基于智能云平臺的直流電源設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)在重慶鋼鐵的應(yīng)用

黎 志，唐 智，馮彥春

（重慶鋼鐵股份有限公司，重慶 401258）

引言

隨著公司產(chǎn)能的大幅提升，對供電可靠性的要求也愈來愈高。供電系統(tǒng)的運行性能對企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)質(zhì)量有重要的影響。而供電系統(tǒng)直流電源設(shè)備自身的可靠及安全直接影響到電網(wǎng)穩(wěn)定和設(shè)備安全。

傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)中直流電源設(shè)備的計劃檢修方式存在數(shù)據(jù)測量和運維的人員能力上的差異，很難及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備缺陷，不能對設(shè)備健康水平做出判斷，不能防范事故于未然。這就對直流電源設(shè)備提出了需要依托物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)、在彈性可擴展的云平臺支撐下,為運維人員發(fā)現(xiàn)隱患,改善直流電源設(shè)備的技術(shù)分析和安全現(xiàn)狀提供高效、科學(xué)的決策依據(jù)與技術(shù)手段。

1 現(xiàn)狀分析

重慶鋼鐵是中國最早的鋼鐵企業(yè)，具有以板帶材、型材、線棒材等產(chǎn)品為主，規(guī)劃布局科學(xué)、技術(shù)裝備先進、資源配置合理、環(huán)保節(jié)能高效，年產(chǎn)830萬噸鋼的生產(chǎn)規(guī)模。重慶鋼鐵動力能源部所管轄的220 kV 及以下變電站的直流電源設(shè)備共有134套。目前，變電站SCADA系統(tǒng)獲得的直流電源設(shè)備運行數(shù)據(jù)少，設(shè)備出現(xiàn)的異常狀況常不能及時得到預(yù)警；直流電源設(shè)備技術(shù)日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)維護人員難以勝任；直流電源設(shè)備日常維護工作量大，無法保證按期按量完成。如何加強對變電站直流電源設(shè)備的監(jiān)控和故障分析，并采取相應(yīng)的對策是急需解決的問題。因此，建立基于智能云平臺的直流電源設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代IT 創(chuàng)新變革技術(shù)及概念與變電站直流電源設(shè)備深度融合,對實現(xiàn)直流電源設(shè)備安全穩(wěn)定運行、低耗高效運行管理具有重要意義。

2 重鋼智能云平臺系統(tǒng)概述

2018年10月，重慶鋼鐵動力能源部根據(jù)配變電站實際情況，結(jié)合多年的變電站運行管理的經(jīng)驗，建立了一套完整的基于智能云平臺的直流電源設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱：智能云平臺系統(tǒng)）。目前主要涵蓋220kV 變電站、鐵前等5個110kV 變電站和5個35kV 公輔電站的直流屏電源設(shè)備，共計安裝28套。智能云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)及移動通信等新技術(shù)，把傳統(tǒng)的直流電源設(shè)備監(jiān)測與運維業(yè)務(wù)遠程化、網(wǎng)絡(luò)化，將分布各變電站的直流電源設(shè)備納入統(tǒng)一的管理平臺中，實現(xiàn)對電源設(shè)備信息的分散采集、統(tǒng)一監(jiān)控、集中管理。從而實現(xiàn)了直流電源設(shè)備運行情況實時遠程在線監(jiān)測，故障告警，故障診斷，故障分析和運維業(yè)務(wù)等功能，極大的降低了企業(yè)的運營成本，設(shè)備維護成本。

3 智能云平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能云平臺系統(tǒng)分為4層結(jié)構(gòu)，即設(shè)備層、采集層、傳輸層和應(yīng)用層,見圖1。

其中設(shè)備層是指變電站的直流電源設(shè)備；采集層是指具有本地采集并按約定規(guī)約上傳的無線數(shù)據(jù)采集傳輸終端；傳輸層分為2個部分，一部分的功能在無線數(shù)據(jù)采集傳輸終端，具有加密/認證、斷點續(xù)傳、自描述、智能控制等功能，另一部分在前置通訊服務(wù)器，提供在線接入、加密授權(quán)、設(shè)備在線管理等功能；應(yīng)用層為數(shù)據(jù)服務(wù)器和web 服務(wù)器，提供遠程監(jiān)測、故障告警、故障診斷、故障分析和運維業(yè)務(wù)功能模塊。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

