智能在线维护

智能在线维护（精选9篇）

智能在线维护 篇1

变电站中直流电源系统主要由蓄电池组、充电装置、绝缘监控装置、电池巡检装置以及控制、保护电源等设备构成。其中, 蓄电池对直流电源系统, 乃至电力设备的安全稳定运行具有十分重要的作用。因此, 防止蓄电池劣化, 延长蓄电池寿命, 减少蓄电池的维护难度, 降低运行维护成本, 是一项非常值得电网公司探讨的课题。

目前, 变电站直流电源系统大多使用具有安装方便、维护工作量小、对环境污染少、可靠性较高的阀控式铅酸蓄电池。但在实际使用过程中, 由于蓄电池的使用和维护不当, 如经常充电不足, 不及时充电或放电, 势必引起硫化现象的发生。因此, 为了克服铅酸蓄电池的硫化, 已开发出多种铅酸蓄电池修复技术, 如: 大电流充电法、负脉冲法、添加活性剂法、高频脉冲法、复合式谐振脉冲法、恒流充放电法等[1,2]。然而这些修复方法大多是在蓄电池出现“硫化”后采取的补救式修复方法, 而且需要采取退出运行的离线式修复, 影响了直流电源系统正常运行。所以, 为了提高修复效率, 更好地服务于变电站, 近年来国内各大院校及企事业科研单位相继开发出在线式修复技术。文献[3]提出了脉冲式间歇式充电方式, 以降低和延缓蓄电池劣化趋势, 针对蓄电池在线活化, 提出以一定深度的充放电循环为基础, 辅以激励信号, 有效去除硫酸盐, 抑制蓄电池失效的蓄电池在线活化技术, 可以恢复蓄电池容量10% ~ 35% , 同时分析蓄电池最佳活化时机, 使蓄电池保有容量达40% 以上。文献[4]开发了蓄电池实时在线监控系统, 由蓄电池监测设备和控制中心机构成, 充分利用变电站中的各种通信资源进行命令和数据的传递, 实现了实时监测、智能诊断、容量估计、远程维护等功能。文献[5]开发了大集控直流蓄电池监测网络化管理系统, 由监控主机、电池电压采集模块、放电模块、通信接口板、服务器等构成, 可在线自动监测单体电池电压、电池组组端电压、充放电电流和温度等参数, 并通过大网上传到远程监控计算机分析和诊断, 提前预示电池性能趋势。文献[6]提出一种基于在线诊断技术的直流电源系统状态检修模式, 利用基于状态空间预测要求的卡尔曼滤波器对蓄电池剩余容量及状态进行诊断及预测。本文为了进一步提升应用于变电站的蓄电池在线修复技术水平, 使其既能在线维护蓄电池, 提高蓄电池性能, 又可以远程监控, 提供蓄电池的主动维护, 开发了一种新的电力系统直流蓄电池智能在线维护监控管理系统。

1 系统的开发

开发的系统功能为:

1) 采用脉冲除硫 → 均衡维护→ 检测保护三阶段蓄电池维护技术, 有效提高蓄电池各节电池充电的均衡性, 防止电池的快速劣化, 延长蓄电池的使用寿命, 提升电池容量及整组电池供电能力。

2) 采用多路输出分时循环除硫的工作机制, 有效保障蓄电池在线维护效果, 同时避免因设备工作时对站点其他设备产生不良影响。

3) 有机整合蓄电池在线维护功能和蓄电池网络化实施监控功能, 实现在线维护与监控的一体化。

4) 开发蓄电池在线维护监控管理网管平台, 实现蓄电池信息的统一网络化管理, 蓄电池在线维护效果分析, 以及蓄电池重要信息告警等功能。

该系统由蓄电池在线维护仪 ( 远端硬件) 、服务器 ( 局端硬件) 、蓄电池在线维护系统网管平台 ( 局端软件) 三大部分组成。

蓄电池在线维护仪安装于蓄电池所在变电站站点, 采集蓄电池运行的各项参数 ( 包括站点供电状态、电池组端压、电池内各单体电压、电池充/放电电流、电池温度等) ; 将采集到的蓄电池运行参数发送至服务器端, 接收服务器端发送的各项控制指令; 通过设备与蓄电池端的连接线向蓄电池输出除硫脉冲和充电电压, 从而实现对蓄电池的均衡充电和在线除硫维护。

服务器使用远端外网设备, 蓄电池在线维护仪内部的数据发送模块与服务器端建立数据连接, 一方面将实时采集到的各项电池运行参数发送至服务器端, 另一方面负责接收服务器端传送的各项查询和控制指令, 实现数据的双向传输。

蓄电池在线维护系统网管平台安装于服务器内, 负责上传数据的采集、WEB界面显示、数据后台分析计算和存储等, 通过该平台对上传数据进行分析处理, 可实现站点蓄电池各项参数的实时查看、站点隐患智能分析和维护指导、电池均匀性变化分析等功能, 以指导维护人员更加科学高效地维护蓄电池。

1. 1 系统硬件与功能

蓄电池在线维护仪为系统硬件设备, 应用于变电站单体电池为2 V的蓄电池组, 最多可管控2 V/24 节单组电池。

1. 1. 1 在线维护功能的实现

以2 V/24 节蓄电池组为例, 蓄电池输出接口为25 位端子, 输出线分别接入各节单体电池的正负极柱, 设备工作机制采用脉冲除硫 → 均衡维护→ 检测保护三阶段分时循环。

从以上工作机制来看, 脉冲除硫阶段对已经硫化的电池恢复其特性; 均衡维护阶段减小电池组各单体电池的差异性, 有效阻止再次硫化; 检测保护阶段使电池始终处于安全状态, 同时避免过充, 当再次出现差异时可以自动启动工作。通过这种在线维护方式将高于平均值的单体电压拉低 ( 在线维护降低其内阻) , 将低于平均值的单体抬高 ( 欠充电池补充其能量) , 从而有效消除电池劣化, 使整组电池性能显著提升。

1. 1. 2 各项电池数据采集功能的实现

蓄电池单体电池电压和总电压的采集: 蓄电池输出接口不仅完成对各节单体电池在线维护的功能, 还通过该接口采集各节单体电池的电压和总电压。

蓄电池温度采集: 设备内部内置温度传感器, 温度传感器采集探头置于电池附近, 即可采集到电池所处环境温度。

蓄电池供电状态信息采集: 通过电池电压和电池电流的变化综合判断站点是否处于停电状态, 站点停电标志包含在上传数据内。

1. 1. 3 设备级联功能的实现

单台蓄电池在线维护仪最多只能管控24 节电池, 如果单组蓄电池的单体电池节数超过24 节, 就要通过设备级联接口进行扩展。

例如站点蓄电池为2 V/108 节单组, 则五台设备级联后, 1 号设备作为主设备管控前24 节电池, 2 号设备作为从设备管控其余12 节电池, 依次类推, 所有采集信息均通过级联接口汇总至1 号设备, 通过GPRS /3G模块发送至服务器端。连接示意图如图1 所示。

1. 1. 4 数据传输功能的实现

数据传输功能通过设备上的无线模块实现。

1. 2 系统软件及功能

1. 2. 1 服务器端软件

服务器端软件包括Linux操作系统、在线维护系统采集软件、Oracle数据库、蓄电池在线维护系统网络平台。

软件共分为四层。

表现层: 以动态图形及声光报警展现站点实时采集的数据并进行分析, 对不良蓄电池进行声光报警和短信发布。

数据交互层: 将结果数据通过国家标准数据交换格式 ( xml和json) 进行传输。

数据处理层: 将采集到的模拟量进行分析和存储, 并生成分析结果。

数据采集层: 定时对各机房数据进行采集, 并交数据处理层处理。

1. 2. 2 软件功能

采用Linux5. 5 版本操作系统, 是服务器端各应用软件正常运行的基础, 具有系统安全性高、网络功能丰富、可移植性好等特点。在线维护系统采集软件负责接收各站点数据的上传和服务器端相关指令的下发。采用Oracle10. 2g版本, 对各站点数据进行存储。

蓄电池在线维护系统网管平台主要功能为站点上传数据显示、曲线分析、报表统计等。维护人员只需访问该网络平台, 即可查看站点蓄电池实时运行状况, 从而及时发现劣化蓄电池组。

1.3系统网络架构 (最大架构模式)

系统网络构架如图2所示。

采用双服务器一级网络结构, 即在网络维护监控中心架设两台服务器, 每台服务器均安装相应的蓄电池数据采集软件、数据库软件、web服务器软件, 一台作为主服务器, 另一台作为热备用服务器。

服务器端有一个广域网静态IP地址, 两台服务器通过路由器与外界连接。蓄电池端每组电池所配备的智能在线监测维护仪可通过RJ45 端口或GPRS /3G模块, 与服务器进行通讯。各级蓄电池维护人员通过本地浏览器, 按照管辖区域可对蓄电池组进行实时查看及维护。

2 系统的应用

经研制开发后, 该系统于2014 年9 月应用于鹤南变2 V/104 节蓄电池, 并对其进行了测试。鹤南变蓄电池为哈尔滨九州蓄电池生产, 型号为GFM -300, 标称容量300 AH, 电池数量2 V /104 节, 2010 年投运。

