1、“电子污区分布图系统”需求分析报告武汉康普常青软件技术有限公司武汉大学2008 年 12 月I目 录1 引言 .11.1 编写目的 .11.2 项目背景 .11.2.1 项目单位 .11.2.2 与其它系统的关系 .11.3 定义 .21.4 参考资料 .42 项目概述 .52.1 项目概述 .52.1.1 总体目标 .52.1.2 项目模块 .52.1.3 现行系统 .62.1.4 用户分析 .72.2 系统运行环境 .72.2.1 硬件环境 .72.2.2 软件环境 .82.2.3 多级架构 .82.3 条件与限制 .93 数据描述 .103.1 数据分析 .103.2 数据流图 .113
2、.3 数据库描述 .113.4 数据采集 .124 功能需求 .134.1 功能划分 .134.2 功能描述 .134.2.1 基础数据管理功能 .134.2.2 污染范围建模功能 .164.2.3 污区图绘制功能 .184.2.4 污区图管理功能 .214.2.5 辅助决策支持与预警功能 .224.2.6 非功能性需求 .255 性能需求 .275.1 数据精确度 .275.2 时间特性 .285.3 适应性 .286 系统运行需求 .296.1 用户界面 .296.1.1 用户界面特性 .296.1.2 用户特性分析 .296.1.3 用户界面设计方法 .306.1.4 用户界面设计 .3
3、0II6.2 硬件接口 .306.2.1 硬件接口模型 .306.2.2 硬件接口数据描述 .316.3 软件接口 .316.3.1 软件接口模型 .316.3.2 软件接口数据描述 .326.4 故障处理 .327 质量保证 .338 其它需求 .349 系统资源与成本估计 .3511 引言1.1 编写目的本文档的编写目的在于通过对系统需求的详细调查和分析，明确以下内容：1） 系统必须完成的总体目标；2） 系统开发所必须完成的功能；3） 系统开发的可行性；4） 估计完成该系统所需要的资源和成本；5） 制定工程进度表；本文档的读者为项目委托单位、开发单位和应用单位的管理人员、系统设计人员和软件
4、开发人员等。1.2 项目背景1.2.1 项目单位委托单位：广西电力试验研究院有限公司开发单位：武汉康普常青软件技术有限公司、武汉大学应用单位：各级电力管理部门1.2.2 与其它系统的关系“电子污区分布图系统”是本项目的核心，它与 MIS 系统、GIS 系统、雷电系统、气象系统和污染源监测系统之间具有相互联系，因此必须分析它们之间的相互联系和接口关系。 “电子污区分布图系统”与其它系统之间的关系如图 1.1 所示。2M I S 系 统 G I S 系 统雷 电 系 统 气 象 系 统污 染 源 监 测系 统业 务 应 用 专 家 诊 断 智 能 知 识 库电 子 污 区 图系 统电 子 污区 图
5、 自动 生 成电 子 污区 图 审批 ， 汇总新 建 线路 绝 缘辅 助 配置 决 策已 建 线路 绝 缘配 置 分析设 备 运行 状 态预 警污 闪 事故 分 析自 学 习能 力G I S 基本 功 能图 1.1 系统关系图(1)电子污区分布图系统：这是本项目的核心，提供电子污区图自动生成、电子污区图的审批和汇总、新建线路绝缘辅助配置决策、已建线路绝缘配置分析、设备运行状态预警、污闪事故分析、智能知识库的自学习功能等。电子污区图系统包括三个模块：业务应用模块、专家诊断模块、智能知识库模块。（2）MIS 系统：是电力系统的业务管理系统，提供各电力部门的基本信息管理。MIS 系统负责为“电子污区
