王炳林

引言

變電站是電網(wǎng)的核心，擔負著所在區(qū)域的供電任務，直流電源是變電站繼電保護裝置、開關操作、自動化等設備的供電電源，它在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行中起著極其重要的作用，直流電源自身的可靠及安全直接影響到電網(wǎng)穩(wěn)定和設備安全。目前，電力系統(tǒng)推廣變電站無人值班，雖然現(xiàn)場監(jiān)控中心可以獲取變電站運行情況的實時信息，但是對于直流電源部分只能得到少量的重要信息，對于更加詳盡的信息仍舊無法獲得，尤其是當直流電源剛開始出現(xiàn)異常狀況時不能及時得到預警信息，直到異常狀況積累成為故障時才能被發(fā)現(xiàn)，此時事故已經(jīng)擴大。另外，直流電源設備已經(jīng)朝著自動化、系統(tǒng)化、集成化方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)更復雜，功能更強大，故維護技術(shù)含量日益提高，對維修人員的要求也不斷上升，傳統(tǒng)的人工定期巡視很難及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，人工維護也存在數(shù)據(jù)測量和維護的人員差異，不利于對系統(tǒng)狀態(tài)做出綜合判斷。并且，隨著變電站數(shù)量的日益增加，直流電源的日常檢測維護工作量非常大，變電站多，維護人員少，顯然無法保證按期按量完成。因此，如何加強對變電站直流電源的監(jiān)控和故障分析，并采取相應的對策是電力系統(tǒng)急需解決的問題。

浙江三辰電器股份有限公司提出一套完整的基于物聯(lián)網(wǎng)的直流電源設備遠程監(jiān)控與運維服務系統(tǒng)解決方案，通過物聯(lián)網(wǎng)及移動通信等新技術(shù)，把傳統(tǒng)的監(jiān)控與運維服務系統(tǒng)遠程化、網(wǎng)絡化，將分布各地的直流電源設備納入統(tǒng)一的管理平臺中，實現(xiàn)對電源設備信息的分散采集、統(tǒng)一監(jiān)控、集中管理。

1　相關概念

物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段。其英文名稱是：“Internet of Things（IoT）”。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這有兩層意思：其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡；其二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信，也就是物物相息。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算等通信感知技術(shù)，廣泛應用于網(wǎng)絡的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應用拓展，與其說物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡，不如說物聯(lián)網(wǎng)是業(yè)務和應用。

直流電源：直流電源又稱直流電源屏或直流屏，是指應用于發(fā)電廠、變電站(所)中，為給控制負荷和動力負荷以及直流事故照明負荷等提供直流電源的電源設備，是當代電力系統(tǒng)控制、保護的基礎。直流電源的可靠性、安全性直接影響到電力系統(tǒng)供電的可靠性和安全性，因此也應用了大量的先進的科學技術(shù)。直流電源由交配電單元、充電模塊單元、降壓硅鏈單元、直流饋電單元、配電監(jiān)控單元、監(jiān)控模塊單元及絕緣監(jiān)測單元組成。

2　系統(tǒng)技術(shù)結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的遠程監(jiān)控與運維服務系統(tǒng)（簡稱“三辰智云”）是以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和移動通信等新一代信息技術(shù)作為支撐，以“互聯(lián)網(wǎng)+運維服務”為目標，構(gòu)建電源設備、監(jiān)控中心、移動終端三位一體的智能化遠程監(jiān)控與運維服務云平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享，為客戶提供遠程監(jiān)控、故障預警、故障診斷、故障分析、運維服務等專業(yè)的在線增值服務，從而幫助客戶建立一套高效的設備運行及維護管理體系。