初测于2014 年9 月4 日进行, 预测放电时长3. 0 h, ( 放电时间达到预定值时, 自动停止测试) , 预设放电电流30 A。放电因预设时间达到而自动停止, 放电停止时, 第25 节电池电压最低, 为1. 980 V。复测于2015 年4 月2 日进行, 预设放电时长7 h, 预设放电电流20 A。同样是在放电时间达到预设定值时, 自动停止测试, 放电停止时, 第80 节电池的电压最低, 为2. 066 V。两次测试结果如表1 所示。

从表1 可以看到, 通过蓄电池智能在线维护, 单体电池电压均有所提升, 如初测时的第25 节电池, 电压降至1. 980 V, 复测时升至2. 073 V, 提升了电池性能。此外, 复测最低单体电压第80 节的单体电压达2. 066 V, 电池电压的整体均匀性比初测时有所提高; 整组电池容量得到了提升, 提升量达55. 68AH ( 复测容量146. 439AH - 初测容量90. 758AH) , 容量提升百分比达18. 56% ( ( 复测容量146. 439AH - 初测容量90. 758) /标称容量200AH × 100% ) , 去硫化效率达61. 35% ( ( 复测容量146. 439AH - 初测容量90. 758AH) / 初测容量90. 758AH × 100% ) 。由此表明, 电力系统直流电源蓄电池智能在线维护监控管理系统, 通过对放电过程中各单节电池电压的监测, 可及时准确发现整组电池中落后单支电池, 从而有效指导维护人员对电池进行有针对性的维护, 消除故障隐患, 消除电池长期浮充形成的硫化, 提高了单体电池电压均匀性, 有效地提升了电池的性能和整组蓄电池供电能力。

3 结语

通过蓄电池智能在线维护监控管理系统的开发, 以及现场的安装、调试、运行、测试等对成果的验证, 最终实现了蓄电池的网络化统一管理、电池性能准确甄别和蓄电池在线除硫维护等功能, 其技术指标达到了预期的目标值, 符合现场运行需要。

由于电力系统使用蓄电池范围广、数量大, 本研究推广意义重大, 包括合闸电源、无人值守变电站、UPS供电系统的蓄电池, 均可通过该系统进行在线维护和管理, 提高现有蓄电池维护管理水平和维护效率, 降低运行维护成本, 减少运行维护人员的维护强度和维护难度。此外, 从降低电池采购成本和提升电网电池使用寿命的角度, 可产生较大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]DL/T 724-2000.电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程[S].北京:中国电力出版社, 2000.

[2]国家电网生[2005]172号文, 直流电源系统运行规范[S].北京:国家电网公司, 2005.

[3]于雷.后备铅酸蓄电池在线诊断与活化技术的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2007.YU Lei.Research on backup lead-acid battery online diagnosis and activation technology[D].Harbin:Harbin Engineering University, 2007.

[4]鲍慧, 齐焱焱, 韩少勤.变电站蓄电池集中监控系统的研究[J].科技信息, 2012 (32) :122-124.BAO Hui, QI Yanyan, HAN Shaoqin.Research on substation battery centralized monitoring system[J].Science and Technology Information, 2012 (32) :122-124.

[5]白小根.大集控站直流蓄电池监测网络化管理[C]//中国电机工程学会年会论文集.西安:中国电机工程学会, 2007.BAI Xiaogen.The networking management of direct accumulator monitoring in great centralized control station[C]//CSEE Symposium.Xi’an:CSEE, 2007.

[6]郝晓光, 李秉宇, 陈晓东, 等.直流电源系统网络化状态检修模式的研究[J].河北电力技术, 2011, 35 (9) :1142-1145.HAO Xiaoguang, LI Bingyu, CHEN Xiaodong, et al.Research on CMB model of DC source system based network[J].Hebei Electric Power Technology, 2011, 35 (9) :1142-1145.

智能在线维护 篇2

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蓄电池在线维护与管理 篇3

目前, 国内绝大部分机房/基站的蓄电池组, 只安装了在线监测系统 (即机房动环系统的一部分) , 虽然解决了对蓄电池组的集中在线监测问题, 但蓄电池本身的维护还需要用户花大量的人力和资金去解决 (人工维护) 。由于蓄电池本身的特性决定, 这种传统的人工维护技术已远远不能满足实际需要, 很多蓄电池组在线运行的容量实际已远远低于国标的要求 (国标要求在线运行的蓄电池组容量不得低于额定容量的80%) , 存在一定的安全隐患。

为了保证蓄电池组在线运行的可靠性, 延长蓄电池组在线运行周期, 提高电源系统的安全可靠性, 经相关技术人员探索、研究, 同时与相关厂家技术人员交流, 决定采用HZ-BMM系列蓄电池在线维护系统来解决上述蓄电池固有存在的问题。从而提高专业通信局现有通信电源系统的安全可靠性, 保证专用通信的安全、可靠、畅通。

二、系统组成

HZ-BMM系列由1台维护控制终端、1个或多个电流变送器和多个集成维护模块组成。其中, HZ-BDM02维护终端最多可挂接16个集成维护模块, 1个集成维护模块可监测维护12节2V单位电池。以通信基站48V蓄电池组为例, 维护2组蓄电池只需要配置1台HZ-BDM02维护控制终端, 4个集成维护模块和2个电流变送器。

HZ-BMM蓄电池组在线维护系统除了具有蓄电池在线检测功能外;还具有蓄电池在线维护功能, 解决了蓄电池组因单体电池之间的差异, 造成部分单体电池长期过充电和部分单体电池长期欠充电的现象, 达到延长蓄电池组使用寿命的目的;同时, 还具有对蓄电池性能进行判断、对蓄电池各类告警及时上报、对蓄电池放电数据进行统计分析等在线管理功能, 使得对蓄电池的维护管理更直观、更有效。

三、安装规范

3.1安装前的准备

为了确保施工时的人身和设备安全, 避免盲目施工, 施工前应先熟悉现场环境, 确定设备及工具的合理摆放位置;到施工现场, 按装箱单验清货物。施工前, 测量记录蓄电池组总电压及每节单体电池电压, 测量时, 要使用四位半 (或更高精度) 万用表进行测量, 并认真填写《现场测量记录表》, 存档。检查工具是否满足安全要求, 扳手、改锥要做好绝缘处理。

3.2设备安装

为了保证蓄电池组的供电安全和施工过程中的人身和设备安全, 施工过程必须将蓄电池与电源、负载脱离。为了最大限度的实现上述目标, 设备安全分为A、B两个阶段, A阶段无需将蓄电池组与电源脱离, B阶段则必须将蓄电池组与电源、负载脱离。

A阶段, 选择安全、方便的位置, 固定安装一条用于放置集中维护的35mm标准金属导轨。将集中维护模块固定安装在金属导轨上, 模块与主机、模块与模块之间的连接接口采用标准的DB9插座;施工人员就根据现场实际情况确定数据线的长度。然后将两边插头按序号一一对应焊接, 然后安装护壳即可。根据集中维护模块安装位置, 预测采集线的长度。由于维护模块对相应电池维护时需要进行充电, 建议采集线采用线径为1.5mm2的多股线。连接电池端需要安装5A线保险, 保险另一端焊接相应尺寸的铜鼻子。用压好的模块数据将所有的模块连接起来, 并将第一只模块与主机的1-3号模块接口任意连接。

B阶段, 在设备安装B阶段开始前, 必须将蓄电池组与电源、负载脱离。保证施工人员与设备安全。安装电池信号采集线, 安装前需要先编线号, 然后将集中维护模块的“电池接口”拔下来, 按模块标签图示接入信号线。然后将带有线保险的那端信号线按序号连接到相应蓄电池电极;核查线序无误后, 接入保险拧紧。端信号线按序号连接到相应蓄电池电极;核查线序无误后, 再接入保险拧紧。最后再将集中维护模块的‘电池接口’插头插到相应的‘电池接口’插座。如果有条件主机要安装到19寸标准机架上。

本工程采用TCP/IP模式, 按要求将主机通信接口与上位机的通信接口正确可靠连接。1000AH以下的系统均配置开口电流变送器, 注意电流变送器充电电流方向要与变送器顶部的电流标识方向一致, 尽量将母线从变送器正中心穿过, 然后固定好电流变送器。将集中维护模块与主机连接好以后, 再将主机的电源线按极性连接到供电电源上。确认连线无误后, 可打开主机电源开关时行测试。电池组维护模块由拨码开关设置地址, 实际的地址为拨码开关设置的地址加一。

四、工程实例

本次工程涉及六个模块点, 现以翠屏山机房为例。翠屏山现有两组蓄电池, 为24×2V-500AH的48V系统蓄电池组, 为2010年4月启用, 已用四年, 虽严格按照规范使用电池, 但电池性能参数明显下降, 最显著特点就是单体蓄电池电压不均衡, 最大值与最小值相关0.021V, 施工方案为HZ-BMM在线维护主机一台, BEM-02V-12-500AH维护模块2只, YDG-HTD-7-±100A霍尔电流变送器1只。安装本系统后各参数性能明显提高, 单体蓄电池电压不均衡, 最大值与最小值相关0.003V。预估计电池可延长寿命5年左右, 不但响应了国家节能减排的号召, 还降低了更换电池的费用成本与更换风险。

