基于PI数据库的变电站直流系统多状态量监测与预警

2011-09-12莫雪梅

浙江电力 2011年8期

陈亮，莫雪梅

（湖州电力局，浙江湖州 313000）

在变电站中，直流电源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与电力系统的安全可靠运行密切相关。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。通过对变电站内大量的直流设备运行状态信息进行采集和分析，就能建立变电站直流系统遥测数据及各类设备状态量的监测预警专家系统。基于PI（Plant Information System）数据库在湖州电力局成熟和广泛的应用及其本身所具备的优异性能，决定基于PI技术来实现对直流系统的监测和分析。

PI实时/历史数据库系统是企业底层控制网络与上层管理信息系统连接的桥梁，在技术上采用独特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。

1 设计思想

1.1 硬件架构

系统的硬件架构分信息采集、数据存贮和分析展现3个部分。

信息采集主要是将各类直流设备的状态信息及监测数据通过通信网络上传至远端服务器，经软件解析出不同规约所传递的数据并存入数据库。数据存储分为两个部分，首先是将解析出的实时测点数据存入PI数据库，非实时数据则存入系统数据库（SQL Server），因此配备两台数据库服务器。分析展现主要应用了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。硬件架构见图1。

图1 硬件架构图

1.2 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，获得所需的监测和预警信息，全面反映直流设备运行的健康状态。

1.3 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、温度等实时数据量随时间不断增加，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。

2 多状态的监测和预警

2.1 变电站蓄电池组的监测和预警

蓄电池组是直流系统的重要组成部分，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“独立电源”的功能，为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项目的重要部分。蓄电池组的性能与多个性能指标有关，因此通过对蓄电池组运行参数的监测，对蓄电池内阻和性能的估算及监测等来保证蓄电池组的正常运行，具体实施方案如下：

2.1.1 蓄电池组运行参数监测

对蓄电池组运行参数进行实时监测，对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映蓄电池的健康状态。由于蓄电池制造过程中存在离散性，当性能不一致的电池组成一组并投入运行时，若以同样大小的浮充电流对整组电池进行浮充，某些自身性能差的电池将无法完全补偿自放电，导致电池长期欠充（浮充电压大大低于2.23 V/节）而出现容量损失和极板硫酸盐化，而自身性能好的电池则因长期过充导致失水和极板腐蚀（浮充电压大大高于2.28 V/节）。蓄电池组中存在单电池电压过高或过低，长期运行会降低电池组的容量，影响整组电池稳定运行。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。同时，监测蓄电池其他基本运行参数，如组端电压、单电池电压、充放电电流、工作温度等，通过点击柱状图和相关查询定位工具，实现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。

2.1.2 蓄电池内阻监测

检测蓄电池内阻是检验蓄电池健康状态的重要手段之一，通过测量内阻可以判别电池是否失效，当内阻小幅度增加时说明电池出现劣化，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。

2.1.3 蓄电池性能估算

蓄电池性能估算是对多个基本运行参数监测数据进行计算分析后，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，确定了3个多状态设置：小于50为报警态，建议更换；50～80为预警态，建议维护；大于80为正常态，为蓄电池健康状态。

2.2 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正对地电阻、负对地电阻、母线电压，以及当绝缘降低时通过监测仪巡检获得的支路报警信息。同时，可以通过趋势图窗口监测对地电阻和母线电压的历史变化曲线，为故障查找提供帮助。

2.3 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、报警信息和模块监测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。

2.4 变电站直流系统告警管理

告警信息类型分组端电压、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。告警方式有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。功能运行界面见图2。

3 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，由PI ProcessBook，PI ODBC和VBA联合实现。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；黄色为预警，阀值为50～80；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。

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地掌握变电站直流系统健康状态。只要点击柱状图，相应变电站设备状态就会显示在信息窗口中，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运行和检修人员提供日常工作建议，给生技部门提供状态检修辅助决策建议，并实时了解所辖直流设备的健康状态，具体界面见图3。