2.1　系統(tǒng)組成

“三辰智云”系統(tǒng)主要由以下三個部分組成：

（1）帶有智能無線通訊裝置的直流電源系統(tǒng)；

（2）“直流電源遠程監(jiān)控與運維服務系統(tǒng)”平臺軟件；

（3）移動終端應用軟件，包含Android及iOS系統(tǒng)APP。

2.2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2.1系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖1所示，由現(xiàn)場設備層、通訊網(wǎng)絡層和遠程監(jiān)控層三部分組成。

現(xiàn)場設備層：由直流電源和智能無線遠程通信裝置組成。直流電源設備通過智能無線遠程通信裝置將信息經(jīng)由無線網(wǎng)絡發(fā)送到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)服務器，同時也可以接收遠程監(jiān)控中心數(shù)據(jù)服務器發(fā)來的各種應答類、控制類等指令。

圖1　系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

通訊網(wǎng)絡層：由RS485工業(yè)總線、GPRS無線傳輸網(wǎng)絡和以太網(wǎng)絡三部分組成。實現(xiàn)各種應用網(wǎng)絡的互聯(lián)互通，它是現(xiàn)場設備與后臺監(jiān)控之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。

遠程監(jiān)控層：包括通信服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、Web服務器和監(jiān)控中心應用軟件等軟硬件設備。監(jiān)控中心應用軟件負責系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)信息的顯示、存儲、運算、查詢等操作和管理，為用戶提供一個可視化的監(jiān)測界面。

2.2.2系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

本系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)邏輯架構(gòu)圖

采用B/S結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務器結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下，用戶界面完全通過www瀏覽器實現(xiàn)，一部分事務邏輯在前端實現(xiàn)，但是主要事務邏輯在服務器端實現(xiàn)，形成所謂3-tier結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)設有兩個通道接入企業(yè)的Web服務器：一路是移動終端 (手機)通過無線網(wǎng)絡連接到企業(yè)的服務器，另一路是監(jiān)控中心（PC）通過Internet網(wǎng)絡連接到企業(yè)的服務器。

2.2.3系統(tǒng)功能模塊

“三辰智云”系統(tǒng)利用運營商提供的無線網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，將分布在不同區(qū)域、不同地點的直流電源設備運行數(shù)據(jù)匯集至物聯(lián)網(wǎng)云平臺，維護人員可通過移動終端APP實現(xiàn)對電源設備運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)控，隨時掌握現(xiàn)場設備情況，對突發(fā)事件及時發(fā)現(xiàn)及時處理?；蛲ㄟ^監(jiān)控中心Web網(wǎng)頁實現(xiàn)對電源設備的遠程數(shù)據(jù)采集、實時狀態(tài)監(jiān)測，實時掌握設備的運行狀況，并為客戶單位提供遠程故障診斷及智能運維服務綜合管理。

本系統(tǒng)功能如圖3所示，其主要功能模塊體現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控、統(tǒng)計分析、運維管理和系統(tǒng)管理上。

圖3　系統(tǒng)功能圖

（1）數(shù)據(jù)采集：通過現(xiàn)場總線、互聯(lián)網(wǎng)和無線網(wǎng)絡的多種通信網(wǎng)絡結(jié)合的方式，遠程采集分布各地的電源設備的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基于云平臺的直流電源、監(jiān)控中心和移動終端互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享。

（2）實時監(jiān)控：能對直流電源設備運行數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)和故障信息進行實時監(jiān)測，在故障發(fā)生時能夠及時顯示故障信息并進行報警。

（3）統(tǒng)計分析：以多種報表的形式顯示直流屏歷史運行數(shù)據(jù)。包括年、月、日報表等，方便對歷史運行數(shù)據(jù)和故障記錄進行統(tǒng)計分析。

（4）故障診斷：建立集中的告警分析處理和故障預警機制，能夠超前預判事故的發(fā)生，并在故障產(chǎn)生或故障征兆時進行快速定位，從而能夠使維護人員快速排除故障。

（5）運維管理：提供在線報修，故障診斷，維修服務，服務評價等業(yè)務功能。內(nèi)嵌知識庫作為運維服務重要的技術(shù)支持，為用戶故障診斷提供在線自助咨詢服務。

