陳 亮，莫雪梅

（湖州電力局，浙江 湖州 313000）

在變電站中，直流電源為斷路器分合閘及站內(nèi)的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、信號(hào)裝置、事故照明和電氣設(shè)備的遠(yuǎn)距離操作提供可靠的工作電源，所以直流電源的輸出質(zhì)量及可靠性與電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行密切相關(guān)。直流電源系統(tǒng)主要由交流配電設(shè)備、直流充電裝置、直流配電設(shè)備和蓄電池組組成。通過(guò)對(duì)變電站內(nèi)大量的直流設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行采集和分析，就能建立變電站直流系統(tǒng)遙測(cè)數(shù)據(jù)及各類設(shè)備狀態(tài)量的監(jiān)測(cè)預(yù)警專家系統(tǒng)?；赑I（Plant Information System）數(shù)據(jù)庫(kù)在湖州電力局成熟和廣泛的應(yīng)用及其本身所具備的優(yōu)異性能，決定基于PI技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和分析。

PI實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是企業(yè)底層控制網(wǎng)絡(luò)與上層管理信息系統(tǒng)連接的橋梁，在技術(shù)上采用獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)門(mén)壓縮專利技術(shù)，可對(duì)存入數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高倍壓縮，適合長(zhǎng)久記錄在生產(chǎn)過(guò)程中按時(shí)間順序產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。而對(duì)直流系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)分析特別是對(duì)蓄電池的性能分析，需要長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行數(shù)據(jù)積累，PI系統(tǒng)正適于此類應(yīng)用。

1 設(shè)計(jì)思想

1.1 硬件架構(gòu)

系統(tǒng)的硬件架構(gòu)分信息采集、數(shù)據(jù)存貯和分析展現(xiàn)3個(gè)部分。

信息采集主要是將各類直流設(shè)備的狀態(tài)信息及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)上傳至遠(yuǎn)端服務(wù)器，經(jīng)軟件解析出不同規(guī)約所傳遞的數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分為兩個(gè)部分，首先是將解析出的實(shí)時(shí)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)存入PI數(shù)據(jù)庫(kù)，非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)則存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)（SQL Server），因此配備兩臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。分析展現(xiàn)主要應(yīng)用了PI數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供的 PI ProcessBook，PI DataLink，PI SDK，PI ODBC并結(jié)合VB，將相應(yīng)的分析展現(xiàn)于以太網(wǎng)上。硬件架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 硬件架構(gòu)圖

1.2 軟件架構(gòu)

監(jiān)測(cè)和預(yù)警實(shí)現(xiàn)方法采用PI ProcessBook工具和VB，報(bào)表模塊實(shí)現(xiàn)方法采用PI DataLink，故障預(yù)警和狀態(tài)檢修實(shí)現(xiàn)方法采用PI ProcessBook，PI ODBC和VBA。通過(guò)這些工具分別對(duì)PI數(shù)據(jù)庫(kù)和SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，獲得所需的監(jiān)測(cè)和預(yù)警信息，全面反映直流設(shè)備運(yùn)行的健康狀態(tài)。

1.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)則

直流設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)，各類電壓、電流、溫度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量隨時(shí)間不斷增加，適合存入PI數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行處理；其余的例如蓄電池內(nèi)阻、直流設(shè)備參數(shù)、通信參數(shù)等非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的信息則存入SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)。

2 多狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警

2.1 變電站蓄電池組的監(jiān)測(cè)和預(yù)警

蓄電池組是直流系統(tǒng)的重要組成部分，在交流電源或充電裝置發(fā)生故障情況下，蓄電池組必須具有“獨(dú)立電源”的功能，為二次系統(tǒng)負(fù)載提供安全、穩(wěn)定、可靠的電力保障，確保繼電保護(hù)、通信設(shè)備的正常運(yùn)行，因此對(duì)蓄電池組的監(jiān)測(cè)和預(yù)警是本項(xiàng)目的重要部分。蓄電池組的性能與多個(gè)性能指標(biāo)有關(guān)，因此通過(guò)對(duì)蓄電池組運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)，對(duì)蓄電池內(nèi)阻和性能的估算及監(jiān)測(cè)等來(lái)保證蓄電池組的正常運(yùn)行，具體實(shí)施方案如下：

