基于智能云平台的直流电源设备监测系统在重庆钢铁的应用

黎 志，唐 智，冯彦春

（重庆钢铁股份有限公司，重庆 401258）

引言

随着公司产能的大幅提升，对供电可靠性的要求也愈来愈高。供电系统的运行性能对企业的生产规模和生产质量有重要的影响。而供电系统直流电源设备自身的可靠及安全直接影响到电网稳定和设备安全。

传统工业企业供电系统中直流电源设备的计划检修方式存在数据测量和运维的人员能力上的差异，很难及时发现系统设备缺陷，不能对设备健康水平做出判断，不能防范事故于未然。这就对直流电源设备提出了需要依托物联网产生的大数据、在弹性可扩展的云平台支撑下,为运维人员发现隐患,改善直流电源设备的技术分析和安全现状提供高效、科学的决策依据与技术手段。

1 现状分析

重庆钢铁是中国最早的钢铁企业，具有以板带材、型材、线棒材等产品为主，规划布局科学、技术装备先进、资源配置合理、环保节能高效，年产830万吨钢的生产规模。重庆钢铁动力能源部所管辖的220 kV 及以下变电站的直流电源设备共有134套。目前，变电站SCADA系统获得的直流电源设备运行数据少，设备出现的异常状况常不能及时得到预警；直流电源设备技术日趋复杂，传统维护人员难以胜任；直流电源设备日常维护工作量大，无法保证按期按量完成。如何加强对变电站直流电源设备的监控和故障分析，并采取相应的对策是急需解决的问题。因此，建立基于智能云平台的直流电源设备监测系统，将物联网、大数据、云计算等新一代IT 创新变革技术及概念与变电站直流电源设备深度融合,对实现直流电源设备安全稳定运行、低耗高效运行管理具有重要意义。

2 重钢智能云平台系统概述

2018年10月，重庆钢铁动力能源部根据配变电站实际情况，结合多年的变电站运行管理的经验，建立了一套完整的基于智能云平台的直流电源设备监测系统（以下简称：智能云平台系统）。目前主要涵盖220kV 变电站、铁前等5个110kV 变电站和5个35kV 公辅电站的直流屏电源设备，共计安装28套。智能云平台系统通过物联网及移动通信等新技术，把传统的直流电源设备监测与运维业务远程化、网络化，将分布各变电站的直流电源设备纳入统一的管理平台中，实现对电源设备信息的分散采集、统一监控、集中管理。从而实现了直流电源设备运行情况实时远程在线监测，故障告警，故障诊断，故障分析和运维业务等功能，极大的降低了企业的运营成本，设备维护成本。

3 智能云平台系统结构

智能云平台系统分为4层结构，即设备层、采集层、传输层和应用层,见图1。

其中设备层是指变电站的直流电源设备；采集层是指具有本地采集并按约定规约上传的无线数据采集传输终端；传输层分为2个部分，一部分的功能在无线数据采集传输终端，具有加密/认证、断点续传、自描述、智能控制等功能，另一部分在前置通讯服务器，提供在线接入、加密授权、设备在线管理等功能；应用层为数据服务器和web 服务器，提供远程监测、故障告警、故障诊断、故障分析和运维业务功能模块。

图1 系统结构图

技术方案拓扑图如图2所示。

4 智能云平台系统组成

智能云平台系统由硬件设备和应用软件两大部分组成。

4.1 硬件设备

硬件设备主要分为现场硬件和监控中心硬件。

现场硬件主要为无线数据采集传输终端，其通过RS485 接口对直流电源设备进行实时的运行数据，故障状态等数据信息的采集，采集的数据经过编码压缩能过3G/GPRS 网络向服务器传输。同时也可接受来自服务器的指令。

监控中心硬件主要在满足网络功能要求的前提下，采用云计算概念，主要功能在服务器上完成，用云终端代替操作员站与管理员站的计算机，简化操作员站与管理员站的硬件设备，提高系统的安全性、可靠性，便于系统功能与规模的扩充。

图2 技术方案拓扑图

4.2 应用软件

应用软件主要分为服务器端和移动终端软件。

服务器端包括通讯系统和WEB系统两大软件，通讯系统软件负责处理来自于直流电源设备的数据，WEB 系统软件可以为用户开放窗口，使用户无论在任何地方，只要能正常连接互联网，都可以方便直观的查看任何一台设备的运行情况。

移动终端软件支持智能手机、平板电脑等设备作为操作终端（兼容Android 和IOS），这使得智能云监测系统的使用范围从监控中心扩大到任何无线广域网络可以到达的区域。

5 智能云平台系统功能

智能云平台系统利用运营商提供的无线网络进行数据传输，将分布在各变电站的直流电源设备运行数据汇集至物联网云平台，对于运维人员，通过Web 和移动终端APP 可实现对电源设备运行状态进行远程监控，随时掌握现场设备情况，对突发事件及时发现及时处理。对于运维工程师，通过监控中心可实现对电源设备的远程数据采集、实时状态监测，实时掌握设备的运行状况，并为运维人员提供远程故障诊断及智能运维服务综合管理。系统主要功能如下：

