1、信息与电脑2023年第10 期Information&Computer软件开发与应用基于 D-S 证据理论的电缆环流异常智能诊断系统设计于妍杨碧天李申童（国网天津市电力公司，天津30 0 0 0 0）摘要：随着电缆环流在线监测装置应用不断成熟，传统电缆环流监测系统对环流异常采用人工排查模式，耗时长、效率低、处理方式被动，没有良好的用户体验和交互逻辑。因此，提出基于浏览器服务器（Browser/Server，B/S）架构的高压电缆环流在线监测和异常智能诊断系统。该系统可自动向服务器发送请求，并获取数据库中的最新数据，从而实现环流在线监测、智能分级告警、智能异常分析3大功能，推动设备管理由“被动抢
2、修”向“主动运维”和“状态感知”转变，全面提升电缆安全稳定运行水平和设备专业化管理水平。关键词：浏览器服务器（B/S）架构；环流异常；在线监测中图分类号：TP302.1Design of Intelligent Diagnosis System for Cable Circulation Anomalies Based on文献标识码：A文章编号：10 0 3-9 7 6 7（2 0 2 3）10-16 1-0 4D-S Evidence TheoryYU Yan,YANG Bitian,LI Shentong(State Grid Tianjin Electric Power Company
3、,Tianjin 300000,China)Abstract:As the application of cable circulation online monitoring device becomes mature,the traditional cablecirculation monitoring system adopts the manual troubleshooting mode for circulation anomalies,which is time-consuming,inefficient and passive,without good user experie
4、nce and interactive logic.Therefore,this paper proposes a high voltage cablecirculation online monitoring and abnormal intelligent diagnosis system based on Browser/Server(B/S)architecture.The systemcan automatically send requests to the server to obtain the latest data in the database,so as to real
5、ize the three functions ofcirculation online monitoring,intelligent hierarchical alarm and intelligent abnormal analysis,and promote the transformationof equipment management from passive rush repair to active operation and maintenance and state perception.Comprehensively improve the safe and stable
6、 operation of cables and the professional management of equipment.Keywords:Browser/Server(B/S)architecture;circulation anomaly;on-line monitoring1引言现有的环流在线监测系统可对护层接地电流和电缆护层绝缘状态进行实时监控，起到电缆安全运行的保障作用。然而，在实际运维过程中发现，环流异常原因往往比较复杂，如受负荷电流、交叉互联距离、历史缺陷隐患等多种因素影响，传统模式下被动处理、人工排查分析、信息孤立分散的运维模式已不能满足当前大规模异常诊断的需求。因此
7、，文章提出基于浏览器服务器（Br o w s e r/Se r v e r，B/S）架构的高压电缆环流在线监测收稿日期：2 0 2 3-0 3-16作者简介：于妍（19 9 1一），女，吉林梅河口人，硕士研究生，工程师。研究方向：能源与可持续性及电力工程。和异常智能诊断系统。2发展现状在能源互联网的背景下，电力系统充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术和先进通信技术，实现万物互联和人机交互，打造状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的泛在电力物联网，已成为不可逆转的趋势。而当前对电缆设备的状态感知主要集中在对护套环流的异常分析，随着电缆环流在线监测装置应用的逐渐成熟，如何在实际生产中建立一