技術(shù)方案拓撲圖如圖2所示。

4 智能云平臺系統(tǒng)組成

智能云平臺系統(tǒng)由硬件設(shè)備和應(yīng)用軟件兩大部分組成。

4.1 硬件設(shè)備

硬件設(shè)備主要分為現(xiàn)場硬件和監(jiān)控中心硬件。

現(xiàn)場硬件主要為無線數(shù)據(jù)采集傳輸終端，其通過RS485 接口對直流電源設(shè)備進行實時的運行數(shù)據(jù)，故障狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息的采集，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼壓縮能過3G/GPRS 網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器傳輸。同時也可接受來自服務(wù)器的指令。

監(jiān)控中心硬件主要在滿足網(wǎng)絡(luò)功能要求的前提下，采用云計算概念，主要功能在服務(wù)器上完成，用云終端代替操作員站與管理員站的計算機，簡化操作員站與管理員站的硬件設(shè)備，提高系統(tǒng)的安全性、可靠性，便于系統(tǒng)功能與規(guī)模的擴充。

圖2 技術(shù)方案拓撲圖

4.2 應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件主要分為服務(wù)器端和移動終端軟件。

服務(wù)器端包括通訊系統(tǒng)和WEB系統(tǒng)兩大軟件，通訊系統(tǒng)軟件負責(zé)處理來自于直流電源設(shè)備的數(shù)據(jù)，WEB 系統(tǒng)軟件可以為用戶開放窗口，使用戶無論在任何地方，只要能正常連接互聯(lián)網(wǎng)，都可以方便直觀的查看任何一臺設(shè)備的運行情況。

移動終端軟件支持智能手機、平板電腦等設(shè)備作為操作終端（兼容Android 和IOS），這使得智能云監(jiān)測系統(tǒng)的使用范圍從監(jiān)控中心擴大到任何無線廣域網(wǎng)絡(luò)可以到達的區(qū)域。

5 智能云平臺系統(tǒng)功能

智能云平臺系統(tǒng)利用運營商提供的無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，將分布在各變電站的直流電源設(shè)備運行數(shù)據(jù)匯集至物聯(lián)網(wǎng)云平臺，對于運維人員，通過Web 和移動終端APP 可實現(xiàn)對電源設(shè)備運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)控，隨時掌握現(xiàn)場設(shè)備情況，對突發(fā)事件及時發(fā)現(xiàn)及時處理。對于運維工程師，通過監(jiān)控中心可實現(xiàn)對電源設(shè)備的遠程數(shù)據(jù)采集、實時狀態(tài)監(jiān)測，實時掌握設(shè)備的運行狀況，并為運維人員提供遠程故障診斷及智能運維服務(wù)綜合管理。系統(tǒng)主要功能如下：

5.1 電子地圖

支持以地理信息系統(tǒng)（GIS）電子地圖的方式，定位顯示直流電源設(shè)備的地理分布和運行狀態(tài)。通過縮放電子地圖，查看系統(tǒng)內(nèi)所有站點直流電源設(shè)備的分布狀況和運行情況等，通過點擊地圖上站點的標(biāo)志能直接進入站點直流電源設(shè)備監(jiān)控界面。

5.2 實時監(jiān)測

實時在線監(jiān)測直流電源設(shè)備運行數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)和故障信息，在故障發(fā)生時能夠及時顯示并進行報警。支持加載站點直流電源設(shè)備的電氣圖，實時在電氣圖上反饋設(shè)備運行狀態(tài)，實時數(shù)據(jù)值和開關(guān)狀態(tài)等。

5.3 故障告警

建立集中的故障預(yù)警和告警分析處理機制。在設(shè)備未發(fā)生故障前，提前進行預(yù)警分析，報告潛在的風(fēng)險，保證安全供電；在故障產(chǎn)生或故障癥兆時，及時進行故障告警和故障定位，以便快速查找故障原因，降低故障恢復(fù)時間。

5.4 統(tǒng)計分析

支持組態(tài)化報表管理管理功能，對數(shù)據(jù)進行有效統(tǒng)計、分析和展示。提供多種直流電源設(shè)備運行報表，以時間維度劃分，支持年、月、日報表等；以監(jiān)測維度劃分，支持模擬量報表、狀態(tài)量報表、事件報表等。

5.5 運維管理

對運維服務(wù)業(yè)務(wù)工單進行流程化管理，包括工單受理、派發(fā)、派工、執(zhí)行、回訪全流程管理。內(nèi)嵌知識庫作為運維服務(wù)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(wù)。實現(xiàn)對直流電源設(shè)備的智能云運維。

5.6 信息管理

客戶管理，配置客戶的檔案信息，如：客戶名稱、聯(lián)系方式等基本信息；設(shè)備管理，配置設(shè)備的檔案信息，如：設(shè)備名稱、型號規(guī)格等；用戶管理，管理用戶級別、權(quán)限及系統(tǒng)功能菜單的調(diào)整，如：用戶名、密碼、操作權(quán)限等。