（6）系統(tǒng)管理：包括用戶管理、設備管理、角色管理。用戶管理如：客戶名稱、聯(lián)系方式等；設備管理如：型號規(guī)格、出廠編號等；角色管理如：角色名稱、權(quán)限管理等功能。

3　“三辰智云”系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)

3.1　智能無線通信裝置開發(fā)

智能無線遠程通信裝置是專門針對直流電源設備監(jiān)測需要而設計開發(fā)的工業(yè)級無線數(shù)據(jù)傳輸單元，是一種物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)終端，負責采集現(xiàn)場電源設備運行數(shù)據(jù)，并提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能，實現(xiàn)與監(jiān)控中心的通信。該裝置采用了先進的工業(yè)級處理器，并采用數(shù)據(jù)透明轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明轉(zhuǎn)發(fā)。直流電源設備通過RS232/RS485接連接到智能無線通信裝置，智能無線通信裝置將從直流電源設備接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 TCP/IP通信協(xié)議的數(shù)據(jù)包，而不需要改變原有的數(shù)據(jù)通信內(nèi)容，通過GPRS網(wǎng)絡傳遞給遠程監(jiān)控中心。同時智能無線通信裝置可接收監(jiān)控中心傳送來的遠程控制信號給直流電源設備。

3.2　直流電源遠程監(jiān)控與運維服務系統(tǒng)平臺軟件開發(fā)

采用Eclipse作為編寫程序調(diào)試程序的工具軟件，基于JDK1.7上開發(fā)的應用軟件，數(shù)據(jù)庫采用mysql5.6。系統(tǒng)后端采用spring框架集成 shiro、spring data等框架實現(xiàn)服務器后端架構(gòu)，系統(tǒng)可以部署到安裝有jdk1.7的操作系統(tǒng)上。系統(tǒng)前段采用angular 1.5.8版本開發(fā)，實行前后端分離的開發(fā)，后端提供restapi接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。并通過消息服務器來實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的推送、報警信息的推送等。

3.3　移動終端APP軟件開發(fā)

（1）Android系統(tǒng)應用軟件

采用Eclipse作為編寫程序調(diào)試程序的工具軟件，在Android SDK上運行所開發(fā)的應用軟件。所開發(fā)應用軟件版本適配Android 4.3及以上系統(tǒng)，因未使用暫停維護的NDK，故適配版本覆蓋較新的6.0及以上版本，應用軟件采用較先進的技術(shù)架構(gòu)，應用軟件對運行終端的計算能力、存儲能力需求較低，軟件運行狀態(tài)下（無其他第三方應用進程）要求達到CPU占用率小于30%，持續(xù)運行無終端發(fā)熱、死機現(xiàn)象。

（2）iOS系統(tǒng)應用軟件

采用Web Storm作為編寫程序開發(fā)工具軟件，利用React-Native提供的編譯調(diào)試環(huán)境進行debug、熱更新等，最終在macOS所提供的iphone模擬器查看效果。所開發(fā)應用軟件版本適配iOS9.0及以上系統(tǒng)，采用面向組件開發(fā)，采用redux管理狀態(tài)（state），保證state的可預測性，采用immutable持久化不可變性數(shù)據(jù)，并且支持了熱修復。在場景中做了大量的優(yōu)化，從而CPU占用率較低，同時減少APP對流量和電量的消耗，持續(xù)運行應用未出現(xiàn)閃退、假死等狀態(tài)。

4　應用實例

三辰公司開發(fā)的“基于物聯(lián)網(wǎng)的直流電源遠程監(jiān)控與運維服務系統(tǒng)”，在2016年底已完成系統(tǒng)測試，并于2017年1月正式上線投入運行，目前在全國范圍內(nèi)已經(jīng)擁有2314個用戶單位，累計10560套直流電源設備上線運行，該平臺的研發(fā)成功，也進一步讓企業(yè)實現(xiàn)從單純制造業(yè)向制造業(yè)服務化轉(zhuǎn)型升級。

