数据库应设计为支持大规模并发处理和高速数据读写的结构。采用关系型数据库管理系统来实现结构化数据的存储，同时引入非关系型数据库来处理半结构化或非结构化数据，提高数据处理的灵活性和效率。

具体的数据库设计包括电网拓扑结构、设备参数、运行状态、故障记录、用户信息及电能质量等多个模块[4]。每个模块均建立严密的数据模型，确保数据的一致性与完整性。在电网拓扑结构的设计中，采用图数据库来优化查询性能，便于处理和分析复杂的网络关系。在故障记录与处理模块，实现快速检索与故障模式的关联分析，采用事务处理机制保证数据的原子性、一致性、隔离性以及持久性。同时，设计高效的数据备份与恢复策略，确保数据安全。通过存储过程与自动化脚本来优化常规数据维护任务，提高系统管理效率。在用户隐私保护方面，遵循相关法律法规，对敏感信息进行加密处理，确保数据安全。

2 乡镇供电所配网自动化运维管理系统的关键模块设计

2.1 数据采集与监控模块

在乡镇供电所配网自动化运维管理系统的数据采集与监控模块设计中，须构建一套综合性的数据采集与分析体系。该模块主要由前端采集单元、通信网络以及后端数据处理中心组成。前端采集单元中包含了多个不同传感器，实时监测配电网中的电流、电压、相位角、功率因数等关键电气参数，并通过故障指示器捕获瞬态过程数据，用于故障分析与定位。通信网络设计须确保数据传输的实时性和安全性，应用光纤、通用分组无线服务（General Packet Radio Service，GPRS）、3G、4G 或专用通信网络等多种通信手段，以实现不同场景下的数据可靠传输。采用标准化通信协议，保障数据的互操作性和系统的扩展性。后端数据处理中心则承担着数据存储、处理以及分析的核心功能。采用高性能的数据库系统，如基于时间序列的InfluxDB，用于存储采集的高频数据[5]。

2.2 故障检测模块

采用先进的故障指示技术和故障录波分析技术，以实现对配电网络故障的快速定位。模块中集成的故障检测算法能够对电流、电压异常波形进行实时监控，利用短路和接地故障特征进行判别。当电流、电压突变量超过设定阈值时，系统将自动触发故障检测机制。

该模块还须能够分析电气参数的变化趋势，通过设定的逻辑关系和模式识别，判断故障的类型和可能位置。此外，模块应支持与配电自动化终端（如智能断路器、隔离开关）的通信，实现故障隔离和供电恢复的自动化。

2.3 故障调试模块

故障调试模块包含故障数据记录、分析和处理功能，支持故障信号的自动识别与定位，以及故障原因的逻辑推断。在故障数据记录方面，模块须自动收集故障发生时的各项关键数据，如故障前后的电流、电压波形，保护动作时间，故障持续时间等。以电流波形为例，通过故障录波器，记录故障1 s 内的电流波形，采样率不低于1 kHz，以捕捉足够的细节进行后续分析。分析功能则利用先进的故障诊断算法，如基于小波变换的瞬态特征提取，用于判断故障性质，是短路还是接地故障。处理功能包括故障信息的整理和归档，以及生成故障报告，为运维决策提供支持。故障调试模块还支持远程故障模拟和参数调整，使运维人员能够在控制中心远程进行故障复现和系统整定值的调整。

3 乡镇供电所配网自动化运维管理系统测试

3.1 系统功能模块测试

系统功能模块测试应覆盖数据采集与监控模块、故障检测模块、参数设置模块以及故障调试模块等。采用自动化测试工具，如JMeter 或LoadRunner 进行性能测试，确保系统在高负载下仍能稳定运行。同时，使用单元测试框架，如JUnit 或PyTest，针对每个模块的功能进行详细测试。在数据采集与监控模块的测试中，模拟多种数据输入，包括电流、电压、温度等，验证系统是否能准确采集和显示数据。故障检测模块的测试则应模拟各类电网故障，检验系统的故障检测和定位准确性[6]。参数设置模块的测试须验证输入参数的准确性和系统的响应。例如，更改保护装置的整定值，检查系统是否正确记录和执行这些更改。定值整定模块的测试应确保整定值的修改能正确影响系统行为，如通过改变过电流保护的整定值，验证保护装置的动作时间是否符合预期。

3.2 测试流程

配网自动化运维管理系统的测试流程的第一步为分析系统测试需求，确保所有测试资源就绪。这包括设定测试环境，确保其模拟实际电网运行环境，以及配置必要的测试工具，如Selenium、Postman 和Wireshark，同时对测试团队进行培训，使其熟悉测试工具和测试计划。在测试计划阶段，详细规划测试用例和测试场景，确保覆盖到系统的每个功能模块。接着，进入系统测试计划以及用例设计，这一阶段将执行编写的测试用例，验证系统的每个功能，如数据采集、故障检测、参数设置等是否按照预期工作，记录下测试结果。系统测试执行是一个动态过程，通过实际操作系统功能，验证系统的稳定性和响应时间。测试结果会被详细记录，以便于对比预期结果和实际结果，发现系统的不足之处。通过评估测试结果，可以对系统的性能和功能进行量化的衡量。最后阶段是系统需求与bug 跟踪，此时所有在前期测试中发现的问题都将被记录在案。测试团队将使用缺陷跟踪系统如Bugzilla 来记录、分配、修复以及验证缺陷，确保每个问题都能得到妥善解决。当所有关键缺陷都被解决，系统才能进入下一阶段的测试或准备上线。

3.3 故障模拟测试

故障模拟测试环节主要是通过模拟各种故障场景，验证系统的故障响应能力。测试应利用专业的故障模拟器和测试软件来模拟配网中可能出现的各类故障，如短路、断线、接地、过载等。在故障模拟测试中，首先定义故障场景的参数。例如，模拟一个单相接地故障，可以设置故障电流为30 A，故障持续时间为2 s。使用故障模拟器在配电网络模型上施加这些参数，测试系统是否能及时检测并定位故障。同时，监控系统响应时间和故障处理流程，确保故障信号能够被正确识别并触发相应的保护动作。测试工具记录详细的故障响应数据，包括故障检测时间、保护装置动作时间、故障录波数据等。这些数据将与预期结果进行对比，评估系统的故障处理性能。在测试执行完毕后，对所有故障场景进行全面的分析，评估系统在各种条件下的稳定性和可靠性。

3.4 测试结果

通过采用自动化测试工具，如JMeter 和LoadRunner，对系统性能进行了全面的测试，确保了在高负荷情况下的稳定运行。使用JUnit 和PyTest 等单元测试框架，对数据采集与监控模块、故障检测模块、参数设置模块以及故障调试模块等核心功能进行了细致的检验，测试结果如表1 所示。

表1 系统测试结果

由测试结果可知，系统在高并发条件下仍能保持良好的性能表现，故障检测与处理速度快，数据采集与监控准确可靠。这些成果证实了系统设计的高效性和稳定性，为提升乡镇供电所电网的自动化运维管理水平奠定了坚实的基础。

4 结 论

本研究所提出的乡镇供电所配网自动化运维管理系统在运行效果上达到了预期的研究目标。系统测试结果表明，所有关键模块均能有效响应运维需求，故障处理机制迅速而准确，确保了电网运营的安全性与高效性。本研究的实施不仅提高了乡镇供电所的配电网络智能化水平，也为进一步优化供电服务和提升运维管理效率提供了可靠的技术路径。