本工程采用联网安装。保证总电压和每节单体电池电压都可以正常检测, 如果显示通信故障, 请仔细检查数据线压接压接是否正确, 连接是否可靠, 然后再检查主机接地端子是否已经与机架或机房“大地”可靠连接。数据正常显示后, 可以关闭主机电源, 请相关负责人闭合蓄电池开关或熔丝。再重新打开主机电源开关, 再次确认数据检测, 显示正常。进行主机与上位机通信测试, 保证上位机可以正常接收主机监测数据, 并可以对相应参数进行设置。系统正常工作半小时后, 用万用表测量一遍蓄电池组总电压及单本电压, 同时记录主机显示相应的电压, 并仔细填写《设备开通测试记录》。

五、结束语

智能在线维护 篇4

为提高污水处理厂设备的正常运转效率，降低设备故障率和维修成本，促进生产正常的同时提高产量。

1；机械设备部分；上班人员要认真阅读每台设备的使用说明书，能熟练操作每台设备，了解设备的工作原理及机械摩擦润滑用油，能判断罗茨风机的温度，观察罗茨风机油表的油位高度，油位高了不利于散热，低了不能润滑，润滑油使用到一定时间要求更换，太脏的润滑油对设备散热润滑都不利，而且对设备的磨损也大，必须要定时更换。大功率的设备如风机水泵不宜过长时间的运行，需与备用的设备交换使用，并要保证气路水路的阀门开启畅通，减小设备的阻力负载。长时间不用的设备也要定期运行一两次，避免设备长时间不用机械生锈卡死，同时要注意机械设备的防腐工作。

2:电气部分;上班人员要具备一定的用电常识，首先要有用电安全意识，检修设备前要先断电（断开隔离刀闸时一定把配电柜门关上才能操作），同时要把机旁箱转换开关打到中间的停止位置，中控电脑上的起停刀闸也要点到停止位置，方能开始检修，检修完毕后要检查清点工具是否有遗留，是否有杂物遗留在设备上影响设备运转，人员是否离开设备一定距离方能试车，特别是检修进水提升泵在池底工作时，一定要有人监护，怕在池底氨气沼气超标缺氧等不测。如遇供电部门停电后来电，要检查三相电源是否有无缺相现象，可转换相电开关看看是否三相都有电压和是否三相都平衡，然后才能启动设备，同时要观察设备是否正转，如果是反转要马上停下设备，并马上通知供电部门处理。如遇夏天雷电交加的时刻，要停止生产设备并关掉PLC柜电源和拔掉计算机电源。当班人员除按照工艺要求正常操作设备外，还要经常去现场巡查设备（看看设备是否在正常运转，听听设备是否发出异响声）；配电柜内接线端头螺丝要2至3月检查一次螺丝是否有松动，因为接触经常动作和线缆发热容易造成螺栓松动，检查时一定要断掉主电源。配电柜每天要检查一到二次,注意 配电柜上的运行指示灯和所启用的设备是否一致，观察柜内的接线是否有接触不良或过电流造成的发热烧焦发黑冒烟等现象，如遇此情况应立即停止该回路的运行，同时上报部门领导酌情处理。大功率用电设备如风机水泵要断电必须用机旁手动或电脑先停止运行，严禁带负载拉空开，避免大电流拉弧损伤人和设备，如长时间不用的设备要把电源开关关掉。一般的电机的工作电流约是电机功率的两倍，可以查看电机铭牌上的额定电流，所有控制电机主回路的空开接触器热继电器的选型要略大约它的额定电流，接触器要注意线圈电压是220V或380V,热继电器的调整要从电机的额定电流开始调整，刚好跳到略大约实际工作电流为好，不能调得太大，这样就会失去保护的意义，大功率的电机启动要用星角形或变频启动，这样会延长设备的使用寿命，启动时能使电网电压得到平稳。如遇设备在远程和本地都不能启动时，要检查该回路的空开是否送电，然后在检查该回路的二次回路控制电源是否带点。

3；中控系统；所有厂区电器控制采取集散控制，现场机旁按钮是分散控制，中控系统是集中控制，中控计算机是整个电控系统操作控制和仪表监控的上位机，它是通过模数转换通讯控制PLC，PLC再去分别控制每台设备方式，严禁在中控电脑上安装游戏，用带有病毒的工具连接电脑，严禁更改或删除电脑上的系统文件，电脑操作台上水杯要远离电脑，防止打到水溢流进电脑里面产生短路。

4；流量计；电磁流量计要注意防雨防潮，电焊时要防止大电流通过。巴氏流量计表头里面的数据未经同意不能随意进取修改，除修改时间外，超声波探测空进水三天必须用清水冲洗一次，出水七天必须用清水冲洗一次。

5；PH计；PH测量范围是0—14，正常值一般是5—9，中性是7，如果偏离太大，可调整左上角STAND旋钮，使之在7左右。

6；COD设备;首先要保证有充足的保质有效的正确配比试剂，每次更换试剂必须做1至2次空白值，每样试剂的采样管必须插入瓶底，要经常观察做样时取样管是否有气泡或杂物沉淀物堵塞，要观察停止时的滴定电压，观察滴定时的滴定电压和试剂颜色的变化，COD里面的时间参数比较多而复杂，操作人员除取水样时间，检测次数，间隔时间能改动外，其余的时间参数未经允许一律不能改动，如遇滴定电压无论是在滴定或停止时都波动比较大时，清洗电极方能坚决问题，COD是精密仪器，要防潮防尘防静电，平时要注意设备卫生干净状况，太冷和太热天气要控制室温。

在线智能调度决策系统 篇5

关键词：智能调度,故障分析,辅助决策,操作校核

0 引言

国民经济和电网互联的发展,对电力系统运行的可靠性和经济性提出了更高的要求,使调度人员面临巨大挑战:一方面,电网规模不断扩大,结构越来越复杂,运行方式灵活多变,多重故障、连锁故障造成的后果日益严重,在这种复杂的环境下,确保系统安全运行变得越来越困难;另一方面,随着电力市场化改革的推进,以及对节能降耗、环境保护的重视,电网调度部门在承担传统的调度任务以外,还增加许多与电力交易、节能环保相关的工作,其在运行中承担的角色和任务变得更加复杂和繁重。

泰安电网智能调度系统集电网智能监视、故障分析、辅助决策、电网操作校核、电网分析、高性能计算和可视化展示功能于一体,主要目的在于帮助调度员监视电网运行状态,对当前运行的电网进行分析,对调度员的操作进行验证,对电网发生的故障进行分析和判断并提供一定的负荷转供策略,最终减轻调度员的工作压力,提高电网调度的安全性和经济性。

1 电网状态智能化分析及其结果的可视化展示

泰安在线智能调度决策系统提供诸多类数据的监视与统计,包括变压器力率、母线电压、线路负载率、线路有功、变压器负载率,以及电网N-1分析监视、电压稳定分析监视、电气量越限监视、短路容量扫描,并应用可视化展示平台提供监视数据直观展示和醒目的提示信息,帮助调度员及时有效地了解当前电网各项数据状态,以实现对电网调度的安全监控。

系统的三维可视化展示平台,采用Qt进行界面编程,使用Qt提供的OpenGL封装类进行OpenGL设计和开发。使用OpenGL技术使本系统的可视化功能可以运行在任何硬件和操作系统平台之上。

1.1 变压器负载率和力率监视

在三维可视化界面中增加变压器力率或负载率监视主题,用220kV电网潮流图为背景,以三维圆柱的方式展示。界面根据设定限值变化颜色,在接近限值或是越限时颜色变化,以醒目提示。

系统提供对变压器力率和负载率的底色渲染。图形底色会根据变压器力率或负载率越限区域而变化,使调度员对整体的变压器力率和负载率情况有更直观的认识。

1.2 母线电压监视

在可视化界面上增加母线电压监视主题,用220kV电网潮流图为背景,以双向标尺的形式展示。界面根据设定限值变化颜色。系统提供对母线电压的底色渲染。

1.3 线路负载率和线路有功监视

在可视化界面上增加线路监视主题,与线路有功监视共同构成线路监视主题,用220kV电网潮流图为背景,以圆饼的方式展示。界面根据设定限值变化颜色,提供对线路负载率的底色渲染。

在可视化界面上增加线路监视主题,与线路负载率监视共同构成线路监视主题,用220kV电网潮流图为背景,以流水线的方式展示。根据设定限值变化颜色,在接近限值或越限时流水线三角形箭头大小和颜色变化以醒目提示。流水线可以启动或停止动画,以控制流水线是否流动。流水线流动的方向标识潮流的方向。通过流水线和三角形箭头大小,调度员能够一目了然地获知潮流的流动方向和负载轻重。

1.4 越限事项监视

系统提供越限事项展示对话框,展示当前电网越限的遥测事项,包括线路负载率、变压器负载率、变压器力率、母线电压的越限信息。点击事项可以察看具体的越限信息,并包括当前值。

系统提供母线电压异常告警功能,针对母线电压分析三相电压,判断母线是否接地,给出可靠的母线接地信息提示,提出告警事项,并提供对历史告警信息的查询。凭借规则化的电网监视扫描系统,结合负荷水平、温度、季节等信息动态调整监视限值,确保电网的安全经济运行。

