电力线路状态监测结构化数据交换方法研究

电力线路状态监测结构化数据交换方法研究

白瑜

国网太原供电公司山西太原030000

摘要：随着人们的生活质量在不断的提高，对于用电的需求在不断的加大。电力线路状态检测系统是智能电网的重要组成部分，为了实现电力线路状态监测系统中结构化数据的高效传输，该文采用Google公司的ProtocolBuffers方法，尝试替代目前电力线路监测系统采用的基于WebService的监测数据传输方法。设计了基于ProtocolBuffers的电力线路状态数据的传输方案，并从时间和空间2方面对所提数据传输方式同现行的WebService传输方式进行了比较，对比实验表明，文中所提方式具有更高的效率、占用更少的存储空间。

关键词：电力线路；数据传输；结构化数据；ProtocolBuffers；可扩展标记语言(XML)

引言

一直以来，我国智能电力线路的技术发展基础主要指的是下面这两大部分，即电力线路的线监测和电力线路的故障精确定位。电力线路的线监测所具有的作用主要是可以全面的实时监测电力线路，从而为相关电力工作人员能够找到在供电系统运行时的隐患故障提供方便；电力线路的故障精确定位指的是在找出故障的前提条件下帮助相关维修工作人员精确定位故障发生的原因，并尽快地维护处理故障，在最大程度上保障居民的正常用电。从电力线路的实际发展状况来看，我国在对其的维修方面依然存在这许多不足之处，例如环境对某些方面的影响难以消除，且不能稳定且精确地对发生的故障进行定位，下面，本文将在对国内外电力线路的巡视监测现状进行详细分析的基础上，从电力线路的在线巡视监测技术和电力线路的故障精确定位技术两方面进行必要的阐述。

1电力线路故障监测分析

我国电网主要由两大部分组成，输配电线路和升降压变电所。输配电线路担负着输送和分配电能的任务，是不同等级的电能由发电中心向电力负荷中心输送的通道。根据电压的等级，输配电线路又可分为送电线路和配电线路两种，送电线路输送的电压较高，一般在110kV以上，主要完成从发电中心至变电站电能的输送，而配电线路一般在35kV以下，完成从变电站至用户的电能输送任务。不管是送电线路还是配电线路，作为电力输送的关键设备，都面临着线路长、结构复杂、设备种类及数量多、负荷分散等问题，再加上电力线路大多都裸露在室外，气候、动物、外力及其他因素大大地增加了电网线路故障的可能性。为了保证电力线路的正常工作状态，对电力线路中的各种设备进行故障监测是必要的环节。根据设备的种类，故障监测主要应包括：电力电缆绝缘特性监测；高压断路器的合分闸线圈中各种阻力及机械特性、弹簧操动机构储能弹簧状态监测；保护SF6气体密度的监测；避雷器阻性电流监测；变压器振动监测；电容值监测等。不同的故障部位，监测的方法有所不同。目前，随着电力电子、传感器、红外线测温等技术的发展，电气设备在线状态监测与故障诊断也取得了一定的进步。在本设计中，电力电缆的绝缘电阻值采用交流低频叠加法进行测量，利用了检测电路中电阻分压状态来计算电缆的绝缘值。这种方法在电缆端电压检测仪中内置处理器，可以实时准确地得到分压值，通过分压值的高低，来确定是否有漏电流产生，从而可有效地实现电缆绝缘性能的检测。对于一个电力线路来说，高压断路器的可靠性也是重中之重。为了保证合分闸线圈、操控弹簧机械动作的可靠实现，本设计利用电流互感器来对分闸线圈和弹簧的工作电流特征点进行监测，形成工作波形，并将工作波形与监控中心的标准波形相对比，从而分析得出其工作状态的准确结论。高压断路器保护SF6气体密度对高压断路器的绝缘和灭弧性能有着直接影响，本设计利用压力传感器和温度传感器来监测高压断路器中的气压值与温度值。

