作者簡介：胡純彬（1990— ），男，浙江慶元人，工程師，學(xué)士；研究方向：電氣工程及其自動化。

摘要：文章設(shè)計了一種基于無線虛擬專網(wǎng)（Wireless Virtual Private Network，VPN）的繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)，通過無線虛擬專網(wǎng)對電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置的狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，并根據(jù)電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置的狀態(tài)信息對其進(jìn)行智能分析和故障診斷，對異常狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警和告警。本研究通過無線虛擬專網(wǎng)與繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)實現(xiàn)交互，將繼電保護(hù)裝置運行信息實時推送到繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)移動終端，通過觸摸屏向管理人員實時顯示繼電保護(hù)設(shè)備運行狀態(tài)和故障信息，達(dá)到繼電保護(hù)設(shè)備智能化運維管理的目的。

關(guān)鍵詞：無線虛擬專網(wǎng)；繼電保護(hù)；智能運維系統(tǒng)

中圖分類號：TM711? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0? 引言

隨著電力企業(yè)的不斷發(fā)展，其在變電站數(shù)量以及變電站規(guī)模有了進(jìn)一步的擴大，電力企業(yè)對變電站設(shè)備運維管理提出了更高的要求。電力企業(yè)對于繼電保護(hù)運維管理主要以人工為主，該方式不僅工作效率低，需要耗費大量物力和人力，而且人工操作也極易出現(xiàn)失誤操作，如：誤操作、人為失誤、信息傳遞不及時等，對于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來了很大的影響。因此，電力企業(yè)迫切需要建立一種自動化程度高、安全穩(wěn)定的繼電保護(hù)運維管理方式，進(jìn)一步提高設(shè)備運行穩(wěn)定性和安全性。

1? 系統(tǒng)基本組成與工作原理

本文利用SG-UAP平臺cim3.0通用數(shù)據(jù)模塊，以瀏覽器和服務(wù)器架構(gòu)（Browser/Server Architecture，B/S）體系結(jié)構(gòu)為架構(gòu)，建立繼電保護(hù)移動運維管理系統(tǒng)。繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)包括3個部分：主站端系統(tǒng)、移動終端和無線虛擬專網(wǎng)。主站端系統(tǒng)使用網(wǎng)絡(luò)存取方式存取商業(yè)數(shù)據(jù)；系統(tǒng)前端采用移動終端設(shè)備完成通信數(shù)據(jù)的采集；系統(tǒng)采用無線虛擬專網(wǎng)傳輸服務(wù)數(shù)據(jù)。

1.1? 主站端系統(tǒng)

基于B/S結(jié)構(gòu)的主站端，系統(tǒng)采用客戶端瀏覽器向用戶提供查詢、瀏覽、審批等系統(tǒng)訪問服務(wù)以及與業(yè)務(wù)相關(guān)的信息服務(wù)。

主站服務(wù)器端包括Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和客戶端，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)信息的接收和發(fā)送、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理與分析等。

客戶端軟件主要包括用戶管理、權(quán)限管理、角色管理、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理等功能?？蛻舳塑浖ㄟ^與后臺應(yīng)用程序交互，實現(xiàn)對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的訪問與處理。其中，用戶管理模塊主要負(fù)責(zé)對用戶注冊信息進(jìn)行維護(hù)，對用戶身份進(jìn)行驗證；權(quán)限管理模塊負(fù)責(zé)對系統(tǒng)管理員進(jìn)行權(quán)限設(shè)置；角色管理模塊負(fù)責(zé)對系統(tǒng)中各個角色的權(quán)限進(jìn)行設(shè)置；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理模塊主要實現(xiàn)用戶端和后臺端的數(shù)據(jù)交互與處理［1］。

1.2? 移動終端

智能移動終端是智能運維系統(tǒng)的重要組成部分，主要完成繼電保護(hù)設(shè)備及二次回路的巡視、檢測、試驗和狀態(tài)評估等工作。繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)利用移動終端設(shè)備，繼電保護(hù)人員能夠隨時隨地開展設(shè)備檢查和性能測試，并及時獲得測試結(jié)果，有利于進(jìn)一步提升繼電保護(hù)運維工作的質(zhì)量和效率。