1.5 电网N-1分析监视

在线智能调度决策系统周期性地对电网进行安全分析计算,不仅可以计算设备故障对电压、潮流的影响,而且可以得到设备故障对重要用户的影响,另外考虑到同塔架设的两条线路同时发生故障的可能性大,可以对同塔双回线路进行N-2扫描,扫描周期可以人工设定。在可视化界面上增加N-1分析监视主题,用地理电网潮流图为背景,以三维圆柱的方式展示。N-1扫描结果分值越高,说明设备故障的后果越严重,三维圆柱的高度越高。

N-1的展示界面分概览场景和详细场景。概览场景描述了所扫描的设备,以圆柱表示,并且可以根据关注度的不同,在220kV概览场景、110kV概览场景和全概览场景之间进行切换。双击圆柱可进行该圆柱所表示设备的详细场景。详细场景描述该设备所引起的故障信息,以圆锥表示,圆锥的个数表示故障设备影响的设备或者厂站的个数。

1.6 电压稳定分析监视

定时对电网所有母线进行基于循环潮流法的电压稳定分析计算,扫描周期可以人工设定。在可视化界面上增加电压分析监视主题,用地理电网潮流图为背景,以地理区域划分,分别展示泰安市区、宁阳、东平、新泰、肥城5个区域变电站中具有最小负荷裕度的母线负荷裕度信息,以三维圆柱的方式展示母线的负荷裕度。

电压稳定分析主题的界面支持右键菜单,提供对电压稳定分析结果的详细数据查询。

1.7 系统短路容量扫描

以当前电网运行方式作为断面,周期进行电网的三相和单相短路电流扫描计算,计算母线设备故障的短路容量,与开关的遮断容量和最大方式短路容量进行比较,如果接近或者超过短路母线连接开关的遮断容量,进行报警。扫描结果可以在可视化平台上进行展示,把开关遮断容量、最大方式短路容量和当前方式短路容量的大小关系用不同颜色嵌套的圆柱表示出来。

1.8 无功分布展示

电力无功潮流分布是否合理,不仅关系到电力系统向电力用户提供电能质量的优劣,而且还影响到自身运行的安全性和经济性。若无功电源容量不足,系统运行电压将难以保证。电网容量增加,对电网无功要求也与日增加,网络的功率因数和电压的降低会使电器设备得不到充分利用,降低网络传输能力,并引起损耗增加。

针对潮流计算的结果进行系统无功分布的分析统计,得到各厂站的无功产生、消耗和厂站间无功传输的数据,分析当前电网的无功传输与无功补偿的状态,确定电网的无功分布。采用可视化的展示手段,通过三维可视化展示平台提供的三维圆柱与飘带功能,使调度员和运行人员全面直观地了解当前电网无功状态和分布的统计结果。

2 故障识别与分析

不断分析EMS产生的开关变位事项、保护动作事项以及实时的电网运行方式,根据EMS中保护配置信息和设备的对应关系以及相邻元件保护的配合关系,利用petri网故障诊断模型,实现故障设备的自动定位,并在三维可视化展示平台中提供故障信息展示窗口以展示当前故障对应的保护信息和量测信息,并作为事故分析辅助决策功能的输入。

系统可以根据故障定位的结果,分析引起故障的可能原因,根据故障前后电网设备带电状态的变化分析故障引起的失电范围。故障定位完成之后,与调度运行辅助决策模块进行通信,得到该事故下的事故处理方案,并且在故障信息展示窗口中进行事故处理方案的展示。

系统具备了故障识别与分析功能,能够使调度员迅速定位故障发生的原因,缩短事故处理的时间。

3 调度运行辅助决策

电网辅助决策功能是在电网出现一些特殊情况时进行辅助决策分析。电网的特殊状况包括监视量达到或超过预警限值和电网故障。辅助决策分析针对处理的情况提供合理的解决方案,支持人工输入预案和自动分析推出方案。当电网出现越限时,此模块能够使电网从紧急状态回复到正常状态,当电网发生故障时,能够提供快速的事故处理方案,缩短事故停电时间。

3.1 基于专家库的人工预案

人工方式将事先指定的预案输入专家库系统,在电网出现变压器过载、母线电压告警等越限报警事项时,自动匹配寻找合适预案,并根据当前电网方式进行校核,把满足条件的方案提示给调度员,如果方案有多种,则按照方案执行效果排序后提供给调度员。

3.2 针对过载预警的辅助决策

电网出现变压器过载及线路过载时,辅助决策系统接收系统预警的该类事项,根据电网的实时运行方式和数据,结合全网灵敏度扫描结果,最终给出以线路投退为基本操作手段的负荷转移或切负荷的方案,以消除越限和预警事项。

切负荷时提供重要用户、高危用户及拉路序列的判断,优先切除负荷等级低的负荷,并且提示哪些站需要拉掉多少负荷。

4 序列化操作和操作安全校核

智能调度系统将设备的程序化操作和智能操作有机的结合在一起,通过对操作对象的点选智能生成设备的操作序列,并根据对象间的防误操作顺序,程序化进行批次遥控操作。其间的每个步骤都严格按照五防要求进行校验,在程序化操作系统中各个步骤之间相互关联,上步操作没完成时下步操作不能进行。

在能量管理系统中增加专用的校核功能,在部件操作菜单中添加操作安全校核触发功能;提供针对开关和刀闸的合转分、分转合及多步校核功能;在实时环境下可以实现调度防误、潮流计算等基本功能。

4.1 五防校核

通过开关、刀闸等设备的拓扑连接关系,进行拓扑分析,提供针对基本五防的操作验证,给出校验结果,供调度员参考。实现的五防校核主要针对五防中的“防止误分、合断路器”、“防止带负荷分、合隔离开关”、“防止带电挂(合)接地线(接地开关)”、“防止带地线送电”等4种防误验证。

4.2 拓扑校核

通过开关、刀闸等设备的拓扑连接关系对调度员的操作进行拓扑校验,主要校验解环、合环、解列、并列、倒闸的操作顺序、失电提示等方面,对操作产生的风险提示给调度员进行参考。

4.3 潮流校核

在对操作进行五防和拓扑校核后,提供对操作后潮流断面的校核。主要针对操作后的潮流断面进行越限信息的判断和筛选,并对重要的、越限率较大的设备给出提示,供调度员参考。

4.4 N-1分析

针对基于Rocks的高性能计算集群环境,开发支持并行计算的N-1分析程序,对操作后的数据断面进行准实时的N-1分析校核,提供N-1分析的结果,得到操作后的系统运行危险点,供调度员参考。使用高性能计算平台能够使耗时分钟级的N-1扫描,能够在秒级的时间内完成,达到准实时N-1计算的效果。

4.5 多步校核

支持对多步操作的校核,即操作序列校核。在多步校核过程中提供每一步的五防、拓扑校验结果及潮流校验结果供调度员参考。在所有的操作执行完成后同时进行准实时的N-1分析计算,并提供N-1分析的结果,供调度员参考。

5 结语

智能分析与辅助决策是对现有的能量管理系统功能的扩展,该应用利用电网运行信息帮助调度相关人员进行分析和决策,使电网调度由目前的“人工分析型”上升为“自动智能型”。系统可有效提高调度运行人员驾驭电网的能力,保障系统安全,缩短事故处理时间,提高供电可靠性。

参考文献

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[7]李倩.电网可视化技术及其在N-1静态安全分析中的应用[J].电网技术,2009

智能在线维护 篇6

智能变电站引入了合并单元、智能终端、过程层交换机等过程层智能组件,二次设备种类及数量繁多;并且随着二次设备与一次设备集成与融合,其面临更加严苛的运行环境。另一方面,二次设备在电力系统安全稳定运行中的作用与日俱增,如何有效地管理监测二次设备智能组件状态,并及时作出智能诊断是电力系统安全运行维护必须面对的问题。与此形成尖锐矛盾的是,由于缺乏二次设备在线监测与智能诊断技术的有力支撑[1],目前在实际维检修工作中,仍然是以可靠性维修为核心开展工作,易造成“过度检修”和“检修不足”两大主要问题。

本文提出二次设备在线状态监测与故障智能诊断的功能逻辑框图、体系架构、工程实施中厂站端、调度主站端的功能定位和设备配置方案,并对典型二次设备的故障定位判定逻辑和方法进行了说明。系统可将筛选优化后的在线监测数据及故障专家诊断结果,以可视化的形式传送给调度主站端与变电站运检,为事故的智能诊断分析提供决策依据,有利于提高对调度主站的技术支撑水平,并为二次设备的运行维护决策提供依据,从而促进二次设备检修模式的变革。

1 二次设备在线监测及智能诊断的技术实现思路

系统通过网络采集智能变电站三层设备的运行、自检信息以及两层网络连接状态、实时流量及负荷、通信状态等信息[2],并对采集的数据筛选优化,实现二次系统的在线状态监测;根据全站SCD配置文件,并结合采集、筛选优化的应用数据,利用专家诊断系统实现事故及二次设备的故障智能诊断,为运行检修维护管理提供决策依据。其功能逻辑如图1所示。

1.1 应用数据采集

对智能变电站二次系统(含三层设备两层网络)的应用数据信息进行采集。采集的信息含开关遥信变位信息、SOE事件报文信、保护配置信息及保护动作信息、故障录波信息、二次设备的装置自检及运行状态信息、服务器的CPU负荷率、内存使用率、硬盘使用率、网络通信状态、网络实时流量、网络实时负荷、网络连接状态信息。

