摘要：继电保护系统自身会经常出现一些缺陷和问题，如果得不到及时消除和解决，极易影响到电力系统的安全可靠运行。本文利用多种技术手段研发的手持终端设备以及配套软件系统，为继电保护现场巡检人员提供缺陷诊断辅助工具。本文所设计继电保护缺陷诊断辅助工具的涉及J2EE软件开发、移动手持设备软件开发、专家知识库设计和实现、网络协议研究、关联度算法等软件技术领域，利用软件技术为继电保护缺陷诊断提供技术支持。
关键词：继电保护；软件开发； 手持设备；数据库
1.引言
继电保护系统是电力系统中重要的构成部分，其最根本的任务是隔离故障；当电力系统发生缺陷时，继电保护装置也能对缺陷与异常发出预警；随着科学技术的发展，具有自身故障报警功能的继电保护装置也相继诞生。继电保护系统对确保电力系统安全稳定运行起着重大的作用。
但实际经验告诉我们，继电保护系统自身会经常出现一些缺陷和问题，如果得不到及时消除和解决，极易影响到电力系统的安全可靠运行。因此，及时发现继电保护系统存在的缺陷和异常，快速可靠消除这些缺陷是电力系统工作人员必须做好的工作之一。
2.技术架构
继电保护缺陷诊断处置辅助工具由以下几个核心部分组成：
（1）基于专家知识库的数据中心系统
数据中心系统采用关系型数据库和后台B/S系统研发，技术采用J2EE，开发语言为JAVA。J2EE是一套全然不同于传统应用开发的技术架构，包含许多组件，主要可简化且规范应用系统的开发与部署，进而提高可移植性、安全与再用价值。
J2EE核心是一组技术规范与指南，其中所包含的各类组件、服务架构及技术层次，均有共同的标准及规格，让各种依循J2EE架构的不同平台之间，存在良好的兼容性，解决过去企业后端使用的信息产品彼此之间无法兼容，企业内部或外部难以互通的窘境。
（2）基于移动手持设备的缺陷诊断处置辅助工具软件
手持设备采用配备安卓系统的三防平板电脑，缺陷诊断处置辅助工具软件采用安卓原生开发方式，开发语言采用JAVA。安卓系统是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统，主要使用于移动设备，如智能手机和平板电脑，由Google公司和开放手机联盟领导及开发。安卓系统已经成为手机以及平板电脑设备的两大主流操作系统之一。
（3）数据中心和手持设备软件数据同步标准以及组件
在数据中心系统上开发数据同步服务端，在安卓设备上开发数据同步客户端，采用基于Socket协议的自定义应用层传输协议进行通信。
专家知识库数据中心涵盖继电保护设备基本信息和典型缺陷数据，移动手持设备利用全文检索技术以及关联度算法，查询分析发生故障的设备位置以及故障类型，能够充分利用专家知识库中的经验沉淀，能够高效处理告警和消缺工作单的流程处理。
（4）手持设备硬件参数
本文设计的手持设备采用Cortex A7的CPU，支持GSM、WCDMA&CDMA(联通、电信、移动)的电话频段，实现4G全网通通讯。该手持设备采用Android 4.4.4的操作系统、GPS或北斗导 航，支持4.0版本的蓝牙。其中采用运动传感器、重力传感器、地磁传感器、陀螺仪的传感器。该手持设备支持802.11 B/G/N段的WIFI，并使用满足ISO14443 A/B， ISO18092的 NFC，具有前后摄像头。
3.功能结构
手持终端软件具备以下功能模块：告警库查看与搜索、缺陷库查看与搜索、数据协同、在线协助、工单录入和查看、个人信息管理。手持终端通过在线网络服务接入服务器软件。
服务器软件分为以下组件：数据库操作接口、即时消息服务、搜索引擎服务、数据协同组件。
服务器软件具备以下功能模块：在线协助、告警库管理、缺陷库管理、工单库管理、用户管理。服务器软件接入中心专家数据库，包括缺陷库、告警库、工单库手持终端软件可通过离线服务接入本地知识库。
在监测数据接收的过程中，终端 RTU 将传感器采集的数据发送至网络中，需要开发接口程序，接收 RTU 传输过来的数据。实现步骤如下：
（1）在服务器端创建一个 socket，用于监听客户端的连接请求，这个新建的 socket 可以完成本次取出的连接请求，并开始为它服务。这个被新建的 socket具备和用于监听连接请求的 socket 一样的属性。然后，由新建的 socket 为 accept函数本次取出的连接请求服务，使原来的监听请求的 socket 又可以回到监听状态。
（2）在服务器端调用 listen（socket， number）函数，其中 number 表示连接请求队列的最大值的整数。对于这个 socket 上并发的连接请求，服务器不能马上响应的，就会被缓存在这个队列，等待服务器处理，但是队列满了以后，到来的请求就会不能被响应；
（3）服务器再调用 accept 函数，提供一个出口参数可以获取请求方的地址。当指定的被 accept 函数在 socket 上的连接请求队列为空时，accept 函数会被阻塞。但是接收数据之前，服务器一直处于监听请求状态。如果这个 socket 上的连接请求缓存队列有连接请求，那么 accept（）就会脱离阻塞状态执行。Accept函数会新建一个 socket，为从队列中取出的当前请求提供服务，而原来的 socket继续返回到监听状态；