6、图系统”提供涉及的绝缘设备的更换、清洗周期等相关信息，并存储这些后台服务信息。（3）GIS 系统：为“电子污区图系统”提供 GIS 图形管理与分析功能所需要的地理空间数据。（4）雷电系统：提供雷电强度、雷电分布、雷击点分布等雷电系统的数据管理和分析功能，为“电子污区图系统”提供如雷雨天气中易污闪点的分布资料等。（5）气象系统：提供管辖区域内的气象数据，如：空气湿度、温度、风速，雨雪霜信息等。为“电子污区图系统”提供相应的气象信息、污染监测信息等。（6）污染源监测系统：利用污染源的监测设备，将污染源的相关信息传输到管理中心，对污染源进行监控和管理，为“电子污区图系统”提供污染源的属性数据。1.3
7、 定义本文涉及到以下专门术语，这里分别加以解释。（1）电网污区分布图：简称污区图，是高压架空线路和发变电所电瓷外绝缘因自然污秽对其外绝缘强度影响程度的区划图。它在指导电网输变电设备调爬和不断提高电网抗污闪能力，在规范新建输变电工程的外绝缘配置等方面都发挥了重要作用。3（2）电子污区分布图：电子污区分布图是电网污区分布图的电子化，具体包括两个层次：1)将纸质的电网污区分布图扫描数字化，或者在电子地图的基础上使用绘图软件手工完成电子格式的污区图。这是一种低层次的电子污区分布图，或者说不是严格意义上的电子污区图。2)真正意义上的电子污区分布图可以根据上报的盐密值、污源点信息、气象信息等，结合运行经验
8、实时生成电子污区分布图，可以利用 GIS 提供的强大的图形处理功能实现污区分布图的人工辅助自动绘制和分析。（3）污闪事故：电网输变电设备绝缘子在长期运行中，大气中的尘埃微粒沉积到其表面形成污秽层。在干燥气象条件下，污秽层电阻很大，绝缘性能不会降低，但在雾、露、小雨、雪等气象条件下，污秽层中的电解质湿润后，使表面电导率增加，绝缘性能下降，而其中的灰分等能保持水分，促进污秽层进一步受潮，从而溶解更多的电解质，造成绝缘子湿润表面的闪络放电，简称污闪。由于污闪所造成的事故称为污闪事故，污闪事故的发生与设备的外绝缘强度、气象、环境条件等密切相关。污闪往往造成多条线路、多个变电所失电，甚至引起系统震荡，从
9、而造成电网瓦解，引起大面积停电。（4）饱和盐密：绝缘子表面在长期积污过程中，经历积污(冬季) 清洗(雨季)再积污( 冬季) 再清洗( 雨季) ，表面盐密不断增长。一般经若干年可达到动态平衡，该状态下的盐密值可视为饱和盐密。（5）盐密点、盐密点分布图：盐密点即盐密监测点。供电公司的变电站盐密测点一般一个站 1-2 个点，有的在站的四周和中央各设一点，以便更准确地估计变电设备的污染水平。盐密点分布图反映了盐密点的分布情况。（6）爬电比距、爬电距离：爬电比距是指电力设备外绝缘的爬电距离对最高电压有效值之比。爬电距离指两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿绝缘表面测量的最短距离。（7）调爬：调爬的最
10、终目的是增大绝缘子串的爬电比距，使线路的绝缘水平达到安全运行的要求。（18）运行经验：指在对线路每年进行一次有效清扫的前提下的绝缘配置与污闪跳闸率的相互关系。运行经验既包括本地区历年的运行经验，又要借鉴邻近或自然地理环境相似且发生大面积污闪地区的教训。从未发生或长期未发生过大面积污闪的地区应根据气候条件和大气污染的状况，将邻近或自然地理环境相似且发生大面积污闪地区的运行经验视为自己的运行经验。（9）冰闪：由于雨雪天气造成部分输变电设备绝缘子和导线上形成挂霜、覆冰和冰柱现象，从而造成闪络放电，简称冰闪。由于冰闪造成的事故称为冰闪事故。（10）SCADA(Supervisory Control A
11、nd Data Acquisition) ：即数据采集与监视控制系统。SCADA 系统广泛应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。它是以计算机为基础的生产工程控制与调度自动化系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。（11）绝缘子：供处在不同电位的电气设备或导体电气绝缘和机械固定用的器件。（12）绝缘子杆体(core of an insulator)：绝缘子的中心绝缘部件，伞裙从该部件伸出。（13）MIS 系统：即管理信息系统(Management Information Syst
