基于J2EE的输电线路在线监测管理系统的设计与实现

刘 锦，顾加强

( 江西经济管理干部学院信息工程系，江西 南昌 330088)

0 引 言

电力是国家的命脉所在，关系到社会的稳定和发展，输电线路是电网的重要组成部分，提高输电线路的运行维护质量，对确保电网的稳定工作具有重要意义［1］。对输电线路进行监测和检修，作为电力设备维护工作的一部分，对保证电力系统的安全稳定运行起着举足轻重的作用［2］。做好输电设备的监测工作，及早发现事故隐患并及时予以排除，使其始终以良好的状态投入运行具有重要的意义，尤其是电力系统向高电压、大容量、互联网发展的今天，其重要性尤为突出［3］。

早在20 世纪50 年代初，我国就在发电厂和供电部门推行了设备的定期检修制度，这是一种以时间周期为基础的定期检修制度。这种检修方式的周期、实施方法等都是建立在传统经验的基础上的，对设备的质量、运行环境、性能状态的差异性考虑不全，工作教条死板，存在着检修周期短、设备停用次数多、检修费用高、检修工作量大、供电可靠性下降等问题［4］。随着电力工业不断的发展和我国智能电网的建设，这种检修模式已越来越不能适应大电网、高电压、高参数、高自动化的我国电力系统的需求［5］。因而，如何确保大规模、大容量、高电压电网的安全稳定运行是电网面临的头号挑战［6］。在电网的输电环节实现输电线路管理的智能化将是保障智能电网安全运行的重要手段，通过对输电线路运行状态进行实时监测，实施对输电线路运行状态的信息化、自动化管理，从而预防和减少停、断电等事故的发生，提高电力系统运行的稳定性、安全性和可靠性［7］。

目前，输电线路在线监测与故障诊断技术发展迅速，国内的一些科研院所和企业在输电线路在线监测方面已经进行了一些研究，实施了个别项目，如:输电线路绝缘子污秽在线监测、输电线路覆冰雪在线监测等，但均为单一功能监测项目，缺乏具有多项功能的输电线路综合在线监测系统。本文设计开发一个功能较为完善的输电线路在线监测系统，可以及时准确地监测输电线路运行状态的变化，将现场监测数据通过无线网络传输到监测中心，并以多种形式显示出来，使监控中心运行人员及时掌握输电线路的运行状态，实现对输电线路的实时监控。

1 系统分析

1.1 监测系统总体结构

整个监测系统由安装在现场的多功能监测基站和监测中心软、硬件组成。现场多功能监测基站安装在高压输电线路的杆塔上，由太阳能供电系统供电，采集现场监测数据，并通过无线通信系统将处理过的监测数据发送至监测中心;监测中心是整个系统的核心，负责与现场多功能监测基站的通讯，通过数据处理系统将监测数据(如风速、风向、振动、导线温度等数据)进行处理后提交给主数据库［8］，通过本系统管理监测信息，并向系统用户提供各种应用服务。整个监测系统的总体结构如图1所示。

图1 监测系统的总体结构

1.2 系统需求规格

(1)将现场实时监测到的数据进行后端存储、前端展示(以组态图、曲线图、详细数据等显示出来)，并对这些数据进行统计和分析，将结果以报表等形式显示出来，且能对设备的异常运行状态给予报警提示。

(2)实现系统的业务功能，主要包括输电线路信息管理、在线监测设备管理、台帐信息管理、在线监测管理、数据分析管理、统计报表管理、状态评估管理等功能。

(3)实现系统的运行维护管理，主要包括系统管理、用户管理、权限管理等。

(4)数据库管理系统应满足实时性、可维护性、可恢复性、支持并发操作等要求。

2 系统设计

2.1 系统架构设计

本系统需要实现对现场采集、传回的数据进行图形化的展示和分析，并根据相关输电设备运行状态评估准则对设备运行中的异常情况进行预警和报警，实现监测的自动化和智能化，保证输电线路安全正常的运行。

根据电力系统现行的机构设置和模式，充分考虑电力系统在管理和业务等方面的特殊要求，以及系统日后扩展的需要，本系统采用B/S 模式，基于企业级应用开发标准J2EE，使用JSP 技术进行开发，系统架构如图2所示。