2.1.1 蓄電池組運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)

對(duì)蓄電池組運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)閥控密封鉛酸蓄電池（VRLA）的日常維護(hù)工作所起到的指導(dǎo)作用是至關(guān)重要的。特別是運(yùn)行狀態(tài)下浮充電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值能直接反映蓄電池的健康狀態(tài)。由于蓄電池制造過(guò)程中存在離散性，當(dāng)性能不一致的電池組成一組并投入運(yùn)行時(shí)，若以同樣大小的浮充電流對(duì)整組電池進(jìn)行浮充，某些自身性能差的電池將無(wú)法完全補(bǔ)償自放電，導(dǎo)致電池長(zhǎng)期欠充（浮充電壓大大低于2.23 V/節(jié)）而出現(xiàn)容量損失和極板硫酸鹽化，而自身性能好的電池則因長(zhǎng)期過(guò)充導(dǎo)致失水和極板腐蝕（浮充電壓大大高于2.28 V/節(jié)）。蓄電池組中存在單電池電壓過(guò)高或過(guò)低，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)降低電池組的容量，影響整組電池穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)PI ProcessBook柱狀圖工具實(shí)現(xiàn)單電池電壓監(jiān)測(cè)，同時(shí)設(shè)置多狀態(tài)預(yù)警，將蓄電池電壓監(jiān)測(cè)值設(shè)置為正常態(tài)、預(yù)警態(tài)和故障態(tài)。同時(shí)，監(jiān)測(cè)蓄電池其他基本運(yùn)行參數(shù)，如組端電壓、單電池電壓、充放電電流、工作溫度等，通過(guò)點(diǎn)擊柱狀圖和相關(guān)查詢定位工具，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和歷史趨勢(shì)曲線監(jiān)測(cè)功能。通過(guò)PI DataLink工具實(shí)現(xiàn)整組蓄電池每節(jié)電池實(shí)時(shí)電壓和歷史電壓的查詢及輸出。

2.1.2 蓄電池內(nèi)阻監(jiān)測(cè)

檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻是檢驗(yàn)蓄電池健康狀態(tài)的重要手段之一，通過(guò)測(cè)量?jī)?nèi)阻可以判別電池是否失效，當(dāng)內(nèi)阻小幅度增加時(shí)說(shuō)明電池出現(xiàn)劣化，因此在線監(jiān)測(cè)電池內(nèi)阻是必要的。內(nèi)阻監(jiān)測(cè)模塊用于監(jiān)測(cè)蓄電池內(nèi)阻值，并提供內(nèi)阻變化的預(yù)警。

2.1.3 蓄電池性能估算

蓄電池性能估算是對(duì)多個(gè)基本運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析后，綜合各方面影響因素計(jì)算得到的，它的精確度是由長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)積累來(lái)保證的。按性能值的估算指標(biāo)，確定了3個(gè)多狀態(tài)設(shè)置：小于50為報(bào)警態(tài)，建議更換；50～80為預(yù)警態(tài)，建議維護(hù)；大于80為正常態(tài)，為蓄電池健康狀態(tài)。

2.2 變電站直流絕緣的監(jiān)測(cè)和預(yù)警

變電站直流絕緣監(jiān)測(cè)和預(yù)警的數(shù)據(jù)采集自絕緣監(jiān)測(cè)儀，使用PI ProcessBook實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)包括母線正對(duì)地電阻、負(fù)對(duì)地電阻、母線電壓，以及當(dāng)絕緣降低時(shí)通過(guò)監(jiān)測(cè)儀巡檢獲得的支路報(bào)警信息。同時(shí)，可以通過(guò)趨勢(shì)圖窗口監(jiān)測(cè)對(duì)地電阻和母線電壓的歷史變化曲線，為故障查找提供幫助。