（4）完成本地地址绑定并从从 socket1 上读取数据，从而实现了服务器端数据的接收。
数据接收的过程中，在一个 socket 上需要绑定一个本地地址，这个本地地址就是本地程序在这个 socket 上的数据读取地址，对通信的另一方的 RTU 来说就是数据的写入地址。
在数据交互过程中，客户端提前知道服务端地址，也就是客户端的数据写入地址。然后，服务器接受请求，并取得客户端地址，作为写地址。由此，实现了数据的传输与接收。
4.技术介绍
手持设备整套系统结构分：应用软件层，系统硬件层，操作系统层。整套系统的物理设备基础是系统的硬件层，它能够提供操作系统和应用软件的通信接口和运行平台。
这一层提供任务调度以及设备驱动。同时，提供中断来实现系统对外界的通信请求的实时响应，如对数字图片扫描的控制、对数据处理的控制等。通过使用操作系统可以把系统的运行效率和可靠性进行提高。
4.1 两种使用模式
通过数据协同组件在服务器和本地数据库同步数据，以方便离线使用。
数据库是可以从数据库是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库而服务器是用于数据计算和处理的硬件。用来存放客户请求并给出回应的硬件。
服务器，也称伺服器，是提供计算服务的设备。由于服务器需要响应服务请求，并进行处理，因此一般来说服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。
服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。
通信功能是整套系统的一个亮点，本文中的继电保护缺陷诊断辅助工具已经实现了手持设备与上位机端的无线通讯功能、GPRS 通讯功能、USB 接口传输功能，可以让电力数据无障碍传输，该系统通信方式的结构图如图所示。
搜索引擎（Search Engine）是指根据一定的策略、运用特定的计算机程序从互联网上搜集信息，在对信息进行组织和处理后，为用户提供检索服务，将用户检索相关的信息展示给用户的系统。搜索引擎包括全文索引、目录索引、元搜索引擎、垂直搜索引擎、集合式搜索引擎、门户搜索引擎与免费链接列表等。
本文设计的搜索引擎支持建立索引库（录入信息库、全文中文分词、建立索引库）、搜索（输入关键字、关键字分词、查询索引库）、显示（关联度分析、排序、显示）。
手持终端利用全文检索技术以及关联度算法，查询分析发生故障的设备位置以及故障类型，能够充分利用专家知识库中的经验沉淀，能够高效处理告警和消缺工作单的流程处理。该工具采用全文检索以及关联度分析算法，查询故障以及故障类型。
4.3 即时消息
手持终端和中心管理端可以相互发送文字、图片、视频、语音、定位等消息。其中，即时消息通过消息队列中转。
中心管理端与手持终端进行远程数据传输，将电力现场整个的实时情况传给手持终端。运维人员可以直接通过手持终端直接查看现场情况，采用文字、图片、视频、语音、定位等消息，充分了解实时数据。根据现场情况，进行判断分析、缺陷诊断，也可以从专家知识库中进行检索，查询分析发生故障的设备位置以及故障类型，做出相应的解决措施，减少人力物力，及时解决问题。
5.结束语
继电保护系统会遇到各种各样的缺陷，传统的方法是依靠人工消缺，不仅效率低，而且由于人的主观因素可能导致消缺不够充分，甚至遇到极为复杂的情况，单纯依靠人工消缺是几乎无法实现的。因此，基于计算机算法的消缺系统也不断涌现，但是总不是十全十美的。
本文仔细研究了继电保护系统中遇到的缺陷，利用多种技术手段研发的手持终端设备以及配套软件系统，为继电保护现场巡检人员设计了一种继电保护缺陷诊断辅助工具。该工具可以手持终端通过安全接入平台进入内网服务器，实时查看和处理相关告警等信息，减轻电力运维人员的工作量，更高效的解决电力项目现场发生的问题。
手持设备因其功能的完整性与基于Android系统的可扩展性，本文所述系统可应用于电力安全性评价、执规检查、到岗到位等多个领域，完成多领域作业任务，实现信息化延伸覆盖的现场化、全面化。
参考文献
[1]张美俊.基于专家系统原理的继电保护与自动化缺陷诊断分析[J].工程技术:引文版:00201-00201.
[2]张超.继电保护计算机辅助整定计算综合软件研究与开发[D].武汉大学，2003.
[3]杨俊权，赵曼勇，刘千宽，等.一种基于在线数据的继电保护检修辅助决策方法:，CN107104414A[P].2017.
[4]何天金，陈小瓦，张多荣，等.一种继电保护装置校验辅助设备及监测系统:，CN205484589U[P].2016.
[5]伍伊凡，周泰斌，王琳.基于专家系统原理的继电保护与自动化缺陷诊断[C]//2008中国电力系统保护与控制学术研讨会.2008:87-88- 89-90.
论文作者:赵萍1,过福兴2,周再兵3,黄镇4,王康5,赵学文
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2019/1/2
标签：缺陷论文; 系统论文; 设备论文; 继电保护论文; 数据论文; 终端论文; 服务器论文; 《电力设备》2018年第23期论文;