12、em)，是一个由人、计算机及其它外围设备等组成的能进行信息的收集、传递、存贮、加工、维护和使用的系统。这种系统主要用于管理需要的记录，并对记录数据进行相关处理。MIS 系统通常用于系统决策，例如，可以利用 MIS 系统找出目前迫切需要解决的问题，并将信息及时反馈给上层管理人员，使他们了解当前工作发展的进展或不足。（14）GIS 系统：即地理信息系统(Geographic Information System)，是由硬件、软件和4空间数据组成的计算机系统，能支持地理空间数据的获取、管理、操作、分析、模型化和显示，以解决复杂的规划和管理等问题。GIS 的应用领域很广，如：自然资源的清查与管理、区域
13、和城市规划与管理、环境监测、车辆运行与道路选择以及电力系统等。（15）参照悬式绝缘子 reference cap and pin insulator：使用来测量现场污秽度的XP 70、XP160、XWP270 和 XWP2160 盘型悬式绝缘子，也适用于同尺寸的玻璃绝缘子。(16) 附盐密度 salt deposit density (简称盐密,SDD)：人工污秽试验涂覆于试品绝缘子绝缘表面（不包括金属部件和装配材料）的氯化钠总量与绝缘表面面子之比，表示为mg/cm2。（17）等值附盐密度 equivalent salt deposit density（简称等值盐密,ESDD）：溶解后具有与从
14、给定绝缘子的绝缘体表面清洗的自然沉积物溶解后相同电导率的氯化钠总量除以表面积，一般表示为 mg/cm2。（18）不溶物密度 non soluble deposit density（简称灰密 ,NSDD）：从给定绝缘子的绝缘体表面清洗的不可溶残留物总量除以表面积，一般表示为 mg/cm2。（19）现场等值盐密 site equivalent salinity (SES)：根据 GB/T 4585 进行盐雾试验时的盐度。用该盐度试验，在丰同绝缘子和相同电压下，产生的泄漏电流峰值与现场自然污秽条件的泄漏电流相同。（20）现场污秽度 site pollution severity (SPS)：在标准形
15、绝缘子运行 35 年连续积污后开始测量，在整个合适的时段内所记录到的 ESDD/NSDD 或 SES 的最大值。（21）现场污秽度等级：从非常轻到非常严重将污秽严重程度按 SPS 分级,可分为a,b,c,d,e 五级。（22）带电积污系数 K1 energy coefficient：指带电运行绝缘子所测 ESDD/NSDD 或SES 值与不带电积污的同种运行绝缘子所测 ESDD/NSDD 或 SES 值的比值，K1 一般为1.11.3。（23）形状积污系数 K2 type coefficient：指参照绝缘子（又称形状积污系数绝缘子）所测 ESDD/NSDD 或 SES 值与某种运行绝缘子所测
16、 ESDD/NSDD 或 SES 值的比值。1.4 参考资料1宿志一.用饱和盐密确定污秽等级及绘制污区分布图的探讨,电网技术,2004,28(8):16-19.2GB/T16334-1996,高压架空线路和发、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准 .3河南省电力公司.河南电网外绝缘污秽区域分布图(2006 版),2006.4刘诣等.电网污区分布图的计算机自动绘制方法研究,2007,33(5):143-147.5刘诣.基于 GIS 的绝缘子污秽信息管理系统分析的研究与开发(硕士论文),长沙:湖南大学,2006.6苑吉河等.盐/灰密对不同型式绝缘子交流人工污秽闪络特性的影响 .中国电机工程学报,20