2.3 變電站直流屏運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警

變電站直流屏運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警數(shù)據(jù)采集自直流屏監(jiān)控主機(jī)，使用PI ProcessBook實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，共有數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、報(bào)警信息和模塊監(jiān)測(cè)4個(gè)功能模塊。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)主要對(duì)交流輸入、合母電壓、控母電壓、控母電流、電池電流等實(shí)時(shí)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警。狀態(tài)監(jiān)測(cè)反映了當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如均浮充狀態(tài)、交流工作狀態(tài)、交流停電狀態(tài)等。報(bào)警信息主要對(duì)合母過(guò)欠壓、控母過(guò)欠壓、交流過(guò)欠壓、熔斷器故障、通信故障等故障量設(shè)置報(bào)警燈。模塊監(jiān)測(cè)主要對(duì)充電模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警，可以監(jiān)測(cè)每塊充電模塊的輸出電流。

2.4 變電站直流系統(tǒng)告警管理

告警信息類型分組端電壓、單電池電壓、溫度、電壓均差等遙測(cè)量超限告警和電池性能值、交流過(guò)欠壓、通訊狀態(tài)、合母過(guò)欠壓、控母過(guò)欠壓等告警值。告警方式有柱狀圖和報(bào)警燈變色閃爍報(bào)警、告警信息報(bào)警及手機(jī)短消息報(bào)警。功能運(yùn)行界面見(jiàn)圖2。

3 狀態(tài)評(píng)估

直流系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估模塊通過(guò)綜合直流系統(tǒng)各類監(jiān)測(cè)信息，經(jīng)過(guò)分析評(píng)估得到直流系統(tǒng)健康狀態(tài)信息，由PI ProcessBook，PI ODBC和VBA聯(lián)合實(shí)現(xiàn)。首先，在主界面上方設(shè)置了變電站健康狀態(tài)柱狀圖，直觀反映變電站健康狀態(tài)。柱狀圖設(shè)置了多狀態(tài)報(bào)警，紅色為報(bào)警，閥值小于50；黃色為預(yù)警，閥值為50～80；綠色為健康，閥值大于80。主界面的下方左側(cè)是信息窗口，啟動(dòng)時(shí)顯示歷史和當(dāng)前系統(tǒng)報(bào)警信息，右側(cè)是趨勢(shì)圖窗口和一系列控制按鈕。

狀態(tài)評(píng)估模塊啟動(dòng)時(shí)，從SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)讀取性能參數(shù)設(shè)置柱狀圖，通過(guò)柱狀圖的多狀態(tài)預(yù)警可以一目了然地掌握變電站直流系統(tǒng)健康狀態(tài)。只要點(diǎn)擊柱狀圖，相應(yīng)變電站設(shè)備狀態(tài)就會(huì)顯示在信息窗口中，例如蓄電池性能、設(shè)備報(bào)警信息等，同時(shí)給出檢修建議，并在趨勢(shì)圖窗口顯示性能指標(biāo)下降的蓄電池的運(yùn)行曲線。

狀態(tài)評(píng)估和預(yù)警模塊的作用在于給運(yùn)行和檢修人員提供日常工作建議，給生技部門(mén)提供狀態(tài)檢修輔助決策建議，并實(shí)時(shí)了解所轄直流設(shè)備的健康狀態(tài)，具體界面見(jiàn)圖3。

4 結(jié)語(yǔ)

基于PI數(shù)據(jù)庫(kù)的變電站直流系統(tǒng)多狀態(tài)量監(jiān)測(cè)和預(yù)警的實(shí)現(xiàn)和運(yùn)用，將原來(lái)的故障后檢修轉(zhuǎn)變?yōu)楣收锨邦A(yù)警，提高了變電站直流系統(tǒng)維護(hù)和檢修的工作效率，同時(shí)對(duì)直流系統(tǒng)開(kāi)展?fàn)顟B(tài)檢修提供一定幫助。該系統(tǒng)充分利用PI數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)存貯和處理的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并成功應(yīng)用于湖州電力局直流檢修工作。

圖2 多狀態(tài)量監(jiān)測(cè)和預(yù)警界面

圖3 直流系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估界面

[1]史興華，湖州電力局.供電企業(yè)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)PI典型應(yīng)用案例[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[2]徐海明.供電工人技術(shù)培訓(xùn)教材（直流設(shè)備檢修）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[3]徐在林.直流設(shè)備檢修崗位技能培訓(xùn)教材[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.