变电站接地网数字化管理系统的制作方法

本发明属于变电站接地网管理领域，特别是一种变电站接地网数字化管理系统。

背景技术：

变电站接地网是维护电力系统安全可靠运行，保障运行人员和电气设备安全的根本保证和重要措施。我国的变电站广泛采用镀锌钢接地网，投运后腐蚀问题也会随之产生。以往涉及变电站管理的相关专利大部分都只是针对相关设备或者相关人员，管理结构较为单一，仅仅只能实现单个设备的监控和管理；其余涉及管理方法的专利又仅仅只存在书面上的描述，无法确定实际落实效果。因此目前变电站接地网的数字化管理基本上处于空白状态，缺乏相应的理论和平台实现科学管理，导致每一次的接地网腐蚀状态诊断只是作为孤立的资料保存，无法形成对接地网运行状态的一个长期跟踪和评估，无形中导致了资源的浪费。这给变电站接地网的管理带来了很多不便，同时也给其安全稳定运行带来了隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有变电站接地网信息化管理存在的功能单一、交互性较弱等问题，提供一种变电站接地网数字化管理系统，通过该系统可方便的管理不同区域、不同变电站的各种接地网模型，使管理员和用户能够实现相关信息的批量导入、查询、修改、增加、删除、批量导出等功能，信息交互更加便捷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：变电站接地网数字化管理系统，其包括变电站信息管理系统、接地网信息管理系统、检测人员信息管理系统、接地网腐蚀诊断系统和历史监测信息管理系统五大子系统，所述的变电站信息管理系统用于实现变电站信息的记录和管理，所述的接地网信息管理系统用于实现接地网信息的记录和管理，所述的检测人员信息管理系统用于实现检测人员信息管理，所述的接地网腐蚀诊断系统用于实现接地网腐蚀诊断和结果反馈，所述的历史监测信息管理系统用于实现接地网历史监测数据管理和历史数据分析；

变电站信息管理系统直接对变电站的接地网和检测人员信息进行管理；接地网腐蚀诊断系统依赖于接地网信息管理系统，只有在接地网信息管理系统中输入的接地网模型才能进行腐蚀诊断；历史监测信息管理系统将接地网信息、腐蚀诊断信息和检测人员信息汇总，综合这些信息根据历史检测数据对接地网进行寿命预测；

所述子系统均与远程数据库服务器建立连接，通过浏览器访问指定页面上传测量数据，由远程计算服务器完成腐蚀诊断的快速计算；

通过客户端与服务器相结合实现用户对变电站、接地网和检测人员的信息管理，实现接地网的腐蚀诊断和历史数据分析，最终实现变电站及接地网的信息化管理、数字化管理和可视化管理，为接地网状态的跟踪与预测提供支撑。

本发明的创新性在于高度整合了变电站、接地网、作业人员等相关信息，并将它们密切的联系起来，提供了一套科学的管理体系和管理平台，最终实现了对接地网运行状态的一个长期跟踪和评估，极大的节约了资源，提高了工作效率。

作为上述技术方案的补充，每个子系统又细分为客户端应用模块、用户登录模块、服务器处理模块和远程通讯模块，用户登录模块实现用户登录信息的验证，根据不同验证信息赋予不同管理人员不同管理权限；远程通讯模块主要实现即时通信；客户端应用模块实现用户对各种信息的管理以及接地端腐蚀诊断及寿命预测；服务器处理模块主要实现诊断信息的在线云计算以及各数据库的管理和存储。

作为上述技术方案的补充，所述的变电站信息管理系统包括：

1)变电站具体信息包括变电站名称、修建时间、站址、电压等级、面积类型、所属单位、备注和图纸；

2)操作对象分为普通用户组和管理用户组，管理用户组赋予全部权限，普通用户组赋予部分权限；

3)变电站相关信息具有批量导入、查询、修改、增加、删除和批量导出选项；

变电站信息管理系统的工作流程如下：当用户进入变电站信息管理系统后能够实现变电站信息的查询和录入；点击查询能够根据输入信息查询具有相同属性的变电站，若不存在符合条件的变电站则显示为空；反之显示所有符合条件的变电站，点击显示的变电站能够对该变电站信息进行修改、删除或者导出；点击录入能够选择手动输入信息或者快速导入信息。