17、07,27(6):96-100.7张开贤等.京津唐电网 19971998 年度防污闪工作浅析 ,华北电力技术,1999, (1):1-4.8李征.基于 C/S 和 B/S 模式的输变线路管理系统,微计算机信息,2006,(22)：8-3.9胡泓,基于 GIS 技术的电力信息管理系统,2007,26(3).10杨昆,柳晶辉,基于 AO 实现电力通讯 GIS 的几个开发技巧，国土资源信息化，2003,(6).11陈丽英,张军,何宏明,广东省电力系统防污染电子地图管理系统的研制开发 ,广东电力,2000,13(4).12 DL/T *-200*,电力系统污区分布图绘制方法( 报批稿).513国电安运
18、1998223 号文件关于修订电力系统污区分布图的通知中附件四.14 GB/T 16434-2006污秽条件下高压绝缘子的选择和尺寸确定第 1 部分:定义、信息和一般原则. 15全国各地区电网外绝缘污区修订报告和盐密测量数据 .16输配电设备网.http:/.2 项目概述2.1 项目概述2.1.1 总体目标国家电网公司于 2006 年 12 月 30 日以国家电网生20061226 号文，印发了电力系统污区分布图绘制规则 ， 电力系统污区分布图绘制规则提出，本规则根据国家电网公司的安排制定；本规则规定了电力系统污区分布图的绘制方法、修订及审批原则和要求；本规则由国家电力公司生产部提出并归口；本
19、规则由国网武汉高压研究院负责起草；本规则参加起草的单位是中国电力科学研究院、华东电力试验研究院；分为以下内容：范围；规范性引用文件；术语和定义；现场污秽等级的划分；污区分布图绘制。同时还附发了A（规范性附录）污区分布图绘制程序框图； B（资料性附录）用于绘制电力系统分布图的等值盐密和灰密测量点的选择原则；C（资料性附录）现场污秽度测量数据统计表；D（资料性附录）不同型式绝缘子与参照绝缘子之间现场污秽度修正系统确定方法；E（资料性附录）环境污染源类别代码表。国家南方电网电力系统污区分布图绘制规则中，关于用于绘制电力系统分布图的等值盐密和灰密测量点的选择原则与国家电网有所不同，南方电网只考虑：盐密
20、值为基准，来绘制电子污区图。项目的总体目标是：根据国家电网污区图绘制标准，兼顾南方电网污区图的绘制标准，针对各级电力管理部门的不同需求，设计和开发一套“电子污区分布图系统” ，为制定“电子污区分布图系统”的标准提供参考依据。紧密结合单位的业务流程，将电子污区分布图系统作为电力单位防污闪工作的基础，作为防污闪日常工作的基本要求和工作成果的集中体现。设计和开发一套能够实时、快速绘制电子污区图的专业系统，实现电子污区图的自动绘制和污秽信息的实时测量和处理。2.1.2 项目模块电子污区图系统，主要包括三大模块：（1）业务应用模块。整体上又分为两个方面：1）GIS 空间数据的基本处理功能 2）电子污区图
21、自动绘制，人工审批等，污区图专题功能模块。主要功能如表 1.1 所示。6表 1.1 业务应用模块业务应用GIS 空间数据的基本处理功能 电子污区图自动绘制、人工审批及污区图的专题功能1、 图形数据的导入与导出；2、 污区图的浏览功能：包括放大、缩小、漫游等；3、 空间查询与属性查询；4、 地图的编辑与标注；5、 鹰眼功能等。1、电子污区图的自动绘制；2、电子污区图的拼接；3、盐密值分布的等值线绘制；4、污染源分布扩散图的生成；5、盐密值的报表，直方图统计分析；6、电子污区图的报送和审批；7、局部更新功能等。（2）专家诊断模块。包括新建线路绝缘配置辅助决策、已建线路绝缘配置分析、设备运行状态预警
