XLPE电力电缆绝缘在线监测系统的软件设计.pdf

2 0 0 5 年第 1 期 No . 1 2 0 0 5 电 线 电 缆 E l e c t r i c Wi re 在线监测; 串口通信; 自 动监浏; 数据库 中图分类号二 T M 2 4 7 . 1文献标识码: A文章编号: 1 6 7 2 - 6 9 0 1 ( 2 0 0 5 ) 0 1 - 0 0 3 9 - 0 3 D e s i g n o f S o f t w a r e f o r O n li n e Mo n i t o r i n g o f X L P E P o w e r C a b l e I n s ul a t i o n Y I X i a o - y u , e t a l ( W u h a n U n i v e r s i ty , I n s t it u t e o f E l e c t ri c a l E n g in e e r i n g , W u h a n 4 3 0 0 7 2 , C h in a ) A b s t r a c t : A n o n li n e m o n i t o ri n g s y s t e m f o r X L P E p o w e r c a b l e i n s u l a t i o n w a s d e v e l o p e d i n o r d e r t o m a k e a s s e s s m e n t t i m e l y o n t h e a g e i n g o f t h e c a b l e i n s u l a t i o n . T h i s p a p e r p re s e n t s i n d e t a i l t h e d e s i g n o f s o f t w a re f o r t h e m o n i t o ri n g s y s t e m, i n c l u d i n g t h e d e s i g n o f t h e c o m m u n i c a t i o n m o d u l e , m o n i t o r i n g m e t h o d , d a t a b a s e a n d s u p p o rt i n g p r o g r a m o f t h e s y s t e m K e y w o r d s : X L P E p o w e r c a b l e ; o n l i n e m o n i t o ri n g ; s e ri a l c o m m u n i c a t i o n ; a u t o m a t i c m o n i t o ri n g ; d a t a b a s e 1 引言 交联聚乙烯( X L P E ) 绝缘电力电缆由于具有电 气性能好、 击穿电场强度高、 介质损耗角正切值小、 载流量大等一系列优点， 在高压电网中得到了越来 越广泛的应用。电缆投入运行后， 其绝缘由于受到 电、 热、 机械、 化学等因素的作用将会发生老化。为 了保证电缆的可靠运行， 及时发现异常现象， 掌握电 缆绝缘的老化状况， 以避免事故的发生， 有必要对其 绝缘进行在线的检测及诊断。为此， 针对襄樊电业 局两回1 1 0 k V的电力电缆， 通过对其接线方式与运 行特征的考察和分析， 开发了一套基于接地线电流 法的可靠性高、 操作简单的 X L P E电力电缆绝缘在 线 监 测 系 统 tl 0 图 1 X L P E电力电缆绝缘在线监测系统原理图 收稿日期二 2 0 0 4 - 0 5 - 0 8 作者简介: 易小羽( 1 9 8 0 一) ， 男， 湖南株洲人， 在读硕士 研究生 . 作者地址: 湖北武汉市路咖山 4 3 0 0 7 2 . 2 系统简介 系统的整体框图如图 1 所示， 可分为下位机接 地线电流现场检测单元的硬件部分和上位机监控程 序的软件部分。下位机检测单元主要由以下几个部 件组成: 电流传感器、 信号调理单元、 锁相环电路、 单 片机数据采集系统、 串口通信模块。另外， 根据要求 在下位机中还增加了人机交互界面: 键盘和图形式 液晶显示模块。上位机监控程序通过 R S - 4 8 5 接口 及双绞线和下位机通信取得联系， 可选择自动监测 或手动监测两种方式来控制下位机的单片机进行数 据采集， 并将采集到的数据存储在系统数据库中， 在 程序界面中， 可对采样数据进行查看、 打印、 删除等 操作， 还可对其变化趋势进行分析。本文将着重对 监测系统的软件设计部分给予介绍。 3 软件的模块划分与设计 本软件选择了 V i s u a l C +为开发工具， 采用 M i c r o s o f t A c c e s s 2 0 0 ( 数据库， 运用面向对象的思想 和模块化程序的结构， 基于对话框的模板设计， 层次 清晰， 界面良好， 扩展性较好。 