5.1 电子地图

支持以地理信息系统（GIS）电子地图的方式，定位显示直流电源设备的地理分布和运行状态。通过缩放电子地图，查看系统内所有站点直流电源设备的分布状况和运行情况等，通过点击地图上站点的标志能直接进入站点直流电源设备监控界面。

5.2 实时监测

实时在线监测直流电源设备运行数据、运行状态和故障信息，在故障发生时能够及时显示并进行报警。支持加载站点直流电源设备的电气图，实时在电气图上反馈设备运行状态，实时数据值和开关状态等。

5.3 故障告警

建立集中的故障预警和告警分析处理机制。在设备未发生故障前，提前进行预警分析，报告潜在的风险，保证安全供电；在故障产生或故障症兆时，及时进行故障告警和故障定位，以便快速查找故障原因，降低故障恢复时间。

5.4 统计分析

支持组态化报表管理管理功能，对数据进行有效统计、分析和展示。提供多种直流电源设备运行报表，以时间维度划分，支持年、月、日报表等；以监测维度划分，支持模拟量报表、状态量报表、事件报表等。

5.5 运维管理

对运维服务业务工单进行流程化管理，包括工单受理、派发、派工、执行、回访全流程管理。内嵌知识库作为运维服务重要的技术支持，为用户故障诊断提供在线自助咨询服务。实现对直流电源设备的智能云运维。

5.6 信息管理

客户管理，配置客户的档案信息，如：客户名称、联系方式等基本信息；设备管理，配置设备的档案信息，如：设备名称、型号规格等；用户管理，管理用户级别、权限及系统功能菜单的调整，如：用户名、密码、操作权限等。

5.7 移动终端

提供移动终端远程访问功能。运维人员可通过移动终端设备(智能手机、平板电脑等)安装APP软件（兼容Android 和IOS），实现对直流电源设备运行状态、运行数据和故障信息的进行远程监控。

6 解决方案

在变电站直流电源设备上安装智能无线数据采集传输终端或配电房内布置综合测控柜等采集设备，通过采集直流电源设备数据并处理，按照一定频率上传至智能云平台，实现对直流电源设备运行状况的实时监测和应用展示。具体解决方案如下：

6.1 现场硬件解决方案

(1)新采购的智能型直流电源设备

针对需要新采购的智能型直流电源设备，可选择PGD 型直流电源屏，该设备内部已经集成远程智能无线数据采集传输终端，它会根据预先设定在其内部的IP 地址或域名主动访问智能云平台与监控中心建立链接，实现数据传输。

(2)已投运的智能型直流电源设备

针对已经投运的智能型直流电源设备，可选择智能无线数据采集传输终端安装在直流电源设备上，智能无线数据采集传输终端通过RS485 接口与直流电源设备连接，安装一张物联网卡，就能通过智云平台与监控中心建立链接，实现数据传输。

(3)已投运的非智能型直流电源设备

针对已投运的非智能型直流电源设备，则需要先进行产品数字化改造，即加装综合测控柜，综合测控柜内包括：监控主机、智能无线数据采集传输终端、微机绝缘监测装置、微机电池监测装置等智能采集装置。

6.2 后台软件解决方案

根据设备供应商提供的用户名和密码，通过在电脑端网页登陆智能云平台，或在手机端下载智能云APP 软件，安装并登陆，即可随时随地通过电脑端Web 或移动终端APP，对所属直流电源设备进行远程在线监测。

7 应用效果

7.1 提供基于智能云平台的WEB 方式数据监控业务，从而取消原有传统的SCADA 运行值班系统，实现直流电源设备智能化、网络化、数字化管理，增强设备的安全性、提高了可靠性，确保电网稳定安全。

7.2 提供基于智能云平台的运维响应及调度指挥系统，通过APP 实时调度企业运维人员或设备服务，能够快速锁定故障及时处理，减少对企业生产的影响，可有效降低维护成本，提高了工作效率。

7.3 提供基于智能云平台的WEB 和APP 方式的智能分析系统，达到对运行工况、运行效率、能效、需求侧管理等方面的智评估业务。为提高运维水平和安全现状提供高效、科学的决策依据。

7.4 重庆钢铁动力能源部在线的智能云系统运行可靠度较高，尤其是220kV 电站直流系统的参数上传及故障预警功能，保障了重庆钢铁220kV 到35kV直流系统的安全。

8 结束语

目前变电站直流电源设备已经朝着自动化、系统化、集成化方向发展，维护技术含量日益提高，工业企业运营成本和维护检修成本都极高，花费的周期也很长。基于智能云平台的直流电源设备监测系统的建立，是提高直流电源设备可维护性的有效手段之一，它把传统的监控系统远程化、网络化，确保工业企业直流电源设备的正常运行，减少或避免事故的发生，保障电网运营质量，进而为工业企业提高维护效率，降低维护成本，具有极为重要的战略意义和极高的实际应用价值。随着物联网应用的推进，该系统在企业管理中会发挥越来越重要的作用。