1.2 功能实现

系统功能主要包括二次设备在线状态监测和故障智能诊断。二次设备在线监测功能监视二次装置的自检、运行状态、告警、对时状态信息,实现对网络连接状态、实时流量及负荷、通信状态等信息的实时采集和统计,并对数据进行筛选优化;当继电保护动作、二次设备发生故障或异常时,智能诊断功能通过对采集到的相关站内状态数据进行整合,依据专家系统进行智能诊断分析,并将诊断结果进行可视化展示和上传。

2 智能变电站二次设备在线监测和智能诊断体系架构

智能变电站二次设备在线监测和智能诊断系统体系架构如图2所示。系统由二次设备在线状态监测和故障智能诊断装置、通信链路、调度技术支持系统二次设备在线监视模块组成。变电站端的二次设备状态监测和诊断装置由数据采集单元和数据管理单元两部分组成[3]。数据采集单元通过过程层网络获取过程层设备及网络数据;数据管理单元从站控层网络获取站控层、间隔层设备及网络数据,并利用专家系统对采集到的三层设备两层网络状态数据进行综合处理和分析[4],实现二次设备在线状态监测和故障智能诊断功能,并将诊断结果上传至调度主站。调度主站端的二次设备在线状态监测及故障智能诊断功能模块集成于实时监控与预警应用平台中[5]。

3 智能变电站二次设备在线监测和智能诊断的工程实施方案

3.1 厂站端实施方案

变电站端的二次设备状态监测和诊断装置由数据采集单元和数据管理单元两部分组成。装置在安全区划分上按安全I区防护。

3.1.1 数据采集单元

数据采集单元包含数据采集和过程层数据记录的功能。

相量计算及故障录波,实时解析SV、GOOSE、PTP报文,根据配置的通道映射关系,完成各模拟通道U、I、P、Q、功率因数、F、谐波等的计算以及开关量通道的状态采集,同时依据设定的故障录波启动判据,实时监测系统状态,满足条件后启动暂态数据记录,实现系统的故障录波功能,并将启动事件及故障测距结果上送至管理分析单元。

过程层网络报文统计及记录,具备完备的原始报文解析、统计功能,将SV、GOOSE、PTP报文按配置的控制块分类进行字节流量、包流量、SV离散度超差、SV序号跳变、SV失步、双AD异常、GOOSE实变、GOOSE虚变、链路中断、网络风暴等异常计数进行分类统计,并根据设定的异常条件形成异常事件,上传至分析管理单元。

交换机管理功能,与交换机进行MMS或者SNMP协议通信,获取交换机的实时信息,从而进一步分析过程层网络的状态。

3.1.2 数据管理单元

解析SCD文件,生成基于APPID的报文交互逻辑,下装至交换机;从交换机获得报文交互路由表,生成虚拟二次回路图和网络拓扑图。

1)二次设备及二次回路状态监测功能。接收数据采集单元采集、筛选优化的各种数据信息;收集并分类管理装置上送的二次回路实时监测信息,并显示实时状态信息;实时监视在系统中配置的SV控制块、GOOSE控制块、PTP报文、其它网络报文等的总流量、报文速率、断链、异常等统计信息,当满足设定条件的异常情况出现时,给出相应的告警条目。同时还对各单元的运行工况、对时状态、存储状态等进行实时监测显示;网络通信状态分析通过直接采集过程层网络报文,并在线分析报文数据;实时监视及分析网络通信状态。2)二次设备SCD模型文件管理。获得二次设备SCD模型文件,包含二次系统配置信息、过程层虚回路与软压板逻辑关系、网络拓扑、二次回路虚端子连接等;辨识模型变更,全站SCD文件变更后,保证更新后继电保护SCD模型文件的正确性并进行人工确认。3)二次系统可视化。以可视化的方式直观展示二次设备检修及虚回路的连接状态;图形化显示的回路包含交流回路、跳闸回路、合闸回路、失灵启动回路、联闭锁回路、相应软压板状态及回路功能描述等;根据全站SCD模型自动生成新增设备在线监测信息展示画面。4)二次系统智能诊断。二次系统智能诊断包括监测预警、故障定位功能。监测预警功能通过监视二次装置及网络的运行工况、异常告警及自检信息,实现对装置硬件、网络及二次虚回路的健康状态评估、故障预警;当继电保护动作、二次设备发生故障或异常时,依据专家诊断系统进行智能诊断分析,实现二次装置硬件及二次回路的故障定位[6,7,8]。

3.1.3 工程实施的设备配置及组屏方案

1)系统设备配置及组屏。数据采集单元按过程层网络及所需接入二次设备数量配置。数据管理单元220 k V及110 k V电压等级单套配置,其中110 k V电压等级数据管理单元与数据采集单元集成配置,500 k V双重化配置。数据管理单元同时接入配置的全部数据采集单元,具备对于数据采集单元的配置、管理功能。按照变电站电压等级及工程规模,二次设备在线监测一般设置为1~2面屏柜,每面屏包含1~2个采集单元+1个管理单元+键盘+显示器+鼠标。

2)应用智能交换机。基于智能变电站数据报文的可识别性、报文交互逻辑的规范性和确定性,智能交换机实现了智能站报文基于应用功能的确定性交换,在网络上实现了报文的点对点传输,解决了IED设备的网络配置管理以及虚拟二次回路状态的在线监测问题;并能接受管理单元下装的基于APPID的数据交互路由表,自动识别IED设备,设备迁移时(如改变接入或接口)能自动识别及切换链路,无需人工配置,报文的交换关系是确定的,报文按照路由表进行点对点定向传输;对传输的质量和状态进行监测,异常情况会向管理单元传送告警信息。

3.2 主站端实施方案

厂站端状态监测信息直接发送给站内I区数据通信网关机,利用现有通道将状态监测信息上送到主站端D5000。目前,国调新一代的调度技术支持系统D5000已开发完成。主站端的二次设备在线状态监测及故障智能诊断功能集成于实时监控与预警应用平台中,但目前该应用仅实现对接收到的厂站端状态监测信息,按照继电保护信息专业分类、数据类型分类、告警等级的不同,进行分别数据处理及展示,远景功能尚需扩展、完善。

4 智能变电站二次设备在线监测与智能诊断的故障定位

4.1 故障装置的定位方案

故障装置的定位实现方案为:人工绘制出全站的设备SVG图,并将SCD中的设备关联到SVG图中;依据报文的APPID、目标MAC地址在全站SCD文件中找出相应的MU或保护控制装置,并同时查询出SVG图中相应的装置显示图,依据故障性质显示相应的状态。按照告警级别的不同以声光电的形式提示用户,并且通过后台通信向主子站及后台监控发出告警。

4.2 智能二次设备二次回路中装置故障的判定逻辑

智能二次设备二次回路中装置故障的判定逻辑旨在就具体某个装置的某种故障,从二次回路的链路、协议、模型等多角度多方位的分析检查问题,并就相应问题开出对应的告警及录制相应的故障报文。

1)判定逻辑图

智能二次设备装置故障的判定逻辑如图3所示。

2)MU(SV)类设备故障定位

限于篇幅,此处仅以MU断开故障为例予以原理性说明,同理可对MU失步、MU双A/D采样数据不一致、双套MU采样电流电压不一致等故障进行定位。

MU断开故障告警旨在提示在变电站的网络上或点对点的通信上无法接收到MU发出的报文,此时MU可能是断电、关闭、MU故障或通信线路断开等。对于组网方式的MU,当录波器在设定的时间内未接收到MU的报文,即认为MU断开并开出告警,从最后一帧报文起倒录设定时长报文。同时结合PING方式查寻MU是否回复并结合检查采样值控制块中的Sv Ena,用以确认是MU掉线(包括MU关机、网线断开、死机)或停止发送,如非正常停止发送,即认为MU断开,并开出告警,从最后一帧报文起倒录设定时长Mu Rec Time报文。

3)保护控制装置(即GOOSE)类设备故障定位

限于篇幅,此处仅以保护控制装置断开故障为例予以原理性说明,同理可对保护控制装置失步、保护控制装置超时、保护控制装置丢报等故障进行定位。

保护控制装置断开故障告警旨在提示在变电站的网络上或点对点的通信上无法接收到保护控制装置发出的报文,此时保护控制装置可能是断电、关闭、故障或通信线路断开等。记录、对比最后一帧报文的Time Allowed To Live与当前时间的时间差,若超出设定值则判定保护控制装置断开,从最后一帧报文起倒录设定时长Mu Rec Time报文。

5 结语

本文为二次设备在线监测和智能诊断系统技术实施、推广提出了可供借鉴的思路和方法。作为智能变电站中的新型二次设备,二次设备在线监测和智能诊断系统目前总体尚处于探索研究阶段,装置和回路的相关设计原则和入网检测、采集以及上送调控主站的信息表、与目前站内功能存在重叠的保护信息子站、网络记录分析仪等系统的关系及功能定位尚需结合调控一体化集中监控的需求进行进一步的细化和规范。调度主站端的相关功能模块也需要结合远景的需求不断研发、完善。

摘要：介绍了二次设备在线监测及智能诊断的技术实现思路、体系架构,提出并分析了工程实施中设备配置及具体功能实现方案,通过二次回路的链路、协议、模型等多角度多方位的分析得出故障定位判定逻辑。研究结果对二次设备在线监测与智能诊断的实施具有借鉴和指导意义。