22、、污闪事故分析等，为“电子污区分布图系统”提供智能专家诊断，为防止污闪事故的发生提供辅助支持。（3）智能知识库模块。将大量的运行经验、专家诊断知识等存储在智能知识库中，同时利用机器学习、数据挖掘、知识工程等技术和方法实现智能知识库的自学习功能，提高“电子污区分布图系统”的自动化和智能化水平。2.1.3 现行系统（1）现行 MIS 系统的情况电力部门的现行 MIS 系统主要用于业务管理、电费管理、查询管理等。MIS 系统在电力部门的应用相对比较成熟，通过串口控件对 SCADA 系统发送的串口数据进行接收和报文解释，将解释后的数据存入自定义的数据库中。（2）现行“电子污区分布图系统”的情况已有的电
23、子污区分布图系统主要实现的功能是将原来人工绘制污区图的过程电子化，节省人力资本而且可以避免不同工作人员因运行经验的不同而造成的误差，本项目拟开发的这套系统预计要实现一些新的功能比如专家诊断系统、智能知识库、自动成图、电子污区图的拼接、跨平台等。该系统功能更强，自动化、智能化程度更高，以此作为标准能在广大电力部门推广。（3）现行的污区分布图的制作方法和流程目前主要通过手工的方法根据运行经验人工绘制污区分布图，具体方法和流程如下：1) 调查本地区的污源分布状况，绘制污源分布图；2）调查收集本地区的相关气象参数，绘制气象分布图，或者用文字图表等予以说明；3）绘制现场污秽度分布图，根据绝缘子现场污秽度
24、测量数据绘制现场污秽度图，标绘现场污秽度测量点和现场污秽等级，提供测量值，标绘 35 年来污闪故障点位置，次数，并附相关资料。4）结合绘制的污源分布图、气象分布图以及现场污秽度分布图，并结合运行经验，绘制所辖区域的污区分布图。（4）现行系统的资料使用情况7现行系统的制作过程主要涉及四个方面的资料：1）往年的污区图；2) 污染源分布图；3）气象分布图；4）盐密测量图。（5）现行系统的人员配置情况主要是电力部门技术人员，包括数据收集人员、制图人员、调度人员等。2.1.4 用户分析（1）系统的用户类型和特点1）各地市电力公司、超高压电力公司的电子污区图绘制人员本系统应为此类用户提供基础数据的导入和预
25、处理工具，避免基础数据的重复录入；提供便捷的电子污区图绘制、自动生成工具，保障电子污区图绘制的准确和快捷。2）各网、省电力公司电子污区图的管理人员本系统为此类用户提供标准的接口程序，保障各级电力单位的上报及审批；提供电子污区图汇总工具对下属单位上报的电子污区图进行审核、协调、拼接，完成全网、省的电子污区图。3）各级电力系统需要了解污秽信息及输变电设备绝缘配置信息人员 本系统在跨平台、多级分布式联网的技术基础上，构建跨多省区的电子污区图运行模式和管理方式，并在此基础上建立具备自动汇总、分析和学习的功能完善的智能知识库。为电力系统用户，提供完善、准确的辅助方案及分析依据。（2）用户的计算机水平、专
26、业知识背景的分析本系统为各级电力管理部门服务，使用人员为电力系统的专业技术人员，他们熟悉电力系统的知识，熟悉计算机操作，同时对 MIS 系统、SCADA 系统等电力系统软件的使用也比较熟练，对于地理信息系统的一些基础软件，如 ArcMap、ArcView、GeoMedia Web Map、GeoStar 等相对陌生。2.2 系统运行环境2.2.1 硬件环境（1）应用部门的最低配置服务器端：CPU Pentium4 以上、内存 1G 以上、剩余硬盘空间 20 G 以上、高性能显示器。客户端：CPU Pentium4 以上、内存 512MB 以上、剩余硬盘空间 10G 以上、彩色显示器。（2）污染监测的硬件环境目前电力系统的监测系统主要用 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统。它是以计算机为基础的生产工程控制与调度自动化系统，可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等多项功能。（3）盐密监测设备盐密在线监测设备是一种实时、在线、科学、准确的盐密监测设备。由数据监测终端