智能移動終端主要由數(shù)據(jù)采集、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、攝像頭、觸摸屏等模塊組成。系統(tǒng)部署時，技術(shù)人員需充分考慮工作流程的方便性，現(xiàn)場環(huán)境的安全性、可靠性等因素。

數(shù)據(jù)采集模塊主要用于采集繼電保護(hù)設(shè)備的運行狀態(tài)、保護(hù)動作行為等信息，并上傳至智能運維管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集模塊由無線射頻模塊和GPS模塊組成，采用藍(lán)牙與GPS雙向定位，實現(xiàn)繼電保護(hù)設(shè)備的實時在線狀態(tài)監(jiān)測。數(shù)據(jù)采集模塊可以將采集的設(shè)備狀態(tài)信息與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行比對，并與后臺服務(wù)器交互，以此來實現(xiàn)繼電保護(hù)設(shè)備的實時監(jiān)測。

GPS定位模塊主要用于實時監(jiān)測繼電保護(hù)設(shè)備的地理位置信息。GPS模塊通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實時獲取電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)設(shè)備的位置信息，并上傳至后臺服務(wù)器［2］。

攝像頭模塊用于實時采集繼電保護(hù)設(shè)備的運行狀態(tài)信息，包括繼電保護(hù)設(shè)備的正常運行信息、異常狀態(tài)及故障信息，并通過4G/5G網(wǎng)絡(luò)將采集的影像資料上傳至后臺服務(wù)器。

觸摸屏主要用于人機交互操作，具體功能包括查看設(shè)備運行狀態(tài)、操作指令設(shè)置、圖形繪制等，該模塊采用JavaScript語言開發(fā)實現(xiàn)。

本文為進(jìn)一步保證智能運維系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸安全性和可靠性，采用加密算法對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理。本研究根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全需求及應(yīng)用場景，采用基于SR-IOU加密算法的數(shù)據(jù)傳輸安全防護(hù)機制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸安全防護(hù)。SR-IOU加密算法是一種基于橢圓曲線加密算法和哈希函數(shù)的混合加密算法，相比傳統(tǒng)的數(shù)字證書和SM4/SM3算法，具有更好的安全性、更高的性能和更快的速度，而且不易被破譯或破解。

1.3? 無線虛擬專網(wǎng)

無線虛擬專網(wǎng)是基于寬帶無線接入技術(shù)建立的專用于企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)通信的虛擬網(wǎng)絡(luò)。無線虛擬專網(wǎng)采用無線方式接入寬帶網(wǎng)絡(luò)，可以減少企業(yè)投資成本。繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)通過在網(wǎng)絡(luò)上部署VPN專用設(shè)備，并將不同類型的設(shè)備（如電腦、手機等）接入VPN專用設(shè)備，可以實現(xiàn)專網(wǎng)專用，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩c保密。

無線虛擬專網(wǎng)可支持WiFi、3G/4G、5G等多種接入方式［3］，由于電力系統(tǒng)中存在大量的無線應(yīng)用場景，如電力調(diào)度、變電站監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等，因此需要對電力無線虛擬專網(wǎng)進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)各種應(yīng)用場景，將不同類型的設(shè)備接入同一個無線網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)接入設(shè)備之間的相互隔離以及對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸安全保障，從而進(jìn)一步滿足電力系統(tǒng)對通信安全性和可靠性的要求。

2? 系統(tǒng)軟件功能架構(gòu)

繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)軟件功能架構(gòu)如圖2所示，軟件功能主要包括（1）分析及管理模塊；（2）檢修輔助決策模塊。其中，繼電保護(hù)設(shè)備分析及管理功能主要是對電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)與管理，包括對電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行巡查、檢修、更換、試驗等操作，同時還包括對電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置等；檢修輔助決策模塊可以根據(jù)繼電保護(hù)故障位置、故障類型等信息，向管理人員提供故障檢修方案。