5.7 移動終端

提供移動終端遠程訪問功能。運維人員可通過移動終端設(shè)備(智能手機、平板電腦等)安裝APP軟件（兼容Android 和IOS），實現(xiàn)對直流電源設(shè)備運行狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)和故障信息的進行遠程監(jiān)控。

6 解決方案

在變電站直流電源設(shè)備上安裝智能無線數(shù)據(jù)采集傳輸終端或配電房內(nèi)布置綜合測控柜等采集設(shè)備，通過采集直流電源設(shè)備數(shù)據(jù)并處理，按照一定頻率上傳至智能云平臺，實現(xiàn)對直流電源設(shè)備運行狀況的實時監(jiān)測和應(yīng)用展示。具體解決方案如下：

6.1 現(xiàn)場硬件解決方案

(1)新采購的智能型直流電源設(shè)備

針對需要新采購的智能型直流電源設(shè)備，可選擇PGD 型直流電源屏，該設(shè)備內(nèi)部已經(jīng)集成遠程智能無線數(shù)據(jù)采集傳輸終端，它會根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的IP 地址或域名主動訪問智能云平臺與監(jiān)控中心建立鏈接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

(2)已投運的智能型直流電源設(shè)備

針對已經(jīng)投運的智能型直流電源設(shè)備，可選擇智能無線數(shù)據(jù)采集傳輸終端安裝在直流電源設(shè)備上，智能無線數(shù)據(jù)采集傳輸終端通過RS485 接口與直流電源設(shè)備連接，安裝一張物聯(lián)網(wǎng)卡，就能通過智云平臺與監(jiān)控中心建立鏈接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

(3)已投運的非智能型直流電源設(shè)備

針對已投運的非智能型直流電源設(shè)備，則需要先進行產(chǎn)品數(shù)字化改造，即加裝綜合測控柜，綜合測控柜內(nèi)包括：監(jiān)控主機、智能無線數(shù)據(jù)采集傳輸終端、微機絕緣監(jiān)測裝置、微機電池監(jiān)測裝置等智能采集裝置。

6.2 后臺軟件解決方案

根據(jù)設(shè)備供應(yīng)商提供的用戶名和密碼，通過在電腦端網(wǎng)頁登陸智能云平臺，或在手機端下載智能云APP 軟件，安裝并登陸，即可隨時隨地通過電腦端Web 或移動終端APP，對所屬直流電源設(shè)備進行遠程在線監(jiān)測。

7 應(yīng)用效果

7.1 提供基于智能云平臺的WEB 方式數(shù)據(jù)監(jiān)控業(yè)務(wù)，從而取消原有傳統(tǒng)的SCADA 運行值班系統(tǒng)，實現(xiàn)直流電源設(shè)備智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化管理，增強設(shè)備的安全性、提高了可靠性，確保電網(wǎng)穩(wěn)定安全。

7.2 提供基于智能云平臺的運維響應(yīng)及調(diào)度指揮系統(tǒng)，通過APP 實時調(diào)度企業(yè)運維人員或設(shè)備服務(wù)，能夠快速鎖定故障及時處理，減少對企業(yè)生產(chǎn)的影響，可有效降低維護成本，提高了工作效率。

7.3 提供基于智能云平臺的WEB 和APP 方式的智能分析系統(tǒng)，達到對運行工況、運行效率、能效、需求側(cè)管理等方面的智評估業(yè)務(wù)。為提高運維水平和安全現(xiàn)狀提供高效、科學(xué)的決策依據(jù)。

7.4 重慶鋼鐵動力能源部在線的智能云系統(tǒng)運行可靠度較高，尤其是220kV 電站直流系統(tǒng)的參數(shù)上傳及故障預(yù)警功能，保障了重慶鋼鐵220kV 到35kV直流系統(tǒng)的安全。

8 結(jié)束語

目前變電站直流電源設(shè)備已經(jīng)朝著自動化、系統(tǒng)化、集成化方向發(fā)展，維護技術(shù)含量日益提高，工業(yè)企業(yè)運營成本和維護檢修成本都極高，花費的周期也很長?；谥悄茉破脚_的直流電源設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)的建立，是提高直流電源設(shè)備可維護性的有效手段之一，它把傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)遠程化、網(wǎng)絡(luò)化，確保工業(yè)企業(yè)直流電源設(shè)備的正常運行，減少或避免事故的發(fā)生，保障電網(wǎng)運營質(zhì)量，進而為工業(yè)企業(yè)提高維護效率，降低維護成本，具有極為重要的戰(zhàn)略意義和極高的實際應(yīng)用價值。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的推進，該系統(tǒng)在企業(yè)管理中會發(fā)揮越來越重要的作用。