关键词：智能变电站,二次设备,在线监测,智能诊断,状态检修

参考文献

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智能变电站在线监测系统设计 篇7

变电站对一次电气设备的监测大多都采用有线网络,其存在的弊端有布线难、成本高、维护困难等[5]。因此,而低成本、低功耗的Zig Bee无线自组网技术将成为解决这些问题的可行方案。Zig Bee技术采用2.4GHz的无线收发器,利用直接序列扩频技术,通过正交相移键控调制方法来实现。这样不仅隐蔽性好,抗干扰性强,而且工作频段灵活,可以调高通信速率。同时,采用碰撞避免机制,避免了发送数据时的竞争和冲突,网络具有自组织性和自愈能力[6]。采用AES-128 加密法,确保数据不会被“盗听”或“误判”,增强通信可靠性[7]。由此,Zig Bee通信技术符合变电站自动化对通信技术的要求,具有可行性。

本文设计采用了Zig Bee无线网络通信技术,通过Zig Bee网络协调器和监测终端,以GPRS作为远程技术,来解决变电站监测系统存在的有线设计的弊端。

1 智能变电站在线监测系统的目的及组成结构

1.1 智能变电站在线监测系统的目的

变电站一次设备数量很多,结构复杂,采用有线的数据传输方式,其布线繁琐,成本高昂,也容易遭受雷击及老化。设备的可靠性受到了影响,并且监测设备的位置不能随意移动,灵活性差[8]。无线传感网络给有线传输的不足提供了很好的解决方案,利用它的高灵活性,将无线传感网络的各个节点合理地布置在监测区域,便可对一次设备的运行状态进行监测,不必考虑布线的问题,从而可以降低投入成本和工作复杂度。

1.2 系统组成结构

电力物联网,其目的是将各个变电站的现场数据实现联网监测,通过各个变电站配置的监控子系统,将现场数据,诸如运行参数、环境参数、设备参数等,通过网络传输到监控中心,以实现统一的监控和管理。电力物联网从结构上可以分为管理层、网络层和现场层,如图1所示。其中,管理层是将物联网技术引入至智能电网中,以完成电力网络的智能化运行。管理层包括监控中心。网络层的作用是完成信息数据在管理层与现场层之间的相互传递。现场层由各个功能的监控子系统组成。现场监控层分为四个子检测系统,包括高压柜子监测系统,变压器子监测系统,低压柜子监测系统以及避雷子监测系统。

在需要检测的电气设备上安装各种传感器,包括压力传感器,温度传感器,湿度传感器,行程传感器等。将Zigbee终端节点与各精密传感器或者智能仪表相结合,构成检测层网络,负责变电站运行时参数的采集。在每个子监测系统中分配一个路由器,路由器将每个终端节点采集到的数据汇集,并一起发送到协调器节点。协调器节点对所发送到的数据进行存储并处理,最后通过GPRS网络发送至监控中心。

2 系统硬件设计

2.1 协调器节点硬件设计

协调器节点要负责接收终端节点的数据,并对数据进行处理和储存,同时还要负责无线局域网的建立以及与GPRS协议之间的转换。因此,LM3S9B96作为无线芯片CC2520的微控制器单元构成协调器节点,节点的硬件设计还包括电源供电模块、JTAG和GPRS无线通讯模块电路。协调器节点硬件模块框图如图2所示。通过节点配置,实现了Zig Bee协议下的终端数据采集和无线组网通信功能,以及超低功耗,能够满足系统设计需要。

电源供电模块:因为协调器节点所需用电量大并一直处于供电状态,所以节点的供电模块采用交流互感器自给供电。在母线上安装电流互感器,经过整流、滤波、稳压等处理后,提供各节点所需要的电源。模块自给供电,解决了“电池供电”需要定期更换电池的问题。

2.2 终端节点硬件设计

终端节点是精简功能设备,主要由传感器模块、JTAG、Zig-Bee无线通信模块CC253以及电源模块组成。终端节点硬件框图如图3 所示。终端节点主要是实现数据采集,远程遥控,监控报警等功能。无线通信模块是传感器的通信接口,负责与传感器交换信息和收发数据,将数据打包传送至网络中协调器节点。电源模块通常采用微型电池。

路由器节点的任务是完成数据的采集和融合,主要由处理器CC2530模块、时钟模块、天线模块、电源模块等部分组成。

3 软件设计

3.1 Zig Bee组网

Zig Bee无线局域网包括信标和非信标两种工作模式。本设计采用非信标的模式,允许终端设备进行周期性休眠,而协调器和路由器设备则处于长期工作状态。终端设备大多数时间都处于休眠模式,周期性醒来与路由器一并把数据传送给协调器,最大限度地节约终端节点的功耗。

Zig Bee网络的组建主要包括两个基本步骤:先是协调器初始化,然后是路由器节点或者终端节点加入网络。利用LM3S9B96 网关微处理器和CC2520 协调器进行Zig Bee组网的流程如下图4所示。

在组网实现的过程中,Zig Bee协调器、路由器和终端子设备之间采用相同的Zig Bee2007/PRO协议栈,一致的PAN ID号,以及相同的信道。

3.2 Zig Bee数据收发

基于已经搭建的Zig Bee网络的变电站在线监测系统网络结构,进行Zig Bee组网和设备加入网络以后,作为实质的网络通信平台就可以用来进行变电站现场监测数据的收发。

1)数据发送

只有加入了网络的设备(即对应多个监控子系统的所在Zig Bee子节点)才可以发送数据。先在应用层打包好一帧数据,调用网络层的原语,然后按照网络层协议配置配置帧头,进行发送和传输。如果考虑安全机制,还应做加密处理。

2)数据接收和再发送

在非信标的网络中,设备只要不发送数据,就处于接收的状态,若在接收使能的情况下,收到一帧数据,将把该帧数据帧头的传输半径减一。如果帧头的传输半径为零,将不会再传输到下一个设备,该帧数据将被送到应用层,或在网络层做具体的处理。

对于一个数据帧,如果目的地址是该接收设备或者是广播数据帧,将会发送到应用层,并且还会继续传播到其他设备。如果正在接收的设备是协调器或者路由器,但接收到的数据目的地址不是该设备,将中断该帧数据到其他设备,若有其他情况,将舍弃该帧数据。如果接收到的数据是路由器,且目的地址是该设备,将按照路由器的方式处理,否则,将舍弃该帧数据,并且将发送错误帧。

4)监测系统的测试

为验证系统的可行性,在南山变电站进行现场测试。本系统在监测终端安装分析系统,以图形和报表的形式对监测到的数据进行显示分析。图5 为截取的对变压器油中溶解气体的实时监测,可以看出此刻绝缘油中各溶解气体的含量。

通过实际运行测试,本传感器网络系统可以实时准确采集到变电站内气体含量,温度等运行参数,并且采集数据与实际运行数据误差小,Zig Bee无线局域网的传输速率可达250kb/s,满足变电站数据传输以及控制的实时性和可靠性需求。表明变电站运行的参数可以被该系统及时监测到,作出及时处理。

5 结束语

智能在线维护 篇8

中文古籍智能标点系统主要是利用程序语言条件判定,并依据数据库系统,对无标点句读的段落文字进行标点的软件程序,这种软件程序一般使用高级程序语言设计开发,主要为标点文献提供依据与参考。就目前而言,这种系统还处在探索和开发阶段,没有成熟系统问世。智能标点系统从功能上来讲,并不是代替人的标点,只是为标点提供辅助与参照。一是计算机原理人工智能目前还不能代替人脑思维;二是这种系统的开发尚处在探索与实验阶段,需要不断调整与完善。

目前,智能标点系统开发方面,考虑到网络、版权、调试、存储等方面的因素,测试系统主要是采用WEB网页脚本语言设计调试。只需要采用ASP.NET,PHP,JSP等脚本语言或者便于移植的JAVA代码开发,数据库采用Oracle RDBMS或MYSQL、MSSQL等连接支持。程序采用C/S模式,用户可以借助任何终端设备浏览,提交查询后立即返回结果,直观方便,开发者也易于在服务器上修改维护,可以做到实时更新。

二、开发目的

1.调整文字结构,方便阅读。标点系统,首先要做的工作,主要是调整原始文献的段落关系。没有标点的文献,一般都是没有分段的材料,按照现代的阅读习惯,读起来会费时费力。文献标点系统可以实现自然段落的整理,从整体上让文字易于梳理,略读、浏览即可知其大概。一篇标点过的文章与一篇未标点的文字在阅读速度和理解文意方面差异是非常大的,甚至不同的标点句读会产生不同的句意,只有领会文意,才能完美实现标点,反过来,标点后的文字读起来就方便许多。

2.断句的依据。标点系统,最主要的工作,就是实现程序断句,减轻人工阅读的思考。这种断句,就是一种思考停顿,让程序来判定是否需要停顿,古文献句式中,有很多断句特征词汇,如“曰”、“云”等一般是话语文字的前置词,“也”、“者”作用表停顿,“矣”、“耳”、“哉”、“盖”、“夫”等一般是一句话的结尾特征词,“耶”、“乎”经常作为疑问句结尾词,相反“,于”“、而”“、则”“、以”等是连接词一般不能断开。这些具有显著特征的字词,是人工断句的重要特征词,也完全可以作为程序断句的标志词,对于某些特殊情况,在由程序设定特定函数过滤界定,或者由人工判断。程序标点,至少可以为人工点校中的断句提供强大的支持,人工可能花几天的时间,计算机几秒钟就可以完成,从而大大节约了人力资源。