8、套可快速、智能、高效161信息与电脑软件开发与应用Information&Computer地进行环流监测和异常分析的系统，仍有待研究-。3总体思路系统设计思路是利用B/S架构分部性强、只需Web浏览器登录的特点为运维人员及时传输数据。由于系统前端数据的展现和请求的发送需要服务端的交互和数据库的支持，后端技术采用SpringMVC+MyBatis技术编写服务端代码，并选择MySQL作为数据库的存储。前后端定义统一的超文本传输协议（HyperTextTransferProtocol，H T T P），使前端通过调用后端提供的应用程序接（Application Programming Interfa
9、ce，A PI）获取JS对象简谱（JavaScript Object Notation，JSO N）格式的数据，从而染界面中所需的数据。在数据采集方面，通过无线专网链接接地环流在线监测装置的方式，将采集的数据上传。系统根据环流数据实现分级告警，同时将环流异常数据关联线路检修记录、试验记录、负荷数据等信息基于异常智能诊断模型形成异常分析报告，从而实现电缆缺陷自动研判和故障主动预警的功能。系统的框架示意图如图1所示。4系统设计系统主要分为前端系统操作平台和后端智能分析平台两部分。系统操作平台用于员工管理、数据查询、线路及设备管理，智能分析平台主要实现数据监测、融合、诊断以及分析功能。4.1系统操作
10、平台设计2023年第10 期考虑电缆运维人员只负责和高压电缆接地环流相关的业务，前端提供员工管理、数据查询、线路及设备管理3个功能。4.1.1员工管理员工管理模块用于员工账号的注册、登录、修改信息以及删除。员工可录人姓名和工号等相关信息，登录后进行用户名和密码的修改，并提供系统管理人员和员工自行对账号的注销功能。4.1.2数据查询随着线路不断增多，以列表形式选择线路便不再适合，因此系统提供关键词检索功能。在框中输人线路名称和位置等关键词后，运维人员能快速检索该条线路的实时数据。另外，系统提供按时间检索功能，调取该线路的历史数据。4.1.3线路及设备管理随着社会用电量的不断增加，以及电网不断扩建
11、、更新、维护，在线路和设备的管理方面具有一定的拓展性。基于此，本系统添加线路及设备管理模块，以关键词检索的方式查询设备和线路信息，提供添加、修改、删除设备信息的功能。4.2智能分析平台设计为满足电缆环流监测需求，采用采集通信单元对环流数据进行采集，在系统后台设置设备监测、环流在线监测、异常告警以及智能分析4个功能模块，并进行数在线监测及智接地电流能分析平台通信系统无线专网必接地电流监测电缆线路A相C相区数据数据采集采集图1电缆护层环流在线监测框架示意图区数据数据采集采集数据采集数据采集数据采集数据采集162信息与电脑2023年第10 期Information&Computer软件开发与应用据的
12、处理和分析。4.2.1采集通信采集通信单元利用感应器感应电缆内部的磁场变化，将环流信号转换为电信号，并传递给信号采集模块。利用电流传感器进行一次、二次电流转换，实现信号的放大和滤波等处理。护层接地电流数据必须通过加密芯片加密后接人安全接入平台。设备参数如下：典型工作电压为12 V（标准电压为730V）；平均电流不大于7 mA（12 V 供电条件下）；采集通道数不小于4通道；电流测量范围为0 2 0 0 A；电流输人为0 1A；电流测量精度为0.5级；通信方式为网络支持接人点名称（AccessPointName，A PN）4G全网通；采用蓝牙4.2 协议标准；最大发射功率为4dBm；接收灵敏度为
13、-9 7 dBm；工作距离不小于10 m。4.2.2设备监测设备监测模块对在线监测设备的在线状态和离线状态进行监测，主要通过监测指令响应、心跳包机制、状态显示3个步骤实现。首先，在监测设备离线的情况下，监测指令不能被正确响应，而在线时可以正常响应。其次，建立心跳包机制，即在设备和服务器之间建立一条保持连接的通道，设备会在一定时间间隔向服务器发送一个“心跳包”，以确保设备在线。最后，将设备离线和在线情况在平台上进行可视化展示，支持离线设备详情查询和离线告警功能。4.2.3环流在线监测环流在线监测模块主要实现数据总览、实时数据、历史数据3个功能。数据总览模块可实现对电缆线路接地箱环流的多维度查询，
