基于无线虚拟专网的继电保护智能运维系统设计.pdf
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1、第 18 期2023 年 9 月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.18September,2023作者简介:胡纯彬(1990),男,浙江庆元人,工程师,学士;研究方向:电气工程及其自动化。基于无线虚拟专网的继电保护智能运维系统设计胡纯彬(国网浙江省电力有限公司丽水供电公司,浙江 丽水 323000)摘要:文章设计了一种基于无线虚拟专网(Wireless Virtual Private Network,VPN)的继电保护智能运维系统,通过无线虚拟专网对电力系统中继电保护装置的状态进行实时监控,并根据电力系统中继电保护装置的状态信息对其进行智能分析和故障诊断
2、,对异常状态进行预警和告警。本研究通过无线虚拟专网与继电保护智能运维系统实现交互,将继电保护装置运行信息实时推送到继电保护智能运维系统移动终端,通过触摸屏向管理人员实时显示继电保护设备运行状态和故障信息,达到继电保护设备智能化运维管理的目的。关键词:无线虚拟专网;继电保护;智能运维系统中图分类号:TM711 文献标志码:A0 引言 随着电力企业的不断发展,其在变电站数量以及变电站规模有了进一步的扩大,电力企业对变电站设备运维管理提出了更高的要求。电力企业对于继电保护运维管理主要以人工为主,该方式不仅工作效率低,需要耗费大量物力和人力,而且人工操作也极易出现失误操作,如:误操作、人为失误、信息传
3、递不及时等,对于电力系统安全稳定运行带来了很大的影响。因此,电力企业迫切需要建立一种自动化程度高、安全稳定的继电保护运维管理方式,进一步提高设备运行稳定性和安全性。1 系统基本组成与工作原理 本文利用 SG-UAP 平台 cim3.0 通用数据模块,以浏览器和服务器架构(Browser/Server Architecture,B/S)体系结构为架构,建立继电保护移动运维管理系统。继电保护智能运维系统包括 3 个部分:主站端系统、移动终端和无线虚拟专网。主站端系统使用网络存取方式存取商业数据;系统前端采用移动终端设备完成通信数据的采集;系统采用无线虚拟专网传输服务数据。1.1 主站端系统 基于
4、B/S 结构的主站端,系统采用客户端浏览器向用户提供查询、浏览、审批等系统访问服务以及与业务相关的信息服务。主站服务器端包括 Web 服务器、数据库服务器图 1 系统总体架构和客户端,主要负责系统信息的接收和发送、业务数据处理与分析等。客户端软件主要包括用户管理、权限管理、角色管理、业务数据处理等功能。客户端软件通过与后台应用程序交互,实现对业务数据的访问与处理。其中,用户管理模块主要负责对用户注册信息进行维护,对用户身份进行验证;权限管理模块负责对系统管理员进行权限设置;角色管理模块负责对系统中各83第 18 期2023 年 9 月无线互联科技软件开发No.18September,2023个
5、角色的权限进行设置;业务数据处理模块主要实现用户端和后台端的数据交互与处理1。1.2 移动终端 智能移动终端是智能运维系统的重要组成部分,主要完成继电保护设备及二次回路的巡视、检测、试验和状态评估等工作。继电保护智能运维系统利用移动终端设备,继电保护人员能够随时随地开展设备检查和性能测试,并及时获得测试结果,有利于进一步提升继电保护运维工作的质量和效率。智能移动终端主要由数据采集、全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、摄像头、触摸屏等模块组成。系统部署时,技术人员需充分考虑工作流程的方便性,现场环境的安全性、可靠性等因素。数据采集模块主要用于采集继电保护设
6、备的运行状态、保护动作行为等信息,并上传至智能运维管理系统。数据采集模块由无线射频模块和 GPS 模块组成,采用蓝牙与 GPS 双向定位,实现继电保护设备的实时在线状态监测。数据采集模块可以将采集的设备状态信息与标准协议进行比对,并与后台服务器交互,以此来实现继电保护设备的实时监测。GPS 定位模块主要用于实时监测继电保护设备的地理位置信息。GPS 模块通过 GPRS 网络实时获取电力系统中继电保护设备的位置信息,并上传至后台服务器2。摄像头模块用于实时采集继电保护设备的运行状态信息,包括继电保护设备的正常运行信息、异常状态及故障信息,并通过 4G/5G 网络将采集的影像资料上传至后台服务器。
7、触摸屏主要用于人机交互操作,具体功能包括查看设备运行状态、操作指令设置、图形绘制等,该模块采用 JavaScript 语言开发实现。本文为进一步保证智能运维系统数据传输安全性和可靠性,采用加密算法对通信数据进行加密处理。本研究根据数据传输过程中的安全需求及应用场景,采用基于 SR-IOU 加密算法的数据传输安全防护机制进行数据传输安全防护。SR-IOU 加密算法是一种基于椭圆曲线加密算法和哈希函数的混合加密算法,相比传统的数字证书和 SM4/SM3 算法,具有更好的安全性、更高的性能和更快的速度,而且不易被破译或破解。1.3 无线虚拟专网 无线虚拟专网是基于宽带无线接入技术建立的专用于企业内部
8、数据通信的虚拟网络。无线虚拟专网采用无线方式接入宽带网络,可以减少企业投资成本。继电保护智能运维系统通过在网络上部署 VPN专用设备,并将不同类型的设备(如电脑、手机等)接入 VPN 专用设备,可以实现专网专用,保证数据传输的安全与保密。无线虚拟专网可支持 Wi-Fi、3G/4G、5G 等多种接入方式3,由于电力系统中存在大量的无线应用场景,如电力调度、变电站监控、数据采集等,因此需要对电力无线虚拟专网进行改进以适应各种应用场景,将不同类型的设备接入同一个无线网络中,实现接入设备之间的相互隔离以及对业务数据传输安全保障,从而进一步满足电力系统对通信安全性和可靠性的要求。2 系统软件功能架构 继
9、电保护智能运维系统软件功能架构如图 2 所示,软件功能主要包括(1)分析及管理模块;(2)检修辅助决策模块。其中,继电保护设备分析及管理功能主要是对电力系统的继电保护设备进行维护与管理,包括对电力系统的继电保护设备进行巡查、检修、更换、试验等操作,同时还包括对电力系统的继电保护设备进行参数设置等;检修辅助决策模块可以根据继电保护故障位置、故障类型等信息,向管理人员提供故障检修方案。图 2 软件功能架构示意2.1 分析及运行管理 继电保护智能运维系统的故障信息管理模块主要通过对电力系统的继电保护设备进行智能监测与报警,并对发生故障的电力系统进行故障诊断,进而实现对继电保护设备故障的处理,使继电保
10、护设备的93第 18 期2023 年 9 月无线互联科技软件开发No.18September,2023维护工作能够得到有效开展。故障信息管理模块主要包括以下几个功能。(1)故障信息管理模块主要提供故障信息查询、分析和管理功能,当电力系统继电保护设备发生故障时,该模块能够通过数据接口查询到电力系统继电保护设备发生故障时的详细信息,同时还能够将相关信息存储到数据库中,以便为后续维修工作提供参考4。(2)数据分析功能可以根据继电保护设备发生故障时的具体信息,结合专家经验及电力系统继电保护设备运行情况,对电力系统继电保护设备发生的故障进行分析,并给出相应的解决方案。(3)管理功能可以通过对电力系统继电
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