3.校对依据。古文献数量虽然庞杂,但是数量总是有限的,不会再生,因而越来越多的文献会被标点甚至公开出版。对于已经标点的文字,由于种种原因,总是存在错误。以中华书局标点的二十四史为例,其点校人员都是上世纪古文献方面的泰斗,但现在仍发现了不少错误,可见文献整理无法做到尽善尽美,文字标点系统倒是可以修正许多的人工低级错误。

4.便于统计。对于一段没有标点的原始文献材料,我们是无法去指导它是诗,词,赋,或是其他什么文体。标点系统可以通过统计字数,分析句式,统计平仄,这些工作对于人工分析文献是有辅助作用的。

5.为现代文献标点提供参考。现代汉语词汇丰富,表达形式多样,无论是纸质版还是电子版文献,基本在文档保存时都已经有了清晰的标点。现代文字编辑工作中,仍然存在标点错误、词汇搭配不当、别字错字屡见不鲜的现象,因此,对于现代文字编辑工作是有借鉴意义的。

三、原理概述

古文献标点系统,最关键的技术是建立适合判定的标点规则,在现有理论中,黄建年采用词汇和模式断句农业古籍[1]31,张开旭等人采用条件随机场模式进行古文标点[2]163,可以通过以下规则和流程来实现文字标点。

1.规则。

(1)全文对照。全文对照就是通过存储完整的已经标点过的文献,然后去除标点与客户端输入材料进行全文对比。若数据库中存在该段文字,则输出已经标点数据库文献。规则优点:由于数据库文献本来就是精校标点过的文献,因而标点准确,不存在错误。规则缺点:数据库必须足够大,且需要足够的已标点文献。一般已校对文献有限,且只要输入文件中有与数据库文献存在不同的文字,就无法得到结果,能标点文献较少。

(2)句子对照。句子对照就是数据库只存储一句只有一两个较少的带标点句子来提供查询的标点规则。若数据库中存在与客户端输入材料相同的句子,则输出数据库中已标点文字,没有存储则不输出或经过其他规则处理。优点:对于重复的句子可以只存储一次,避免重复存储。可以针对句子标点,但不能完成所有文字标点。缺点:需要反复查询数据库,查询量大,不利于程序编写,且效率较低。

(3)关键字词标点。关键词标点主要是通过判定是否存在某些具有明显标点特征的词汇来标点客户端输入材料。首先用数据库存储带有标点特征的词汇,然后对输入文字进行逐字逐词判断,然后按这些标点特征文字输出结果。比如“曰”替换成“曰:”“,史记”替换成“《史记》”“,矣”替换成“矣。”相反,对于人名、地名、成语等固定用语也全部存储,遇到这些词汇则一律不予分割。优点:数据库存储量小,能标点大部分文字材料,对于固定词汇标点准确。缺点:错误率高,很多材料不能标点。

(4)句式标点。句式标点就是按照文言文中的固定句式进行标点,或者根据文字字数平仄来按照既定规则标点。例如“……者……也”可以直接标点为“……者,……也。”又如,一段文字中,出现词性规律性变化,如“名名动动形名助名名动动形名助”,完全可以从中间断开“名名动动形名助,名名动动形名助”,这样的情况,也可以纳入句式标点范畴。优点:数据库较小,词性数据库,句式数据库存储量都很小,易于提升智能标点效率。缺点:程序设计复杂,查询效率低。

(5)词性标点。词性标点属于较为高级的一种判断规则,主要是根据单词词性判断是否需要标点。古代汉语中关于汉字的词性较为单一,一个句子中常常是“名词 + 动词 + 形容词 + 名词 + 感叹词”的句式,如果出现两个动词,则较可能是两个句子。如“帝顓頊生子曰窮蟬顓頊崩而玄囂之孫高辛立是為帝嚳”,其中有动词“生”、“曰”“、崩”“、立”“、是为”,因此至少可以分为五句,标点为“:帝顓頊生子,曰窮蟬,顓頊崩,而玄囂之孫高辛立,是為帝嚳。”按照词性标点,首先要建立汉字与词性映射表,然后按照映射表查找标点即可。有此字词在句子中,只要前面或后面有可以断句的词汇,都可以建立相应规则,如“[正]月”对应标点应为“[正]月,”,“因[二言]”对应标点应为“,因[二言]”“,[震惊]如此”对应标点应为“[震惊]如此?”等等。

2.工作流程。主要工作流程分为两大步:(1)按照规则使用的优先级,排列顺序由地到高依次为:全文对照 > 句子对照 > 关键词标点 > 句式标点 > 词性标点,优先级越高查询越简单返回速度越快正确率越高,反之越慢错误率越高。对于规则冲突,可以返回多个结果,供用户选择,如动词很少断开,重复出现两次的词汇一般需要分割,出现这样的情况时,直接给予提示。(2)依托现有的中文信息识别处理技术,对于常用词组、高频词组,建立模型和字典,对错误标点或断句的地方进行修正,进行合成。

3.数据库。正确率高的智能标点系统,必须要有完备的数据库支持,按照标点思路,至少要建立两种不同存储内容类型的数据库。

(1)标点文字数据库。标点文字数据库主要是存储海量的已标点数据,用户录入原始数据,由标点数据库进行查找,直到找到数据库中存在的标点文字,最后将数据库内容返回给用户。前提是必须人工录入或者自动采集大量的标点古文,查询方法类似于把未标点的文字放到百度引擎中进行搜索,最后显示相关带有标点网页。标点文字数据库实际上就是国内现存的带有文字库的全文古籍检索系统,这些系统的拥有者在国内不多,屈指可数。

(2)规则数据库。规则数据库主要是存储一些判断规则,程序根据这些规则对输入文字做相应地处理。第一,固定标点词数据库。主要存储一些必须要标点的单字、词组、句子等文字,也就是说遇到这些字肯定会出现标点。第二,固定非标点词数据库。某些词汇不能标点分割,则必须取消标点,提高正确性,太多的标点符号与没有标点效果一样,都会影响阅读,人名、地名、年号、书名、成语、诗词等都无需标点,必须建立非标点词数据库。第三,词性数据库。由于汉字词性与平仄对于标点有重要作用,所以对所有汉字必须建立词性与平仄映射表,以供查询。第四,句式数据库。存储特定句式,比如宋词相同词牌字数是一样的,只需要存储汉字指针与对应标点,或对某些汉字关键句式进行判定,固定句式有固定的标点符号。

4.程序优化思路。(1)人工分段。对于较长的古籍文字,则最好人工简单分段后再由系统进行标点,避免函数分段错误率太高。在智能标点系统输入文字时,尽量输入已经分段的标点文字,分段文字程序分批处理,提高准确率。(2)智能学习。五言律诗,七言绝句,宋词等讲究格律的诗词可以直接按照规则自动标点,在标点时自动询问用户或让用户提前选择是诗词还是普通古文,可以大大提高正确率。学会自动分词,自动合词,对于多词性的汉字则存储规则自动判定。(3)分词技术。在函数返回结果前,应该对返回的结果给予检查,对于固定名词应该剔除添加的标点。现代全文检索数据库文献时采用的自动分词、模式识别、句法分析等中文信息处理技术都已经广泛应用,在线智能标点系统可以进行函数借鉴、词库共享,可以大大提高标点效率。(4)尽量少标点。有些时候,为了降低出错率,可以为用户提供初级的断句选择,按照词性数据库分割文字,只标点固定词组即可。太多的标点反而会影响标点效果,导致标点效果不够理想,较少的标点反而便于阅读。

总之,我们必须要认识到,古文献标点本身就是一项谨慎严肃的文史整理工作,需要具备丰富的文献整理和文字相关知识,方能读懂原文的意思,读不懂,就很难完全准确标点,否则只能如鲁迅所言“今人标点古书而古书亡”。人工智能和程序设计到目前为止,还无法完全取代人的思维,程序标点也只是起到辅助点校的作用。

摘要：中文古籍在线智能标点系统主要是利用数据库和程序规则实现古文标点,系统界面采用可视化WEB浏览实现。古文献数量庞大,人工标点费时费力,利用网站平台搭建在线智能标点具有可操作性。

智能变电站在线监测系统设计 篇9

智能电网是当今世界能源产业发展变革的最新动向,代表着电网未来发展的方向,而智能变电站是智能电网的重要组成部分[l]。变电站设备状态监测及状态检修是智能变电站的一个重要组成部分,传统的监测方法是采用预防性试验、定期停电检查的“计划检修”,这样不仅会影响生产,而且存在试验周期较长、费用相对较高、无法发现突发性的设备故障、无法实时监控设备故障发展趋势等缺点,而“在线监测”系统可解决上述问题。从“计划检修”过渡到“在线检修”有巨大的经济效益和社会效益,也是当前国内外都十分重视并努力推广的检修方式。

