基于PI的变电站直流系统多状态量监测与预警.doc

基于PI的变电站直流系统多状态量监测与预警摘要：本文介绍了基于PI实时数据库技术实现变电站直流系统多状态量监测与预警。本文内容包括系统的设计思想、实现的技术手段、软硬件架构、PI技术的应用及软件运行界面，为变电站直流系统的日常管理维护和蓄电池组的性能分析提供了一种行之有效的方法，并在实践中得到了检验。  关键词：PI、蓄电池、直流系统、实时监测、状态评估1 引言在变电站中，直流电源是核心，为断路器分合闸及站内的继电保护、自动装置、信号装置、事故照明和电气设备的远距离操作提供可靠的工作电源，所以直流电源的输出质量及可靠性对电力系统的安全可靠运行起到重要的作用，直流电源系统主要由交流配电设备、直流充电装置、直流配电设备和蓄电池组组成。而目前，在变电站内大量的直流设备运行状态信息未能采集利用。通过对这些信息的采集和分析，我们就能建立对变电站直流系统遥测数据及各类设备状态量进行监测和预警的一个专家系统。而基于PI（Plant Information System）数据库在湖州电力局的成熟和广泛的应用以及其本身所具备的优异性能，我们决定基于PI技术来实现对直流系统的监测和分析。PI（Plant Information System）实时/历史数据库系统是企业底层控制网络和上层管理信息系统连接的桥梁，在技术上它采用独自的旋转门压缩专利技术，可对存入数据库的数据实现高倍压缩，适合长久记录在生产过程中按时间顺序产生的大量数据。而对直流系统的监测分析，特别是对蓄电池的性能分析，需要长时间的运行数据积累，PI系统正适于此类应用。2 设计思想2.1 硬件架构整个硬件架构可分为信息采集、数据存贮和分析展现三个部分。信息采集主要依靠各类直流设备将各自所采集的状态信息及监测数据通过通信网络上传至远端服务器，在远端服务器通过软件解析出不同规约所传递的数据并存入数据库；数据存储分为二个部分，首先解析出的实时测点数据存入PI数据库，而非实时数据则存入系统数据库（SQL SERVER）,因此配备二台数据库服务器；分析展现主要使用了PI数据库系统提供的PI Processbook、PI Datalink、PI SDK、PI ODBC并结合VB，将相应的分析展现于以太网上。具体硬件架构见图1。图1 硬件架构图2.2 软件架构 监测和预警实现方法采用PI Processbook工具和VB，报表模块实现方法采用PI Datalink，故障预警和状态检修实现方法采用PI Processbook、PI ODBC和VBA。通过这些工具分别对PI数据库和SQL SERVER数据库中各类数据进行分析处理，获得我们所需要的监测和预警信息，全面反映直流设备运行的健康状态。2.3 数据存储规则直流设备运行状态数据、告警数据、各类电压、电流、温度等实时数据由于数据量随时间不断增大，适合存入PI数据库进行处理；其余的例如蓄电池内阻、直流设备参数、通信参数等非实时数据的信息则存入SQL SERVER数据库。 3 多状态的监测和预警3.1 变电站蓄电池组的监测和预警蓄电池组是直流系统中的重要组成部分在交流电源或充电装置发生故障情况下，蓄电池组必须具有发挥“独立电源”的作用，担负着为电力系统中二次系统负载提供安全、稳定、可靠的电力保障，确保继电保护、通信设备的正常运行。因此对蓄电池组的监测和预警是本次任务的重要部分。蓄电池组的性能与多个性能指标有关，因此我们通过对蓄电池组运行参数的监测、对蓄电池内阻的监测、对蓄电池性能的估算和监测等几个方面的手段来保证蓄电池组正常的运行，具体实施方案如下：3.1.1 蓄电池组运行参数的监测通过对蓄电池组运行参数进行实时监测给阀控密封铅酸蓄电池（VRLA）的日常维护工作所起到的指导作用是至关重要的。特别是运行状态下浮充电压的实时监测值能直接反应蓄电池的健康状态。由于蓄电池制造过程中本身的离散性，当性能不一致的电池组成一组电池并投入运行时，以同一大小的浮充电流对整组电池进行浮充时，该电流对自身性能差的那些电池不能完全补偿自放电，这些电池长期欠充（浮充电压大大低于2.23V/节）导致容量损失和极板硫酸盐化。该电流对自身性能好的电池，因长期过充导致失水和极板腐蚀（浮充电压大大高于2.28V/节）。在蓄电池组中有几节单电池电压过高或过低，长期运行会降低电池组容量，影响整组电池稳定运行。