3 . 1 通信模块的设计 要实现对下位机检测单元的采样控制， 上位机 监控程序首先需要与其通信取得连接， 本系统中是 通过串口通信实现的。V i s u a l C +中常用的开发 串口 通信程序的方法是使用W i n 3 2 A P I ( A p p l i c a t i o n 万方数据 2 0 0 5 年第 1 期 No. 1 2 0 0 5 电 线 电 缆 E l e c t r i c Wi r e 接着便可按事先设 置好 的通信协议与单片机进行通信， 这是通过 W r i t e F i l e ( ) 和R e a d F il e ( ) 两个函数分别对单片机读 数据和写数据来实现的; 在单片机接收到握手信号 开始采样后， 如果程序采用查询方式来判断采样是 否完成， 必将占用大量的系统资源， 为节省 C P U时 间， 本系统中采用 Wi n 3 2 A P I 的通信事件函数监视 端口。调用S e t C o m m M a s k( ) 函数来设置事件， 其事 件掩模设置为E V _ R X C H A R ， 即当接收到一个字符， 并放人输入缓冲区时事件触发， 则当采样完成向上 位机发送数据时， W a i t C c o m E v e n t ( ) 函数等待的事件 被触发， 此时在函数中将数据读入上位机即可。 3 . 2 监测方式的选择 对于电缆的在线监测即是通过检测得到的电缆 绝缘参数， 并根据参数的数值来判断和分析电缆的 绝缘情况， 以决定电缆是否需要进行更换 3 。而对 于参数的分析分为两个方面， 其一是对采集数值的 实时分析， 通过采到单个数值与由电缆历史运行情 况决定的报警值相比较， 便可判断电缆绝缘参数是 否超标; 其二是对采集数值的长期趋势的分析， 这就 要求在系统中建立数据库， 将定时采得的数据存人 数据库中， 而通过对一段时间内采得数据的趋势分 析， 如果在某个时间段内电缆绝缘参数出现较大的 变动， 则说明电缆绝缘可能出现了老化、 劣化等情 况， 需要进行进一步的检测。在本软件中， 为了满足 上述两种分析的需要， 分别设置了手动监测和自动 监测两种方式， 用户可根据需要在其中进行选择。 手动监测实现的功能为先与下位机进行通信， 建立连接后控制下位机开始采样， 然后可以通过 R S - 4 8 5 接口和双绞线将采样得到的参数值传回上 位机， 在上位机的程序界面中将这一组数据显示出 来。同时程序将采得的数据与设置的报警值进行比 较， 如果超出报警值则显示报警信息。手动监测可 在程序运行后的任何时间运行， 用于对电缆进行实 时监测。 自动监测是为了对电缆绝缘参数进行长期趋势 分析而设计的， 即定时自动地重复进行手动监测， 并 将采集到的数据按时间顺序保存在数据库中。而对 于一些地处偏远的变电站， 使用自动监测功能可以 在无人值守的情况下实现对电缆的长期监测， 更具 有现实意义。 V i s u a l C +中实现定时功能的函数是 S e t T i m e r ( ) ， 其函数定义为: U I N T S e t T i m e r ( U I N T n I D E v e n t , U I N T n E l a p s e ) 其中， n I D E v e n t 是定时器的序号， n E l a p s e 为时间 响应函数 O n T i m e r ) 启动的间隔时间， 单位为 m s o 每过设定的间隔时间， O n T i m e r ( ) 函数便会响应， 在 其中调用采样函数便可实现定时监测。为了满足用 户在不同情况下的具体需要， 程序以单选的方式设 置了四个间隔时间可供选择， 其中三个间隔时间的 参数是固定的， 另外一个可以通过程序提供的人口 进行参数修改。 3 . 3 数据库的设计 自动监测过程中采样数据以及采样时间等信息 被保存在由 M i c ro s o f t A c c e s s 2 0 0 0设计的数据库中， 为使数据库的层次分明， 分别建立四个表来存放四 个不同间隔时间采样得到的数据， 另外建立一个表 保存进人数据库的用户口令。 ( 1 ) 用户权限的设定考虑到不同用户的不同 需求， 系统设定了高级用户和普通用户两级权限。 普通用户无需口令， 但只有对数据进行查看的权限; 而高级用户需要输人口令才能进人， 可以对数据进 行删除， 打印， 以及查看历史数据趋势图等操作。