該項目已獲浙江省“2016年信息化項目優(yōu)秀獎”，將進一步在電力、冶金、石化、建筑等行業(yè)投入運行使用。

5　應用價值

5.1　提高產(chǎn)品可靠性，降低設備故障率

“三辰智云”平臺通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把傳統(tǒng)的智能電源監(jiān)控系統(tǒng)遠程化、網(wǎng)絡化，提供了功能強大的從遠程監(jiān)控、故障報警、故障診斷、故障分析到運維服務功能，該應用方案對提高產(chǎn)品可靠性、降低設備故障率，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有極為重要的戰(zhàn)略意義和極高的實際應用價值。

5.2　提高維護效率，節(jié)省故障處理時間

利用“三辰智云”平臺建立的集中告警分析處理和故障預警機制，使監(jiān)控系統(tǒng)成為強有力的助手,能夠超前預判事故的發(fā)生，盡可能地做到事前防范，并在故障產(chǎn)生時進行快速定位，能夠準確確定故障部位、判斷故障原因，以便及時進行處理，大大提高了維護效率，節(jié)省了緊急情況下的故障處理時間。

5.3　降低維護成本，減輕人員勞動強度

借助“三辰智云”平臺建立的電源設備實時數(shù)據(jù)庫，對電源設備運行狀態(tài)進行綜合診斷，能夠更及時、準確、靈敏地反映設備健康水平，從而有針對性地對設備檢修時間和周期進行決策，實現(xiàn)從定期檢修到狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變，可有效降低維護成本，并大大減輕了維護人員的勞動強度。

6　結(jié)束語

在直流電源設備運行維護過程中，已經(jīng)從傳統(tǒng)的人工值班、人工檢測設備方式發(fā)展到采用內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)獲取設備運行數(shù)據(jù)、各站點人工定時巡檢、基層站點實現(xiàn)無人值班模式，并已經(jīng)在實際應用中得到廣泛運用和推廣。但是在實際運作過程中，經(jīng)常遇到以下情況：

（1）設備分布廣泛，分散在不同區(qū)域，專網(wǎng)不易連接，只能采用在廣域網(wǎng)中采用VPN方式傳輸，但仍存在風險；

（2）有的站點分布在偏遠山區(qū)，網(wǎng)絡線路不能到達，或者即使能夠到達網(wǎng)絡信號非常弱，需加大投入改造；

（3）如果在內(nèi)部專網(wǎng)的網(wǎng)絡線路、內(nèi)部服務器異?；蛲C維護時產(chǎn)生故障，前臺不能及時獲取，會導致事故進一步擴大；

（4）若站點設備發(fā)生故障，則維護人員需先到達站點，檢測設備各運行參數(shù)，確定設備故障點及故障器件，然后再聯(lián)系供貨廠商購買故障器件進行更換或維修，完成一個維修需要的時間周期較長。

筆者提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的直流電源遠程監(jiān)測及運行維護的方法，利用運營商提供的無線網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，將分布在不同區(qū)域、不同地點的變電站直流電源設備運行數(shù)據(jù)匯集至物聯(lián)網(wǎng)云平臺，實現(xiàn)對電源設備信息的分散采集、統(tǒng)一監(jiān)控、集中管理。設備管理者或維護人員可通過PC端瀏覽器或移動終端APP可實現(xiàn)對電源設備的運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)控，隨時掌握現(xiàn)場設備的情況，節(jié)省巡查時間、提高運維工作效率，對突發(fā)事件及時發(fā)現(xiàn)及處理，消除事故隱患，確?，F(xiàn)場設備安全運行，是對直流電源設備進行遠程監(jiān)控與運維服務的最佳解決方案。

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