我们通过PI Processbook柱状图工具实现单电池电压监测，同时设置多状态预警，将蓄电池电压监测值设置为正常态、预警态和故障态三个预警状态。同时，监测蓄电池其他基本运行参数（组端电压、单电池电压、充放电电流、工作温度），通过点击柱状图和相关查询定位工具，可获得实时监测和历史趋势曲线监测功能。通过PI Datalink工具实现整组蓄电池每节电池实时电压和历史电压的查询及输出。3.1.2 蓄电池内阻监测检测蓄电池内阻的大小是检验蓄电池健康状态的一个重要手段，通过测量内阻，可以判断严重失效电池，内阻的小幅度增加可能说明电池的劣化，因此在线监测电池内阻是必要的。内阻监测模块用于监测蓄电池内阻值，并提供内阻变化的预警。3.1.3 蓄电池性能估算 蓄电池性能的估算，是通过多个基本运行参数监测数据的计算分析后，综合各方面影响因素计算得到的，它的精确度是由长期的数据积累来保证的。按性能值的估算指标，我们确定了3个多状态设置：小于50为报警态，建议更换；在50和80之间为预警态，建议维护；大于80为正常态，为蓄电池健康状态。3.2 变电站直流绝缘的监测和预警变电站直流绝缘监测和预警的数据采集自绝缘监测仪，使用PI Processbook实现设计功能，监测的数据包括母线的正对地电阻、负对地电阻、母线电压以及当绝缘降低，通过监测仪巡检获得的支路报警信息。同时，通过趋势图窗口，我们可以监测对地电阻和母线电压的历史变化曲线，对故障查找提供帮助。3.3 变电站直流屏运行参数的监测和预警变电站直流屏运行参数的监测和预警数据采集自直流屏监控主机，使用PI Processbook实现设计功能，共有数据监测、状态监测、报警信息、模块监测等4个功能模块。数据监测主要对交流输入、合母电压、控母电压、控母电流、电池电流等实时量进行监测和预警。状态监测反映了当前系统的运行状态，如均浮充状态、交流工作状态、交流停电状态等。报警信息主要对合母过欠压、控母过欠压、交流过欠压、熔断器故障、通信故障等故障量设置报警灯。模块监测主要对充电模块的工作状态进行监测和预警，可以监测每块充电模块的输出电流。3.4 变电站直流系统告警管理 告警信息类型分为组端电压、单电池电压、温度、电压均差等遥测量超限告警和电池性能值、交流过欠压、通讯状态、合母过欠压、控母过欠压等告警值。告警方式分为柱状图和报警灯变色闪烁报警、告警信息报警及手机短消息报警。4 状态评估直流系统状态评估模块通过综合直流系统各类监测信息，经过分析评估得到直流系统健康状态信息，其实现手段由PI Processbook、PI ODBC和VBA结合实现。首先，在主界面上方设置了变电站健康状态柱状图，直观的反映变电站健康状态。柱状图设置了多状态报警，红色为报警，阀值小于50；黄色预警，阀值为50至80之间；绿色为健康，阀值大于80。主界面的下方左侧是信息窗口，启动时显示历史和当前系统报警信息，右侧是趋势图窗口和一系列控制按钮。每次状态评估模块启动时，从SQL SERVER数据库读取性能参数设置柱状图，通过柱状图的多状态预警，可以一目了然的掌握变电所直流系统健康状态。然后只要点击柱状图，相应变电所设备状态就会显示在下面的信息窗口中，例如蓄电池性能、设备报警信息等，同时给出检修建议，并在趋势图窗口显示性能指标下降的蓄电池的运行曲线。状态评估和预警模块的作用，在于给予运行和检修人员日常工作建议，给生技部门提供状态检修的辅助决策建议，并实时了解所辖直流设备的健康状态。5 结语基于PI的变电站直流系统多状态量监测和预警的实现和运用，实现了由原来的故障后检修转变为现在的故障前预警，改善了变电站直流系统维护和检修的工作效率，同时能对直流系统开展状态检修工作提供一定的帮助，该系统充分应用了PI数据库在数据存贮和处理方面的优势，达到了设计要求，并成功应用于湖州电力局直流检修工作。参考文献1 供电企业实时/历史数据库PI典型应用案例/史兴华主编;湖州电力局组编.-北京：中国电力出版社,2010ISBN978-7-5083-9747-42 浙江省电力公司. PI实时数据库在电网中的应用推广会会议纪要（浙电科20051171号）.2005,9.3 徐海明. 供电工人技术培训教材（直流设备检修M. 北京. 中国电力出版社, 2003. 13.4 徐在林. 直流设备检修岗位技能培训教材M. 北京. 中国电力出版社. 1998. 194