口 万方数据 2 0 0 5 年第 1 期 No. 1 2 0 0 5 电 线 电 缆 E l e c t r i c Wi r e i f! d b . I s O p e n ( ) ) I d b . O p e n ( s a m p l i n g d a t a . m d b ) ; 要对数据库中的一个表进行操作， 应在V i s u a l C +中建立一个 C D a o R e c o r d s e t 的继承类并连接到 该表， 再用这个类定义一个对象， 然后调用 O p e n( ) 函数即可打开这个表: C S a m p l i n 目 a t a s a m d a t a ( s a m d a t a . O p e n ( ) ; 如果打开成功的话， 则可以用 s a m d a t a . A d d N e w ( ) 或者 s a m d a t a . D e l e t e) 来向数据库中加人或者删除 数据。打开的数据库和表在操作完成后， 必须记得将 其关闭， 否则下一次使用数据库时就会出现错误。 ( 3 ) 历史数据趋势图的设计要对数据库中的 历史数据进行长期趋势分析， 简单的数据报表显然 不够， 比较而言， 图形方式形象直观， 利于决策判断， 提高诊断效率和正确性。系统的高级用户有权限对 历史数据趋势图进行查看， 以观察电缆绝缘参数的 长期趋势， 判断其绝缘老化受损情况。 为此， 以采样时间为横轴， 采样数据幅值为纵轴 建立历史趋势图。坐标轴尺度的选取非常重要， 被 测参数在一定时间内变化的幅度往往很小， 如果尺 度选取过大的话， 即使参数数值相对发生较大变化， 但在图形上却难以表现出来。所以在程序中采用了 动态的方法来确定趋势图坐标轴的尺度， 即先找出 这一组数据的最大值和最小值分别对应的纵坐标的 最大和最小位置， 然后取其平均值为原点， 各点数据 按比例关系分布在坐标平面上， 这样用户能够直观 的观察和判断历史数据的趋势变化。 3 . 4 系统托盘程序的设计 自动监测功能一旦启动， 程序往往需要长时间 的不间断运行来进行数据采集， 在这段时间内为不 致影响其他程序的运行， 也为了界面的美观， 用户可 以点击自动监测界面上的“ 后台运行” 按钮使程序在 后台自动运行， 此时程序界面隐藏为系统托盘中的 一个图标。而在任何时候单击此图标， 程序界面又 会出现。 W i n d o w s 桌面系统托盘位于任务栏的右侧， 即 W i n d o w s 桌面的右下方， 它常用来显示一些表示系 统状态的图标。V i s u a l C十十中与系统托盘通信的 函数只有一个: S h e l l - N o t i f y 1 c o n ( U I N T m e s s a g e ，N O T I F Y I - C O N D A T A N I M_ M O D I F Y修改托 盘中的图标; N I M _ D E L E T E 从托盘中删除一个图标。 第二个参数 m n i d 是 N O T I F Y I C O N D A T A结构的一 个引用。 为了在托盘中加人图标， 要完成的工作有: ( 1 ) 建立一处理托盘通知消息的窗口对象; ( 2 ) 建立一结构体 N O T I F Y I C O N D A T A变量， 并 给变量的相应域赋值以在托盘通知消息与窗口对象 间建立联系; ( 3 ) 建立相应的托盘通知消息映射机制; ( 4 ) 调用S h e l l _ N o t i fy I c o n 函数以在系统托盘中 加人或删除图标; ( 5 ) 在窗口对象中编写相应的事件响应函数。 4 结束语 本软件人机界面良好， 操作简单， 易于进行扩展。 实现了自动监测的功能， 可对电缆进行定时监测， 其 串口通信和数据库的设计都稳定可靠， 能满足在无人 值守变电站中进行长期监测的需要。进一步的发展 方向是考虑在其中加人基于网络的远程监控模块， 这 样在远程的工作人员也可对采样数据进行察看和分 析， 以作出相应的处理， 这也有利于系统最终加人变 电 站的自动化系统或S C A D A ( S u p e r v i s o r C o n t r o l a n d D a t a A c q u s i t i o n 系统监控和 数据采集) 系统。 参考文献 : 柴旭峥， 关根志， 黄海组， 李成绪. 交联聚乙烯电力电缆的绝缘 在线监测技术【 J l . 电线电缆, 2 0 0 2 , ( 6 ) : 3 0 - 3 3 . 李现勇. V i s u a l C +串口通信技术与工程实践 M . 北京: 人民 邮电出版社， 2 0 0 2 . 严璋. 电气绝缘在线检测技术 M . 北京: 中国电力出版社， 1 9 9 5 . D a v i d J . K r u g l i n s k i , S c o t w i n g o , G e o r g e S h e p h e r d . V i s u a l C+ 6 . 0 技术内幕第五版 M . 北京: 北京希望电子出版社， 1 9 9 9 . 一一J门JJI一飞IJ 12内J4 resLr.LfLresL 41 万方数据