图2 系统架构图

(1)用户交互层。普通页面(包括表单页面、列表页面等)一般都是JSP(返回到客户端为普通的HTML 页面)页面。图表页面(含组态图、曲线图)中嵌入了Flash，这部分动画效果利用了开源的Fusion-Charts 实现［9］。Flash 图表所需的数据通过JSP 查询，以XML方式返回。例如，导线温度监测子系统借助FusionCharts 将实时监测到的导线运行温度以Flash 动画形式的组态图的方式展现给用户［10］。部分图表(某些组态图、舞动二维曲线等)采用服务端直接生成图片的方式。例如，通过对输电线路的舞动监测，可以将监测到的数据用二维曲线图(即舞动位移曲线轨迹图)显示出来，该图使用JFreeChart 组件生成。舞动3D 曲线，采用了Java 3D 技术，这部分基于Java Applet 实现。JavaScript框架，通过DHTMLX开源包实现菜单树、页签、弹出窗口等效果。另外，通过其他JavaScript 函数库实现日期控件、表单验证、分级列表联动加载等功能。

(2)应用逻辑层。数据提交通过XML 对数据提交动作进行定义，然后在Servlet 当中转化为对相应数据对象的操作语句;数据查询通过数据查询类DataReader 实现，通过定义表名、过滤条件、排序条件、页码等，内部生成查询语句，返回查询结果。

(3)系统支撑层。系统支持层主要包括应用服务器、JRE、Oracle 数据库系统。

老陈居然没去注意我带去的那个纸盒，录音机正在播放《四郎探母》，音量似乎开到了最大。录音机的喇叭刺啦刺啦响，而老陈并不在意。于魁智的嗓音洪亮，行腔流畅，字字入耳。

客户端使用通用的Web 浏览器(如IE、Firefox)，由Flash Player 插件和运行Java Applet的JDK 构成。Web 服务器负责接收客户端的服务请求，从数据服务器取得数据后进行分析、运算，并把相应的结果返回给客户端。数据库服务器负责数据的存储、访问、管理和维护。

2.2 系统功能模块设计

基于对系统用户的需求分析，考虑到输电线路在线监测管理系统数据涉及面广、数据量大、数据复杂、数据对实时性要求较高等特性，本系统采用Oracle 作为数据库开发和管理的工具［11］。本系统大致分为:在线监测模块、设备台帐管理模块、评估数据模块、状态评估模块、状态分析模块、报警管理模块、专家知识库模块、统计报表模块及系统管理模块。系统功能模块结构如图3所示。

(1)在线监测。本模块是监控中心核心功能的体现，它对实时监测的数据(导线温度、弧垂监测、杆塔斜度、导线舞动、导线风偏、导线覆冰、微风振动、气象环境、绝缘子泄露电流、绝缘子风偏、绝缘子污秽度)进行分析，并将结果通过组态图、曲线图及报表等形式展现出来，使监控人员掌握线路的实时运行情况。

(2)设备台账。实现对输电线路所有运行设备(包括台账信息、监测设备、备品备件及线路信息)的维护。

(3)评估数据。是现场工作人员对输电线路进行日常巡视、检测、检修情况的原始数据的记录。

(4)状态评估。根据评估数据模块获得的数据对线路单元及设备整体状态进行评估。

图3 系统功能模块结构图

(5)状态分析。对在线监测线路中的导线温度、覆冰厚度、导线疲劳寿命、杆塔倾斜、绝缘子盐密在未来一个小时内的情况进行预测，产生的预测数据以曲线图和详细数据列表的方式显示出来。

(6)报警管理。对在线监测得到数据中的超标值进行提示、预警、报警，以便管理人员及时处理。

(7)专家知识库。它是系统数据校验的基础，为输电线路监测系统报警管理、统计分析等模块提供标准及依据。据此对监测报警的情况分为:提示、预警、报警，同时，也会根据专家知识库的意见给出问题的相应解决方案。

(8)统计报表。对所有监测数据进行统计，并以报表的形式展现出来。

(9)系统管理。包括系统的角色管理，使用者的基本信息管理，对使用者系统权限的分配与控制等功能。

3 系统实现的关键技术

3.1 数据访问方式

本系统是一个基于J2EE的Web 应用系统，为了简化系统中数据提交和数据查询的处理，本系统采用基于标准的数据库连接池实现数据访问的方式。

数据访问中用到的主要技术包括:

(1)数据提交。先进行action 定义，以XML的方式描述每个数据提交的过程，同时在XML中描述每项参数的获取方式。当用户提交表单时，请求首先传递到SubmitServlet，由SubmitServlet 根据action的定义结合提交的数据还原出SQL 语句提交到数据库服务器执行。

一个action 代表用户的一次提交请求，也可以看成是一个数据库事务，它由若干条语句组成，所有的action 定义都放在一个文件夹下，action的名字与文件名保持一致，action 定义文件是一个规范的xml 文档，如:

文档根节点为statements，statements 节点包含一个属性redirect，用以说明本次提交完成后跳转到的目标页面。语句是action 定义文档中statements的下级节点。各语句的继承关系如图4所示。

图4 action 定义中各语句的继承关系

每个语句包含一些基本属性和子节点。基本属性包括tablename(当前语句操作的表名)、loopkey(当前语句的循环计数器)、source(指定数据复制的来源表)等，子节点包括fieldlist(指定语句所涉及的列或存储过程输入参数)、filter(指定语句操作的范围，实现对行的过滤)、condition(语句执行前提)等。

(2)数据查询。基于DataReader 类，定制出查询的表名、字段列、查询条件和排序条件等，组合select语句提交到数据库服务器执行并返回相应结果。针对B/S 系统的特点，查询重点考虑了数据分页处理的问题，用户可以自定义查询每页返回的数据条数和当前页码等。DataReader 会获得查询到的实际记录条数并计算出总页数。

3.2 Web 页面的实现

返回到客户端的最终页面，包括表单页面、列表页面、图表页面等页面，主要采用的是JSP 技术得到的HTML 页面［12］。例如，在线监测模块的输电线路弧垂监测子模块能对实时监测到的数据进行分析，并通过组态图的形式将线路弧垂的变化反映出来，便于电网调度和管理人员动态调整输电线路热稳定负载，最大限度地发挥输电线路输送能力，提高电网运行效率。线路弧垂值显示页面代码huchui_zutaitu.jsp 如下:

例如，弧垂当前值小于弧垂参考值就显示huchui_shang.gif(图5)。

图5 huchui_shang.gif

其他Web 页面的实现由于篇幅原因就不一一介绍了。

4 结束语

为了实现对输电线路运行状态进行监测，电力部门在一些输电设备上安装了线路现场监测基站，实现了多传感器、多参数的数据采集和远程通讯，从而获得输电线路的实时监测信息［13］，但是这些信息如何显示在工作人员的眼前，这正是本系统解决的一个重要问题。本系统不仅实现了对监测数据进行前端展示、数据统计、模型分析、报警处理等功能，还实现了对输电设备、监测设备等设备的管理功能。通过本系统，利用互联网，使用Web 浏览器，工作人员可以在任何地方、任何时间对输电线路进行监测和管理。随着我国工业化建设步伐的加快，用电设备的不断增加，输电线路的负载量也在逐步增加，因此，运用先进的计算机、通信等技术对输电线路进行在线监测才能满足我国不断发展的电力系统运维管理的需求，从而及时预防和减少事故的发生，提高电力系统运行的稳定性、安全性和可靠性［14］。

［1］姚楠，周桥.基于GPS/GIS 技术的输电线路运行检修管理系统建设［M］.郑州:黄河水利出版社，2010:7-11.

［2］北极星电力网新闻中心.输电线路在线监测系统 立鸿鹄之志 造电网瑰宝［DB/OL］.http://news.bjx.com.cn/html/20111130/326672.shtml，2011-11-30.

［3］百度文库.全国输电线路状态检修及在线监测装置应用及开展情况调研与分析［DB/OL］.http://wenku.baidu.com/view/821027eb19e8b8f67c1cb992.html，2010-10-29.

［4］黄新波.输电线路在线监测与故障诊断［M］.北京:中国电力出版社，2008:1-11.

［5］刘振亚.智能电网技术［M］.北京:中国电力出版社，2010:12-16.

［6］李羡.浅谈电力企业信息化建设［J］.山东电力高等专科学院学报，2009，12(5):78-80.

［7］杨勐峣.高压输电线路在线监测系统的设计与研究［D］.北京:北京交通大学，2011.

［8］杨玉金.线路大跨越微风振动在线监测系统的研究［D］.合肥:合肥工业大学，2007.

［9］杨凯.利用FusionCharts 组件制作动态Web 统计图表［J］.微电脑世界，2009(7):94-95.

［10］邢蕊.首都电网输电线路监测平台建设与应用［D］.保定:华北电力大学，2011.

［11］［美］Bradley D Brown.Oracle9i Web 开发指南［M］.北京:机械工业出版社，2003:334-337.

［12］蔡剑，景楠.Java Web 应用开发:J2EE 和Tomcat［M］.北京:清华大学出版社，2005:12-20.

［13］于钦刚.数字化线路研究与应用［Z］.院士论坛中国电力发展和技术创新，2008.

［14］杨柳.电网建设项目社会经济影响评价研究［M］.保定:华北电力大学，2005.