现在,智能变电站建设的第二批试点工程已全部结束,即将进入智能变电站全面推广应用的关健阶段。变电站一次设备的在线监测技术是建设智能变电站的关键部分,更是建设智能变电站的核心组成内容。同时,变电站一次设备状态在线监测系统的建设能提高电气设备运行及生产管理水平,加强电气设备状态监测检修等辅助决策应用。实现变电站一次设备的在线监测对于提高设备运行可靠性和电网运行的安全性,实现社会、经济效益增长等意义重大[2]。

1 智能变电站对变电站在线监测系统的要求

国家电网公司目前已发布的智能变电站相关设计规范,要求监测系统采用IEC 61850标准,并纳入智能变电站统一的信息化一体化平台。各种变电站设备状态监测智能组件统一采用IEC 61850标准进行建模,实现变电站设备状态监测数据的传送、汇总和分析诊断功能。

智能化变电站还要求在线监测系统能够统一考虑预防性检修及试验、电气设备家族性缺陷信息、各种运行工况等相关设备的状态情况,并对电气设备进行全面的状态分析和评估,实现功能一体化、信息互动化和状态可视化的要求,使在线监测系统对变电站设备各种状态采取相应的应对措施,最终实现智能化变电站的目标[3]。

2 智能变电站在线监测内容

依据智能变电站的相关要求以及状态监测的需要,对杭州云会220 k V智能变电站试点工程在线监测系统进行探讨。该试点工程是国家电网公司第二批智能变电站试点项目,220/110 k V均采用户外气体绝缘组合电器GIS(Gas Insulated Substation)设备,35 k V采用户内金属铠装开关柜。该工程将对主变、气体绝缘组合电器GIS设备、避雷器、开关柜等一次设备实施在线监测。变电站设备监测内容如表1所示。

2.1 变压器设备在线监测

目前主变压器在线监测项目主要有:油色谱及油中微水在线监测、套管绝缘在线(容性介损)监测、铁芯接地电流在线监测等。变压器在线监测智能组件是变压器的智能化装置,主要由嵌入式处理器、油中气体微水监测智能电子装置(Intelligent Electronic Device,IED)、变压器套管绝缘(兼容铁芯接地)IED以及传感器组成,并可根据需要扩展其他监测IED。各IED均采用无风扇冷却方式以提高可靠性,采用上架式19英寸标准机箱安装在组件柜内。系统组成如图1所示。

变压器油色谱及微水监测IED根据所测的内部各组气体组分浓度和总烃的含量以及各自的增长率来分析诊断变压器的运行状态,通过对变压器内的各组分浓度及浓度的增长率是否达到预设定的注意值,来评估变压器运行状况(绝缘老化与否),通过过程层网络向系统服务器报告一次自评估结果。

变压器工况信息监测IED监测环境温湿度、铁心接地电流等信息。监测IED采用高灵敏度电流传感器,将变压器铁芯对地的电流信号采集至IED,通过对采集后电流信号的运算和处理,剔除无关的干扰信号,得到接近实际铁芯接地泄漏电流值;结合采集的环境温湿度信息,通过阈值判断、预测判断变压器铁芯绝缘的健康状况。

套管介损监测装置主要监测套管设备的电容量和介质损耗,预测判断变压器套管的绝缘状况。监测IED利用高灵敏度电流传感器,不失真地采集套管末屏对地的电流信号,同时从相应的电压互感器(PT)取得电压信号,通过对数字信号的运算和处理,得出介质损耗和电容量等信息。变压器的套管绝缘监测IED由电压采集单元、容性设备监测单元、环境监测单元、数据处理服务器、应用软件及通信电缆等组成,通过在线监测高压套管的容性损耗、末屏电流、等值电容量,并与同一类的电气设备横向比较、纵向比较来监测套管的绝缘状态。已经投运与应用的套管介损在线监测案例较多,文献[4]介绍了变压器套管介损在线监测的装置结构及应用。

2.2 气体绝缘组合电器GIS及避雷器在线监测

已经实际应用的气体绝缘组合电器GIS在线监测案例较多,文献[5]介绍了IEC 61850标准在GIS在线监测的应用探讨。

220 k V变电站系统根据布置情况考虑在220 k V配电装置和110 k V配电装置场地各设置一套GIS在线监测组件柜。

220 k V组件柜内含有:220 k V GIS气室SF6气体密度微水监测IED、220 k V GIS的主变间隔的局部放电监测IED、220 k V避雷器监测IED。220 k V GIS及避雷器在线监测组件组成如图2所示。

目前,GIS局放的在线监测主流方法采用超高频法[6]。本工程的局部放电检测原理同样采用超高频法,对GIS设备断路器气室的监测点进行局部放电信号采样,50个工频周期为一个采样长度,60 s为最短监测周期,监测周期可调,可通过现场和远程按需设定监测周期(局部放电为持续检测,设置的监测周期为上报信息周期)。GIS器局放监测IED最多有4个同步的高速采样通道,每个间隔配置3个超高频传感器和1个背景噪声传感器。

GIS微水在线监测装置的传感器有湿度、温度和压力传感器,湿度传感器是采集的核心部分,目前大多采用低湿环境测量的电容型湿度传感器[7]。GIS设备SF6气体泄漏故障的诊断采用阈值比较法和相对泄漏率比较法。阈值比较法是监测SF6气体压力是否小于设定值,小于则认为存在SF6气体泄漏;相对泄漏率检测法是比较临近2只传感器的压力差的相对变化率,当该变化率大于设定值时,则可能存在SF6气体泄漏。

GIS微水密度监测IED能够长期在线监测GIS的SF6气体密度和微水及其变化趋势,传感器中的高精度温度及压力传感器经过模/数转换后变成数字量,再经过嵌入式处理器进行相关的运算和处理,处理后的数据通过RS485总线上传至SF6密度微水监测装置。

避雷器在线监测装置采用相位法来测量氧化锌避雷器的泄漏电流和阻性电流来实现在线监测避雷器运行状态。避雷器绝缘监测IED通过CAN总线从现场的电流采集单元采集泄漏电流传感器中的泄漏电流,结合PT电压单元采集的电压相位信号计算阻性电流、高次谐波等数据,并通过横向纵向比较、诊断、预警,从而实现避雷器绝缘状态的在线监测,经过处理后的数据和设备状态根据IEC 61850规约进行数据封装,通过光纤以太网上传到站控层。

110 k V组件柜内含有:110 k V GIS气室SF6气体密度微水监测IED、110 k V避雷器监测IED、35 k V避雷器监测IED。110 k V GIS及避雷器在线监测组件组成如图3所示。

2.3 35 k V开关柜温升监测

开关柜事故有很多是由于导电体,特别是导电连接处和触头部位接触不良引起过热引起的。因此在中低压开关柜中配置温升在线监测装置,对温升进行在线监测,对异常温升进行预警和报警,可有效防止过热故障[8]。

本工程温升监测考虑每台开关柜6个监测点,分别安装于每相动静触头上。无线测温部分采用自动切换的双电源供电系统,即当母排电流在50~5 000 A(可根据客户情况调整)范围内时可直接由高压母排获取电能来进行温升监测;而当母排电流低于(超出)要求范围时,可自动开启电池供电,两者自动切换,平稳对接,非常方便。通信方式采用更可靠的有线加无线方式交换数据,即无线测温模块直接将数据无线发射至二次侧接收器,接收器对数据进行处理后再以有线方式传递至同在二次侧的显示终端IED,IED通过交换机上传至服务器。

3 智能变电站在线监测系统的设计

3.1 变电站在线监测系统的组成

智能变电站在线监测系统由现场传感器、采集单元、传输网络以及综合诊断分析系统组成[9]。

在线监测系统主要由站控层服务器和设备层系列的智能组件柜组成。站控层服务器包括信息一体化平台、PI数据前向处理装置、系统服务器;设备层包括智能组件柜。在变电站现场各系统的监测IED、电源、通信模块按电压等级区域组合放至智能组件柜内,然后汇总至站控层的在线监测系统屏,进行状态分析。全站在线监测系统结构如图4所示。

3.2 变电站在线监测系统的整合

全站在线监测系统体系按照IEC 61850标准组建。站控层的一体化信息平台工作站由各种在线监测系统数据计算和处理IED和专家数据库故障诊断分析系统组成,该专家数据库系统将收到的各子IED报文信息进行解析后完成设备监测数据的计算、分析诊断、报表生成和存储等数据处理工作,并对有关家族性数据进行横向、纵向分析,给出设备运行、停役或检修的指导性意见。电气设备状态监测与智能辅助控制及一体化信息平台系统在后台进行整合,该方案是智能变电站在线监测技术发展的方向。

4 结语

通过在一次设备上安装的传感器对其进行数据采集,并将信号传输至在线监测分析单元进行分析,可对一次设备的状态进行监测和评估。基于IEC 61850标准模型构建的220 k V智能变电站在线监测系统方案不仅在保证一次设备安全稳定运行上发挥了重要的作用,而且节省了运行检修人员的劳动强度,为“状态检修”提供更为准确的判据,也为今后智能变电站一次设备在线监测系统的建设提供了参考。

摘要：智能变电站作为智能电网的重要一环,是智能电网的一个最重要、最关健的“终端”。文章论述了智能变电站设备检修和监测项目,分析了各种设备在线监测的参量。结合220kV智能变电站的在线监测需求,设计了基于IEC61850标准的全站统一平台在线监测系统。

关键词：智能电网,智能变电站,在线监测,IEC 61850

参考文献

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