2.1? 分析及運行管理

繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)的故障信息管理模塊主要通過對電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行智能監(jiān)測與報警，并對發(fā)生故障的電力系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，進(jìn)而實現(xiàn)對繼電保護(hù)設(shè)備故障的處理，使繼電保護(hù)設(shè)備的維護(hù)工作能夠得到有效開展。故障信息管理模塊主要包括以下幾個功能。

（1）故障信息管理模塊主要提供故障信息查詢、分析和管理功能，當(dāng)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障時，該模塊能夠通過數(shù)據(jù)接口查詢到電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障時的詳細(xì)信息，同時還能夠?qū)⑾嚓P(guān)信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，以便為后續(xù)維修工作提供參考［4］。

（2）數(shù)據(jù)分析功能可以根據(jù)繼電保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障時的具體信息，結(jié)合專家經(jīng)驗及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備運行情況，對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備發(fā)生的故障進(jìn)行分析，并給出相應(yīng)的解決方案。

（3）管理功能可以通過對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理，以便于為后續(xù)檢修工作提供參考。

2.2? 檢修輔助決策模塊

繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)故障檢修輔助決策模塊主要用于實現(xiàn)對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)故障檢測與定位，并根據(jù)檢測與定位結(jié)果制定電力系統(tǒng)故障檢修輔助決策，提高電力系統(tǒng)繼電保護(hù)故障檢修效率與質(zhì)量；根據(jù)繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)信息采集與分析結(jié)果，分析電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運行狀態(tài)，并根據(jù)狀態(tài)評估結(jié)果制定出相應(yīng)的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運行策略。繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)故障檢修輔助決策模塊的設(shè)計主要是基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對繼電保護(hù)設(shè)備故障進(jìn)行診斷，同時根據(jù)繼電保護(hù)設(shè)備運行狀態(tài)信息，對其運行狀況進(jìn)行評估，為后續(xù)故障的處理提供決策支持。具體來說，繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)故障診斷模塊包括以下幾個模塊：（1）故障診斷專家系統(tǒng)。該模塊通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來實現(xiàn)故障診斷，對繼電保護(hù)設(shè)備故障狀態(tài)以及故障影響進(jìn)行評估，以此來為后續(xù)的繼電保護(hù)設(shè)備故障處理提供決策支持［5］；（2）繼電保護(hù)設(shè)備運行狀態(tài)評估。該模塊利用專家系統(tǒng)算法來評估繼電保護(hù)設(shè)備運行穩(wěn)定性、安全性等狀態(tài)。

在電力系統(tǒng)運行過程中，二次設(shè)備、回路等設(shè)備發(fā)生故障時，會產(chǎn)生故障報警信息，雖然報警信息在內(nèi)容上相差不多，但產(chǎn)生相同報警信息的真實原因卻各不相同，依靠人工很難迅速、精確地確定故障報警位置和故障原因。基于無線虛擬網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)，可以通過故障診斷專家系統(tǒng)、繼電保護(hù)設(shè)備運行狀態(tài)評估等模塊，評估繼電保護(hù)設(shè)備故障信息，并為管理人員提供輔助決策幫助，輔助決策流程如圖3所示。

繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)輔助決策流程如下：（1）繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)將設(shè)備故障運行數(shù)據(jù)上傳至信息采集平臺，并將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)分析區(qū)域，即實時數(shù)據(jù)區(qū)［6］。（2）判斷繼電保護(hù)設(shè)備故障維修是否需求輔助決策，如果需要故障輔助決策，則系統(tǒng)根據(jù)繼電設(shè)備歷史故障信息判斷當(dāng)前故障類型、故障原因、故障影響范圍等，同時查看歷史數(shù)據(jù)庫中類似故障的處理方法［7］。（3）將繼電保護(hù)系統(tǒng)故障信息和歷史故障信息相結(jié)合，生成繼電保護(hù)設(shè)備檢修輔助決策，并通過觸摸屏反饋給管理人員。管理人員可以根據(jù)繼電保護(hù)設(shè)備輔助決策信息，對繼電保護(hù)進(jìn)行檢修處理。故障處理完成后，管理人員需要將處理結(jié)果和過程輸入系統(tǒng)終端，并生成故障處理日志，以便于為后續(xù)故障處理工作提供參考。

