基于智能云平臺的直流電源設備監測系統在重慶鋼鐵的應用

黎 志，唐 智，馮彥春

（重慶鋼鐵股份有限公司，重慶 401258）

引言

隨著公司產能的大幅提升，對供電可靠性的要求也愈來愈高。供電系統的運行性能對企業的生產規模和生產質量有重要的影響。而供電系統直流電源設備自身的可靠及安全直接影響到電網穩定和設備安全。

傳統工業企業供電系統中直流電源設備的計劃檢修方式存在數據測量和運維的人員能力上的差異，很難及時發現系統設備缺陷，不能對設備健康水平做出判斷，不能防范事故于未然。這就對直流電源設備提出了需要依托物聯網產生的大數據、在彈性可擴展的云平臺支撐下,為運維人員發現隱患,改善直流電源設備的技術分析和安全現狀提供高效、科學的決策依據與技術手段。

1 現狀分析

重慶鋼鐵是中國最早的鋼鐵企業，具有以板帶材、型材、線棒材等產品為主，規劃布局科學、技術裝備先進、資源配置合理、環保節能高效，年產830萬噸鋼的生產規模。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備共有134套。目前，變電站SCADA系統獲得的直流電源設備運行數據少，設備出現的異常狀況常不能及時得到預警；直流電源設備技術日趨復雜，傳統維護人員難以勝任；直流電源設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備的監控和故障分析，并采取相應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備監測系統，將物聯網、大數據、云計算等新一代IT 創新變革技術及概念與變電站直流電源設備深度融合,對實現直流電源設備安全穩定運行、低耗高效運行管理具有重要意義。

2 重鋼智能云平臺系統概述

2018年10月，重慶鋼鐵動力能源部根據配變電站實際情況，結合多年的變電站運行管理的經驗，建立了一套完整的基于智能云平臺的直流電源設備監測系統（以下簡稱：智能云平臺系統）。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備，共計安裝28套。智能云平臺系統通過物聯網及移動通信等新技術，把傳統的直流電源設備監測與運維業務遠程化、網絡化，將分布各變電站的直流電源設備納入統一的管理平臺中，實現對電源設備信息的分散采集、統一監控、集中管理。從而實現了直流電源設備運行情況實時遠程在線監測，故障告警，故障診斷，故障分析和運維業務等功能，極大的降低了企業的運營成本，設備維護成本。

3 智能云平臺系統結構

智能云平臺系統分為4層結構，即設備層、采集層、傳輸層和應用層,見圖1。

其中設備層是指變電站的直流電源設備；采集層是指具有本地采集并按約定規約上傳的無線數據采集傳輸終端；傳輸層分為2個部分，一部分的功能在無線數據采集傳輸終端，具有加密/認證、斷點續傳、自描述、智能控制等功能，另一部分在前置通訊服務器，提供在線接入、加密授權、設備在線管理等功能；應用層為數據服務器和web 服務器，提供遠程監測、故障告警、故障診斷、故障分析和運維業務功能模塊。

圖1 系統結構圖

技術方案拓撲圖如圖2所示。

4 智能云平臺系統組成

智能云平臺系統由硬件設備和應用軟件兩大部分組成。

4.1 硬件設備

硬件設備主要分為現場硬件和監控中心硬件。

現場硬件主要為無線數據采集傳輸終端，其通過RS485 接口對直流電源設備進行實時的運行數據，故障狀態等數據信息的采集，采集的數據經過編碼壓縮能過3G/GPRS 網絡向服務器傳輸。同時也可接受來自服務器的指令。

監控中心硬件主要在滿足網絡功能要求的前提下，采用云計算概念，主要功能在服務器上完成，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備，提高系統的安全性、可靠性，便于系統功能與規模的擴充。

圖2 技術方案拓撲圖

4.2 應用軟件

應用軟件主要分為服務器端和移動終端軟件。

服務器端包括通訊系統和WEB系統兩大軟件，通訊系統軟件負責處理來自于直流電源設備的數據，WEB 系統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網，都可以方便直觀的查看任何一臺設備的運行情況。