作为上述技术方案的补充，所述的接地网信息管理系统包括：

1)接地网具体信息包括接地网模型、模型名称、横向节点数、纵向节点数、总节点数、支路数、深度、接地体数量和备注；

2)操作对象分为普通用户组和管理用户组，管理用户组赋予全部权限，普通用户组赋予部分权限；

3)接地网相关信息具有接地网模型导入、查询、修改、增加、删除和导出选项；

接地网信息管理系统的工作流程如下：当用户进入接地网信息管理系统后能够查询和录入接地网信息；选择录入接地网信息则能够选择自动导入或者按提示手动输入；选择查询接地网信息则能够检索到输入变电站下的所有接地网，若检索结果为空则提示重新输入；选择相关的接地网，能够对其信息进行编辑、删除和导出或者进行相关参数设置。

作为上述技术方案的补充，所述的检测人员信息管理系统包括：

1)接地网检测人员具体信息包括id号、姓名、性别、所属单位、职级和联系电话；

2)操作对象分为普通用户组和管理用户组，管理用户组赋予全部权限，普通用户组赋予部分权限；

3)接地网检测人员相关信息具有批量导入、查询、修改、增加、删除和批量导出选项；

检测人员信息管理系统的工作流程如下：当用户进入检测人员信息管理系统后能够实现检测人员信息的查询和添加；点击查询需要输入姓名或者所属单位，若不存在符合条件的人员则显示为空；反之显示所有符合条件的检测人员，点击显示的检测人员，能修改或删除其信息；点击添加则能够增加接地网检测人员信息。

作为上述技术方案的补充，所述的接地网腐蚀诊断系统包括：

1)状态诊断：客户端发送计算请求，确定计算对象和计算方式，服务器据此调用个人数据库对应数据和计算程序完成计算分析；通过基于多态近似解的接地网阻抗逆问题算法对接地网的腐蚀诊断状态做出准确的诊断计算，得到的结果既可用作接地网单次评估的依据，也可存储到变电站接地网数字化管理系统，积累多次用作接地网的寿命预测依据；

2)结果反馈：服务器将计算结果返回客户端，客户端根据计算结果绘制表格和图形实现诊断结果的图表化显示，若计算时间长将实时反馈计算进度；在状态评估结束根据接地网腐蚀程度，附上相应诊断结论和处理建议；

接地网腐蚀诊断系统的工作流程如下：当用户进入接地网腐蚀诊断系统后首先输入变电站信息选择需要诊断的接地网，然后设置相关参数开始诊断计算，若结果收敛则服务器调用相关数据生成诊断报告；若结果不收敛则返回错误并提示重设参数。

作为上述技术方案的补充，所述的历史监测信息管理系统包括：

1)接地网历史监测数据包括检测站名称、检测接地网名称及其模型、检测员、检测时间、接线方式、注入电流、测试结果及备注信息；

2)接地网历史监测相关信息具有批量导入、查询、修改、增加、删除、批量导出选项；

3)根据相应的算法和程序对输入管理系统的接地网模型库及其历史监测信息记录进行历史数据分析，预测其工作状态和预期寿命，生成分析结果报告；

历史监测信息管理系统的工作流程如下：当用户进入历史监测信息管理系统后能够在页面下方浏览历史监测信息，历史监测信息按时间分页排序，最近监测的排在第一页；除此外也可根据需要在网页上端输入变电站名称和检测人员以查询历史监测信息，对于浏览或者查询的接地网历史监测信息，用户可选择编辑修改也可借助服务器进行大数据计算分析，生成评估报告。

作为上述技术方案的补充，接地网寿命预测的具体实施方案如下：

a)建立接地网健康状况的综合评价体系

综合考虑接地网的严重腐蚀、轻微腐蚀和导通情况，形成腐蚀程度的评价值：

式中h1＝5，h2＝1.5；

b)对于每个接地网，建立独立的健康档案

以综合腐蚀指标为依据，判断出接地网的腐蚀趋势，对于腐蚀趋势明显的接地网，应当加强开展腐蚀诊断工作，缩短检测周期；对于腐蚀速率缓慢的接地网，适当提高检修年限，保证接地网诊断工作有的放矢；

c)利用健康档案为接地网的寿命评估提供事实依据

结合接地网性能指标和健康状况，确定接地网健康指数的阈值；通过分析接地网的状态影响因素，建立剩余寿命的评估模型，预测各接地网的运行年限，指导接地网检测和改造工作。

作为上述技术方案的补充，通过接地网腐蚀诊断系统实现接地网腐蚀诊断，服务器运行相应程序对接地网进行状态评估，评估流程下：

用户在客户端请求对接地网进行故障诊断，服务器调用用户上传的接地网检测数据通过相应程序计算接地网状态；诊断程序运行结束后将诊断结果存档管理，然后调用数据库接地网评价标准结合程序诊断结果对所诊断接地网进行状态评估，最终生成评估报告。