針對繼電保護(hù)設(shè)備報警信息處理和歷史信息查詢，需要根據(jù)數(shù)據(jù)庫存儲規(guī)則，對繼電保護(hù)智能運行系統(tǒng)中存儲的故障信息進(jìn)行整合優(yōu)化，建立帶有時標(biāo)的故障信息樣本管理庫以及故障事件檢索系統(tǒng)［8］。

（1）報警信息的處理。電力企業(yè)與繼電保護(hù)設(shè)備生產(chǎn)廠家共同建立報警信息數(shù)據(jù)庫。當(dāng)繼電保護(hù)設(shè)備出現(xiàn)故障時，智能運維系統(tǒng)可以從報警信息數(shù)據(jù)庫中調(diào)取繼電保護(hù)設(shè)備故障信息，并結(jié)合當(dāng)前設(shè)備故障情況，判斷繼電保護(hù)設(shè)備故障類型、故障原因、故障影響范圍等，同時根據(jù)繼電保護(hù)設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的故障處理建議，向管理人員提供輔助決策信息。

（2）歷史查詢。智能運行系統(tǒng)通過自動采集數(shù)據(jù)和人工手動輸入信息等方式，建立繼電保護(hù)設(shè)備歷史故障數(shù)據(jù)單元，并建立繼電保護(hù)運行知識數(shù)據(jù)庫。

當(dāng)繼電保護(hù)設(shè)備發(fā)生故障時，智能運維系統(tǒng)報警系統(tǒng)會觸發(fā)知識數(shù)據(jù)庫，并通過預(yù)設(shè)邏輯對相關(guān)關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，包括案例分析、詞條釋義、技術(shù)規(guī)范、操作規(guī)程、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)支持等。

3? 結(jié)語

針對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運行維護(hù)過程中存在的問題，采用基于無線虛擬專網(wǎng)的繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)設(shè)計方法，構(gòu)建基于無線虛擬專網(wǎng)的繼電保護(hù)智能運維系統(tǒng)，實現(xiàn)對繼電保護(hù)設(shè)備的實時監(jiān)測，以及故障輔助決策，從而提高電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運行維護(hù)質(zhì)量與效率。繼電保護(hù)設(shè)備智能運維系統(tǒng)可以對繼電保護(hù)信息進(jìn)行智能化整理、共享、采集和交互，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、無紙化和移動化管理，提高了現(xiàn)場運維工作的可靠性、高效性和便捷性，保障了電網(wǎng)的運行安全。

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（編輯? 王永超）

Design of relay protection artificial intelligence for IT operations system based on wireless virtual private network

Hu? Chunbin

（State Grid Zhejiang Electric Power Co.， Ltd.， Lishui Power Supply Company， Lishui 323000， China）

Abstract：? This paper designs a relay protection artificial intelligence for IT operations system based on the wireless virtual private network （VPN）. Through the wireless virtual private network， the status of relay protection devices in the power system is monitored in real time. According to the status information of relay protection devices in the power system， the intelligent analysis and fault diagnosis are carried out， and the abnormal status is forewarned and alarmed. This research realizes interaction between the wireless virtual private network and the relay protection artificial intelligence for IT operations system， pushes the operation information of the relay protection device to the mobile terminal of the relay protection artificial intelligence for IT operations system in real time， and displays the operation status and fault information of the relay protection device to the managers in real time through the touch screen， so as to achieve the purpose of intelligent operation and maintenance management of the relay protection device.

Key words： wireless virtual private network; relay protection; artificial intelligence for IT operations system