基于CIM的牽引供電故障信息管理主站系統的研究

劉子英，沈劍云，張運運

（1.華東交通大學 電氣與電子工程學院，江西 南昌 330013；2.中鐵電氣化局集團有限公司 電氣化公司，北京 100036）

目前，大部分電氣化鐵路的牽引供電系統都只有以監控為目的的遠動系統，缺乏對故障信息統一管理的平臺。隨著牽引變電所自動化水平的不斷提高，故障錄波裝置和變電所綜合自動化系統也廣泛運用于牽引供電系統中，但無論是遠動終端采集的系統實時運行數據，還是故障錄波器記錄的系統故障信息都未得到有效利用，牽引供電故障信息存在數據冗余、管理混亂、信息模型私有等問題，可以用“數據多，信息少、管理亂、利用少”來概括[1-2]。為此，提出建立基于 IEC61970公共信息模型(Common Information Model，CIM)國際標準的牽引供電故障信息數據模型，實現對故障信息的統一建模與管理。結合南昌鐵路局供電段的實際需求，設計與實現故障信息主站的功能，并進行系統測試。

1 牽引供電故障信息系統總體結構

牽引供電故障信息系統包括主站系統、通信系統和子站系統[2-3]，其整體結構如圖1所示。

圖1 牽引供電故障信息系統總體結構

圖2 主站系統的功能示意圖

（1）主站系統。主站的硬件系統包括高性能服務器、通信接口和外設，如顯示器、打印機等。主站服務器擁有足夠的硬盤容量和處理速度，能夠處理大量來自子站系統的故障數據。

（2）通信系統。通信系統作為主站系統和子站系統間的通信媒介，采用的方案是與現有牽引遠動系統共用一套通道，但是與遠動系統采用分離的通信軟件，這樣既可以保證故障信息系統與遠動系統信息的一致性，又能達到為故障管理與分析提供所需信息的目的。

（3）子站系統。子站系統是故障信息采集系統，在硬件上與牽引遠動系統共用一套子站系統，但在子站軟件方面可以根據故障信息系統實際情況進行自由裁剪。子站系統包括對各種實時故障信息的采集、本地存儲和通信模塊。

2 牽引供電故障信息系統主站的功能

主站系統的主要目的是收集與管理故障數據，為故障分析專家系統等高級應用提供數據支持，并且在故障數據的基礎上進行故障信息管理和分類統計等工作[4]。圖2是采用 Rational Rose 繪制的主站系統功能圖。

（1）實時故障信息管理。實時故障信息管理實現牽引供電故障信息的快速采集，及時傳送到調度端，提供給故障分析人員。

（2）歷史故障信息管理。經過分析后的故障信息以一定的格式存入到歷史故障信息庫中，一方面進行故障信息匯總，作為運營統計數據；另一方面為今后發生類似故障提供相應參考，為故障預防或處理提供經驗。

（3）保護投運及定值管理。系統記錄各牽引變電所保護裝置的投運情況及定值情況，當保護情況變動時，需要在本系統中進行更新。該功能主要是為繼電保護分析人員提供參考。

（4）設備履歷信息管理。設備履歷信息管理提供牽引供電一、二次設備的詳細技術參數和使用情況信息，實現設備狀態管理。同時，對故障分析時可以快速查詢故障設備的詳細信息。

（5）故障信息分類統計。歷史故障分類統計對于指定區域內發生故障事件的次數，能夠按時間，按段、車間、工區進行統計，并提供各種查詢、檢索功能；能方便地進行不同條件的查詢，可以變電所名、設備名稱、線別編號和時間為關鍵字查詢相關故障信息，以及對應的錄波信息，并且實現查詢后的轉存備份、統計分析、打印等工作，還可以統計保護正確動作率，用于上報和存檔。

（6）安全管理。利用鐵路信息專用網絡實現與外網的隔離，進行嚴格的安全管理，包括病毒防護、數據熱備份措施，以保證系統安全可靠運行。

（7）系統管理。根據用戶權限和工作性質實現不同的功能，如管理員完成安全管理和用戶管理；系統維護人員完成對數據字典和故障信息的整理與發布；其余的故障分析和運營人員完成對故障瀏覽和綜合查詢的功能。