作为上述技术方案的补充，为使用户能更直观地了解接地网运行状态，用户可选择对已经诊断完成的接地网进行诊断结果图表化显示，具体显示流程如下：服务器调用测量数据和接地网图纸及模型，根据诊断结果，将支路数、设计电阻值、诊断电阻值和腐蚀程度以表格形式显示；调用接地网深度及拓扑结构数据，利用电阻抗成像逆算法，基于诊断结果绘制三维图像，对接地网支路进行三维结果显示，最终达到具体形象了解接地网状态的目的。

通过本发明可以实现对变电站信息，接地网信息，测试人员信息的数字化，可视化管理，加强了更方面的交互性，便于管理人员及时了解和处理相关信息，大大减少了工作量，减少接地网事故分析、处理和反馈所需的时间，减少人力资源消耗，提高工作效率。本发明使各相关县区电力单位能第一时间快速接收接地网事故信息，及时组织人员进行现场处理；市级供电公司管理人员可以及时、快速、简便地获取数字化管理平台有关接地网事故的处理信息，可以有效提升事故处理的完成率，本发明系统的投入运行，可提升相关接地网事故处理完成率至少80％以上。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：(1)实现了变电站和接地网信息数字化、可视化管理和即时查询、编辑等；(2)将变电站接地网信息整合起来，实现了变电站接地网信息的实时查询，极大地提高了工作效率；(3)实现了在线查询和编辑巡检记录的功能，便于管理人员即时掌握接地网状况从而制定最佳的巡检计划；(4)采用登陆认证的模式赋予不同的人员相应的权限，系统更加安全；(5)利用服务器与客户端相结合的方式，可以实现在线接地网腐蚀诊断计算，并实时反馈计算结果；(6)将接地网历史检测记录整合起来，通过相应的算法可以实现接地网寿命预测和工作状态预测等功能。

附图说明

图1为本发明变电站接地网数字化管理系统组成图；

图2为本发明变电站信息管理系统的工作流程图；

图3为本发明接地网信息管理系统的工作流程图；

图4为本发明检测人员信息管理系统的工作流程图；

图5为本发明接地网腐蚀诊断系统的工作流程图；

图6为本发明历史监测信息管理系统的工作流程图；

图7为本发明五大子系统联系图；

图8为本发明接地网状态评估流程图；

图9为本发明诊断结果图表化显示流程图；

图10为本发明用户用例图。

具体实施方式

为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例及附图进行进一步说明，但是下述实施对本发明并不构成任何限定。

为了对接地网的腐蚀状态进行有效的诊断，同时对接地网的性能进行长期的跟踪及有效评估预测，本发明提出一套变电站接地网的三维成像及数字化管理评估系统，本发明的创新之处在于将变电站信息、接地网信息和作业人员信息高度整合，加强了变电站相关信息的密切联系。并针对这些信息提供了一套科学的管理体系、管理方法和管理平台，使它们层层递进又互相关联，使工作人员能实现对变电站信息的全面监控，及时反馈问题，极大提高工作效率。该系统能够直观反映接地网的腐蚀状态；同时通过对接地网信息及其腐蚀诊断信息进行数字化管理，全面掌握接地网的运行状态，实现对接地网腐蚀状态的持续性跟踪及预测，为其寿命预测提供关键性的数据支撑和决策依据。

如图1所示的一种变电站接地网数字化管理系统，包括变电站信息管理系统、接地网信息管理系统、检测人员信息管理系统、接地网腐蚀诊断系统和历史监测信息管理系统等五大子系统。