14、包括时间、位置、线路、运维中心以及环流值范围等不同筛选字段。实时数据模块将采集的数据上传至综合分析系统，系统对护层接地电流、线路负荷电流、单相接地电流最大值以及单相接地电流最小值进行实时监测。历史数据模块定期抓取电缆线路的试验、检修、缺陷历史记录，对抓取的数据进行清洗和处理去除异常值，并进行数据转换和标准化处理，为后续开展异常数据分析提供基础。4.2.4异常告警异常告警模块对采集的数据进行数字信号处理、特征提取、故障诊断等工作，以输出监测结果和警报信息。运维人员在综合分析系统中可实时监测线路环流数据，若有异常将会发出告警信息和弹窗文字显示，其中告警信息包含线路名称、相别、环流异常值以及异常出现
15、时间。按照国家电网公司提出的高压电缆状态检测技术规范（Q/GDW112232014）规定，并结合电缆线路负荷情况可设置系统报警门槛 5。具体地，综合接地电流绝对值、接地电流与负荷比、单相接地电流最大值/最小值3项指标，在不同范围内按照严重等级设置告警信号，实现分级告警。同时，考虑不同地区和电压等级对于护层环流的故障判定需求不同，模块设置自主定义功能，支持自定义故障判断，多角度实现电缆故障判定和告警。4.2.5智能分析基于网络径向基函数（RadialBasis Function，RBF）与D-S证据理论的智能分析方法如图2 所示。根据历史检修记录和试验记录，同时结合负荷电流、缺陷、试验以及检修历
16、史记录进行数据整合，再结合各类业务专家和运维人员总结积累的环流告警异常经验，利用RBF神经网络初步识别电缆的运行状态，再利用D-S证据理论的融合规则对RBF神经网络的初步诊断结果进行融合，并给出最终融合概率，可作为异常智能诊断的最终决策，并生成相应的可视化图表和报告。运维人员根据分析结果加强巡视、现场复测或停电检修，及时准确消除缺陷隐患，确保设备安全运行(-7。首先，将感应器得到的信息通过RBF神经网络的训练和测试，获得基本概率分配信息，并进行归一化处理。隶属度矩阵如下2122Lmx：(AmlAm2.式中：每行元素代表RBF神经网络识别不同感应器的隶属度；每列元素代表不同感应器。考虑感应器的误
17、差，计算公式如下,=1-max(ui,li2,lin)由此，得到基本概率赋值函数为m(Li)=(1-0)ij,j=1,2,n其次，计算不确定性系数。设测量误差为X，则计算公式为,j=1,2,nS=1式中：E(x)和？分别表示特征组的期望和方差。M2n：(1)(2)(3）(4)163信息与电脑软件开发与应用Information&Computer2023年第10 期提取特征电缆数据组1环流在线监测别装置证据1证据2证据3图2 基于RBF与D-S证据理论的智能分析方法特征组1数据组2特征组2数据组3特征组3权重系数法基本概率分配m,D-S证据基本概率分配m,理论融合基本概率分配m,规则RBF神经网
18、络快策信息融合最终快策1X与一般和不确定性呈正相关。设,=(X,+0)则的计算公式为,j=1,2,n5=1再次，计算整体支持率。设两组证据的距离为Ima-mlld(ma,m,)=，则两组证据的相似程度可表示为Vn(ma,mb)=1-d(ma,mb)将某条证据和其他证据之间的相似度进行相加，得到该条证据的支持度，即n(m.)=,5(ma,.m,),a=1,ma=1,a+b则T的计算公式为=n(ma)/Zn(m.),a=1,2,ma=1 越大，说明该条证据的可信度越高。确定 和后，证据融合权重系数随之确定，先计算不同感应器单元的隶属度，即证据理论进行信息融合所需的证据，再通过证据理论组合规则进行处
19、理，获得最终m条传感器组证据的融合判定结果，最后将融合概率作为决策结果。融合计算表达式为m(L)=Z,m(L,),=1,ni15结语为切实有效提升电缆线路的安全运行，基于B/S架构提出建立高压电缆环流在线监测及异常智能诊断系统设计。使用无线专网将数据传输至智能分析平台，基于设备监测、环流在线监测、异常告警以及智能分析4大功能模块，建立智能综合分析模型实现基于数据驱动的(5)异常智能诊断，推动设备管理由“被动抢修”向“主动运维”和“状态感知”转变，全面提升专业化管理水平。参考文献(6)1戴景峰，元彬.智能电缆线路故障定位及负荷监测系统研究与应用 J.信息技术与信息化,2 0 2 2(8):132
20、-135.(7)2王克勤.电缆故障的在线检测系统设计.现代信息科技,2 0 2 1,5(2 3):6 4-6 8.3林子翔.基于MATLAB的单芯电缆金属护套环流分(8)析研究.科技资讯,2 0 17,15(4):39-40.4刘敏，方义治，孙廷玺，等.基于邻域保持嵌入-主成分分析的高压电缆状态数据异常检测及分析.科学技术与工程,2 0 19,19(2 7):19 2-19 9.5国家电网公司.高压电缆状态检测技术规范：QGDW 112232014EB/OL.(2014-12-01)2023-02-12.https:/ D.青岛：中国石油大学（华东),2 0 2 0:2 5.7罗晨.城网电缆绝缘状态在线监测预警系统及应用研究 D.重庆：重庆大学,2 0 16:2 2.164