2电力线路状态监测系统数据交换系统总体设计与实现

2.1基于ProtocolBuffers电力线路监测数据传输方法的设计

数据传输模块部署在CMA和监测主站中，实现I2接口功能。在监测主站，数据传输模块位于系统底层，为上层应用程序提供数据服务，同时满足服务程序对数据性能的要求。采用ProtocolBuffers后，监测子站和监测主站内数据的传输与存储都采用由ProtocolBuffers编码生成的二进制数据格式，因此系统架构应该做相应的调整，调整后的监测主站(监控中心)和监测子站(状态监测代理)之间的通信连接示意图如图1所示。从逻辑层面看，监测主站和监测子站均包含序列化和反序列化模块以及数据传输模块。数据在主站处理，存储，因此主站还包含数据库存储模块以及应用模块。

由于基于ProtocolBuffers产生的数据不具有自我描述功能，为了检测子站以及检测主站对数据形成统一一致的解析，子站和主站都需要关联Protocolbuf库。从监测子站发往监测中心的数据按照以下的过程传递和处理：1）从监测装置收集到的数据，在数据编码模块，经ProtocolBuffers库进行序列化和反序列化操作，形成二进制数据，然后将数据送入数据库存储，并且送往数据传输模块。2）在监测子站，经数据传输模块进行传输，传输至监测主站。3）主站数据传输模块收到数据后，经反序列化操作，解析出数据，然后把数据上交给上层应用程序，同时把数据存入数据库。从监控中心到监控子站的过程和上述过程类似，不再赘述。通信过程是基于消息的，消息分为7类：上传心跳信息，上传监测数据，上传配置信息，下发控制命令，获取最新版本，获取历史版本，获取更新文件。本文按照数据的作用，分别定义消息体。

2.2关于电力线路中故障的测距方法

电力线路中故障的测距方法一般是应用在对复杂分支下多测量点的精确定位难题进行解决的情况。对于具有明显故障特征的电力线路，传统的故障稳态测量方法是十分有效果的，但是在故障特征较为微弱的情况下，传统的故障稳态测量方法则显得不大实用。故障分析法的工作原理，是相关的维修人员以故障发生时的工频电压及过电电流等数据为根据判断故障点的范围和距离。其中，值得注意的一个方面是：在电力线路发生故障的情况下，如果有十分明确的系统操作的性能数据和电力线路的特征数据，那么就可以通过函数来实现对测量点的电压及电流量的相关计算，具体做法是及时地记录下在发生故障时测量点的电压及电流量，这样就可以快速的计算出故障点的位置。

2.3算法分析

随着经济的不断发展，电力系统日益庞大且结构复杂，所以故障的可能性和复杂度也在增加。一般来说，电力线路所发生的故障可能是多种原因所导致的，而且每一个故障的部位和原因也不是一种独立的事件，很可能与其它故障或者电力线路有联系，因此，针对电力线路的故障预防和诊断就存在着相当的难度。为了深入掌握故障的模式，以达到准确判断的目的，利用树来构建相应的故障模式数据结构，并辅之以故障树分析方法来进行故障的推断是一种行之有效的方法。

结语

近些年来，各国陆续开展了智能电网的研究工作。智能电网提倡用信息技术彻底改造现有的能源利用体系，最大限度地开发电网体系的能源效率，现已经成为电力工业发展的方向和趋势。电力线路状态检测系统是智能电网的重要组成部分，建设电力线路状态监测系统可以全面实施电力线路状态检修和全寿命周期管理，实现灾害多发区的环境参数和运行状态参数的集中实时监测和灾害预警。

参考文献

[1]隋心怡，王瑞刚，梁小江．基于GoogleProtocolBuffer的即时通讯系统设计[J]．电子科技，2017，30(1)：119-122．

[2]宋亚奇，周国亮，朱永利，等．云平台下输变电设备状态监测大数据存储优化与并行处理[J]．中国电机工程学报，2015，35(2)：255-267．