变电站信息管理系统主要实现变电站信息的记录和管理，其具体内容如下：

1)变电站具体信息包括变电站名称，修建时间，站址，电压等级，面积类型，所述局，备注和图纸等；

2)操作对象分为普通用户组和管理用户组，管理用户组赋予全部权限，普通用户组赋予部分权限；

3)变电站相关信息应具有批量导入、查询、修改、增加、删除、批量导出等选项。

变电站信息管理系统的工作流程如图2，当用户进入变电站信息管理系统后能够实现变电站信息的查询和录入。点击查询能够根据输入信息查询具有相同属性的变电站，若不存在符合条件的变电站则显示为空；反之显示所有符合条件的变电站，点击显示的变电站能够对该变电站信息进行修改、删除或者导出；点击录入能够选择手动输入信息或者快速导入信息。

接地网信息管理系统主要实现接地网信息的记录和管理，其具体内容如下：

1)接地网具体信息包括接地网模型，模型名称，横向节点数，纵向节点数，总节点数，支路数，深度，接地体数量，备注等等；

2)操作对象分为普通用户组和管理用户组，管理用户组赋予全部权限，普通用户组赋予部分权限；

3)接地网相关信息应具有接地网模型导入、查询、修改、增加、删除、导出等选项。

接地网信息管理系统的工作流程如图3，当用户进入接地网信息管理系统后能够查询和录入接地网信息。选择录入接地网信息则能够选择自动导入或者按提示手动输入；选择查询接地网信息则能够检索到输入变电站下的所有接地网，若检索结果为空则提示重新输入；选择相关的接地网，能够对其信息进行编辑、删除和导出或者进行相关参数设置。

检测人员信息管理系统主要实现检测人员信息的信息管理，其具体内容如下：

1)接地网检测人员具体信息包括id号，姓名，性别，所属单位，职级和联系电话；

2)操作对象分为普通用户组和管理用户组，管理用户组赋予全部权限，普通用户组赋予部分权限；

3)接地网检测人员相关信息具有批量导入、查询、修改、增加、删除、批量导出等选项。

接地网检测人员信息管理系统的工作流程如图4，当用户进入检测人员信息管理系统后能够实现检测人员信息的查询和添加。点击查询需要输入姓名或者所属单位，若不存在符合条件的人员则显示为空；反之显示所有符合条件的检测人员，点击显示的检测人员，能修改或删除其信息；点击添加则能够增加接地网检测人员信息，其中姓名、单位和电话是必填项目。

接地网腐蚀诊断系统主要实现对接地网的腐蚀诊断和结果反馈，其具体内容如下：

1)状态诊断：客户端发送计算请求，确定计算对象和计算方式，服务器据此调用个人数据库对应数据和计算程序完成计算分析。诊断计算是整个系统的核心功能，它是连接系统装置数据与系统软件结果的桥梁。通过基于多态近似解的接地网阻抗逆问题算法对接地网的腐蚀诊断状态做出准确的诊断计算，得到的结果既可用作接地网单次评估的依据，也可存储到接地网数字化管理系统，积累多次用作接地网的寿命预测依据。

2)结果反馈：服务器通过云计算将计算结果返回客户端，客户端根据计算结果绘制表格和图形实现诊断结果的图表化显示，若计算时间长将实时反馈计算进度。在状态评估结束根据接地网腐蚀程度，附上相应诊断结论和处理建议。

接地网腐蚀诊断系统的工作流程如图5，当用户进入接地网腐蚀诊断系统后首先输入变电站信息选择需要诊断的接地网，然后设置相关参数开始诊断计算，若结果收敛则服务器调用相关数据生成诊断报告。若结果不收敛则返回错误并提示重设参数。

接地网历史监测信息管理系统主要实现接地网历史监测数据管理和历史数据分析，其具体内容如下：

1)接地网监测数据具体包括检测站名称，检测接地网名称及其模型，检测员，检测时间，接线方式，注入电流，测试结果及备注信息等；

2)接地网历史监测相关信息具有批量导入、查询、修改、增加、删除、批量导出等选项；

3)根据相应的算法和程序对输入管理系统的接地网模型库及其历史监测信息记录进行历史数据分析，预测其工作状态和预期寿命，生成分析结果报告。

接地网寿命预测具体实施方案如下：

a)建立接地网健康状况的综合评价体系。

综合考虑接地网的严重腐蚀、轻微腐蚀和导通情况，形成腐蚀程度的评价值:

式中h1＝5，h2＝1.5。

b)对于每个接地网，建立独立的健康档案。

以综合腐蚀指标为依据，判断出接地网的腐蚀趋势，为对于腐蚀趋势明显的接地网，应当加强开展腐蚀诊断工作，缩短检测周期；对于腐蚀速率缓慢的接地网，可以适当提高检修年限，保证接地网诊断工作有的放矢。

c)利用健康档案可以为接地网的寿命评估提供事实依据。

结合接地网性能指标和健康状况，确定接地网健康指数的阈值。通过分析接地网的状态影响因素，建立剩余寿命的评估模型，预测各接地网的运行年限，指导接地网检测和改造工作。

历史监测信息管理系统具体工作流程如图6，当用户进入历史监测信息管理系统后能够在页面下方浏览历史监测信息，历史监测信息按时间分页排序，最近检测的排在第一页；除此外也可根据需要在网页上端输入变电站名称和检测人员以查询历史监测信息，对于浏览或者查询的接地网历史监测信息，用户可选择编辑修改也可借助服务器进行大数据计算分析，生成评估报告。

变电站接地网数字化管理平台的五大子系统是互相依赖，相辅相成的。它们的关系如图7。接地网和检测人员的管理都是按变电站划分的，即从变电站信息管理系统能够直接对该变电站的接地网和检测人员信息进行管理。而接地网腐蚀诊断系统依赖于接地网信息管理系统，只有在接地网信息管理系统中输入的接地网模型才能进行腐蚀诊断。最终的接地网历史监测信息管理系统则是接地网信息、腐蚀诊断信息、检测人员信息的汇总，综合这些信息可以根据历史检测数据对接地网进行寿命预测。

用户可以通过变电站信息管理系统查询变电站名称，修建时间，站址，电压等级，面积类型，所述局，备注和图纸等，并根据被赋予权限的不同可实现编辑、导入、导出等不同操作；通过接地网信息管理系统可以查询和编辑权限内的接地网模型及接地网图纸；通过检测人员信息管理系统可以录入和修改检测人员信息，管理员可赋予其相应管理权限；通过接地网腐蚀诊断系统实现接地网腐蚀诊断，服务器运行相应程序对接地网进行状态评估，评估流程如图8。

用户在客户端请求对接地网进行故障诊断，服务器调用用户上传的接地网检测数据通过相应程序计算接地网状态。诊断程序运行结束后将诊断结果存档管理，然后调用数据库接地网评价标准结合程序诊断结果对所诊断接地网进行状态评估，最终生成评估报告。为了使用户能更直观的了解接地网运行状态，用户可选择对已经诊断完成的接地网进行诊断结果图表化显示，具体显示流程如图9。服务器调用测量数据(电流、电压、电阻等)和接地网图纸及模型，根据诊断结果，将支路数，设计电阻值，诊断电阻值，腐蚀程度以表格形式显示；调用接地网深度及拓扑结构数据，利用电阻抗成像逆算法，基于诊断结果绘制三维图像，对接地网支路进行三维结果显示，最终达到具体形象了解接地网状态的目的。

每个子系统又可细分为客户端应用模块，用户登录模块，服务器处理模块，远程通讯模块等。用户登录模块能够实现用户登录信息的验证，根据不同验证信息赋予不同管理人员不同管理权限，远程通讯模块主要实现即时通信。客户端应用模块赋予用户对各种信息进行管理以及接地端腐蚀诊断及寿命预测的功能。最后的服务器处理模块则主要实现诊断信息的在线云计算以及各数据库的管理以及存储。

下面以图10的用户用例图详细介绍变电站接地网数字化管理系统操作方法。使用时，操作人员首先通过登录认证模块进入移动终端(可设计为密码、指纹、人脸、口令识别等登录方式)，接着用户可以实行数据采集、数据管理、数据分析、通讯管理以及状态评估等操作。通过数据采集，用户采集相应数据，新增接地网模型，并可以对接地网信息进行导入、上传、编辑预览；通过数据管理，用户可以对个人数据库中接地网信息、检测人员信息和历史监测信息进行查询和编辑等操作；通过数据分析，用户可以分析接地网历史检测数据生成分析报告，预测接地网寿命；通过状态评估，用户可提交接地网模型和相关测试参数以及测试信息上传服务器，服务器运行相关诊断和评估程序对接地网进行工作状态评估最终生成相应的评估报告，根据接地网腐蚀程度给出相应建议。