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

5 智能云平臺系統功能

智能云平臺系統利用運營商提供的無線網絡進行數據傳輸，將分布在各變電站的直流電源設備運行數據匯集至物聯網云平臺，對于運維人員，通過Web 和移動終端APP 可實現對電源設備運行狀態進行遠程監控，隨時掌握現場設備情況，對突發事件及時發現及時處理。對于運維工程師，通過監控中心可實現對電源設備的遠程數據采集、實時狀態監測，實時掌握設備的運行狀況，并為運維人員提供遠程故障診斷及智能運維服務綜合管理。系統主要功能如下：

5.1 電子地圖

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

5.2 實時監測

實時在線監測直流電源設備運行數據、運行狀態和故障信息，在故障發生時能夠及時顯示并進行報警。支持加載站點直流電源設備的電氣圖，實時在電氣圖上反饋設備運行狀態，實時數據值和開關狀態等。

5.3 故障告警

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

5.4 統計分析

支持組態化報表管理管理功能，對數據進行有效統計、分析和展示。提供多種直流電源設備運行報表，以時間維度劃分，支持年、月、日報表等；以監測維度劃分，支持模擬量報表、狀態量報表、事件報表等。

5.5 運維管理

對運維服務業務工單進行流程化管理，包括工單受理、派發、派工、執行、回訪全流程管理。內嵌知識庫作為運維服務重要的技術支持，為用戶故障診斷提供在線自助咨詢服務。實現對直流電源設備的智能云運維。

5.6 信息管理

客戶管理，配置客戶的檔案信息，如：客戶名稱、聯系方式等基本信息；設備管理，配置設備的檔案信息，如：設備名稱、型號規格等；用戶管理，管理用戶級別、權限及系統功能菜單的調整，如：用戶名、密碼、操作權限等。

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備(智能手機、平板電腦等)安裝APP軟件（兼容Android 和IOS），實現對直流電源設備運行狀態、運行數據和故障信息的進行遠程監控。

6 解決方案

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

6.1 現場硬件解決方案

(1)新采購的智能型直流電源設備

針對需要新采購的智能型直流電源設備，可選擇PGD 型直流電源屏，該設備內部已經集成遠程智能無線數據采集傳輸終端，它會根據預先設定在其內部的IP 地址或域名主動訪問智能云平臺與監控中心建立鏈接，實現數據傳輸。

(2)已投運的智能型直流電源設備

針對已經投運的智能型直流電源設備，可選擇智能無線數據采集傳輸終端安裝在直流電源設備上，智能無線數據采集傳輸終端通過RS485 接口與直流電源設備連接，安裝一張物聯網卡，就能通過智云平臺與監控中心建立鏈接，實現數據傳輸。

(3)已投運的非智能型直流電源設備

針對已投運的非智能型直流電源設備，則需要先進行產品數字化改造，即加裝綜合測控柜，綜合測控柜內包括：監控主機、智能無線數據采集傳輸終端、微機絕緣監測裝置、微機電池監測裝置等智能采集裝置。

6.2 后臺軟件解決方案

根據設備供應商提供的用戶名和密碼，通過在電腦端網頁登陸智能云平臺，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，對所屬直流電源設備進行遠程在線監測。

7 應用效果

7.1 提供基于智能云平臺的WEB 方式數據監控業務，從而取消原有傳統的SCADA 運行值班系統，實現直流電源設備智能化、網絡化、數字化管理，增強設備的安全性、提高了可靠性，確保電網穩定安全。

7.2 提供基于智能云平臺的運維響應及調度指揮系統，通過APP 實時調度企業運維人員或設備服務，能夠快速鎖定故障及時處理，減少對企業生產的影響，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，達到對運行工況、運行效率、能效、需求側管理等方面的智評估業務。為提高運維水平和安全現狀提供高效、科學的決策依據。

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

8 結束語

目前變電站直流電源設備已經朝著自動化、系統化、集成化方向發展，維護技術含量日益提高，工業企業運營成本和維護檢修成本都極高，花費的周期也很長。基于智能云平臺的直流電源設備監測系統的建立，是提高直流電源設備可維護性的有效手段之一，它把傳統的監控系統遠程化、網絡化，確保工業企業直流電源設備的正常運行，減少或避免事故的發生，保障電網運營質量，進而為工業企業提高維護效率，降低維護成本，具有極為重要的戰略意義和極高的實際應用價值。隨著物聯網應用的推進，該系統在企業管理中會發揮越來越重要的作用。