（8）智能數據接口。實現與牽引供電其他管理系統智能數據接口，同時也為基于故障信息的高級應用預留接口。

3 牽引供電故障信息系統主站設計與實現

3.1 主站系統構成

（1）故障信息CIM模型設計。該模型設計主要包括基于 CIM 故障信息建模和故障信息模型映射到關系數據庫。

（2）故障信息綜合管理。其主要包括實時故障信息管理模塊、歷史故障信息管理模塊、保護投運及定值管理模塊、設備履歷信息管理模塊、故障信息分類統計模塊、安全管理模塊、智能數據接口模塊和系統管理模塊。

3.2 牽引供電CIM故障信息模型設計

牽引供電故障信息主站系統的數據建模包括對一次設備建模，對二次設備建模和一、二次設備整合建模[4-5]。根據 CIM 建模思想和方法，采用 UML 建模語言和 Rational Rose 建模工具，建立了牽引供電故障信息數據庫的實例模型，即 CIM_GUZHANG。模型分成6個包：Core 包、Domain包、Equipment包、Protection包、Meas包和Data包，如圖3所示。圖4是CIM_GUZHANG數據模型的主要類。

圖3 CIM_GUZHANG 包圖

在本主站系統中，數據庫表分為以下兩大類[4]。

（1）業務數據表。業務數據表包括牽引供電系統的網絡庫和故障信息庫，主要是從CIM_GUZHANG數據模型映射到關系型數據庫生成的表。

（2）系統管理表。系統管理表的主要功能是確保系統正常穩定運行，完成系統功能所必需的管理系統表。

圖4 CIM_GUZHANG故障模型主要類

3.3 故障信息管理功能設計與實現

故障信息管理功能架構設計采用 B/S三層架構：Web 表現層、應用層和數據層。Web 表現層是Web 瀏覽器接受用戶信息輸入、返回處理結果，提供人機交互界面。應用層包含大量的管理、統計組件，主要是故障綜合管理業務和邏輯組件的實現。數據層采用 CIM 標準對牽引供電故障信息建模，同時在數據層封裝了對底層數據庫的存取操作和數據采集操作[2,6]。下面以實時故障信息管理為例，說明系統功能設計與實現過程。

實時故障信息管理包括兩個方面：故障信息的實時傳輸模塊和故障信息復合查詢模塊。

（1）故障信息的實時傳輸模塊。該模塊頁面采用 Javascript 定時詢問后臺數據庫，獲取實時故障信息，當有故障信息存入數據時，刷新頁面報警提醒。

（2）故障信息復合查詢模塊。該模塊能對故障信息進行簡單查詢。查詢的主要類包括查詢接口類(DivQueryDao)、查詢實現類(DivQueryDaoImpl)、查詢條件類(Search)、查詢信息返回類(Eventrecord)、數據庫連接類(DBConn)等。首先用戶在前臺界面 JSP 中選擇查詢條件，傳遞給Search 類的實例化對象 sh。對象 sh 作為類 DivQueryDaoImpl 中 DivQuery 方法的參數調用，DivQuery 的返回值為 List 類型的列表，此列表存儲查詢后的數據集 Eventrecord 對象，然后再傳遞給 JSP 頁面作為查詢返回信息，通過 HTML顯示。其流程如圖5所示。

3.4 故障信息管理功能測試

牽引供電故障信息主站系統的測試得到南昌供電段牽引供電系統現場故障數據的支持，測試結果表明，該系統能夠滿足供電段對故障信息管理的需要。

圖5 故障信息復合查詢時序圖

4 結束語

結合鐵路牽引供電系統故障管理的實際需求，建立了基于 CIM 標準的牽引供電故障信息管理主站系統。該系統采用 IEC61970CIM 作為故障信息建模標準，解決了接口不開放、系統集成困難等問題，并且采用 B/S 三層架構實現故障信息管理，使調度端能在第一時間掌握變電所及供電區間的故障情況，提高故障信息管理的效率，提高了牽引供電管理自動化水平，具有一定的工程實際意義。

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[1]舒 輝. 鐵路配電網故障信息管理及診斷系統研究與實現[D]. 成都：西南交通大學，2008.

[2]郭 鍇，李群湛，賀建閩. 電氣化鐵路故障信息處理系統方案研究[J]. 機車電傳動，2004(2)：54-57.

[3]高 翔，張沛超，章堅民. 電網故障信息系統應用技術[M]. 北京：中國電力出版社，2007.

[4]翁芳芳. 基于CIM的電網故障信息主站系統的研究[D]. 北京：華北電力大學，2004.

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[6]任建文，周 明，李庚銀. 電網故障信息綜合分析及管理系統的研究[J]. 電網技術，2002，26(4)：38-41.