【應(yīng)用案例】智慧電力系統(tǒng)在高鐵牽引變電所的應(yīng)用

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

     牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是保障高鐵安全運(yùn)營(yíng)的重要設(shè)施，運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作能夠很大限度地保障高鐵牽引供電安全性。目前，高鐵還未針對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)維護(hù)維修進(jìn)行信息化管理，依然停留在“計(jì)劃修”“故障修”階段，自動(dòng)化程度較低，維護(hù)顆粒度較粗。電力系統(tǒng)研究智能變電站的運(yùn)維，制定《智能變電站保護(hù)設(shè)備在線監(jiān)視與診斷裝置技術(shù)規(guī)范》（Q/GDW11361—2017）[1]標(biāo)準(zhǔn)。文章通過(guò)科研立項(xiàng)，針對(duì)傳統(tǒng)和智能牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的智能運(yùn)維進(jìn)行深入研究，現(xiàn)場(chǎng)搭建運(yùn)維管理系統(tǒng)，可以提高綜合自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)維智能化水平，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)維向“狀態(tài)修”轉(zhuǎn)變。

1 自動(dòng)化系統(tǒng)的智能運(yùn)維功能

1.1傳統(tǒng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

1）綜合自動(dòng)化裝置履歷信息管理

（1）裝置臺(tái)賬信息管理。

（2）裝置運(yùn)維記錄管理。

2）綜合自動(dòng)化裝置運(yùn)行狀態(tài)診斷

（1）動(dòng)態(tài)自診斷管理。

（2）綜合診斷管理。

1.2智能綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

1）智能保護(hù)裝置履歷管理

    建立“電子卡片”，實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置板件的自我身份識(shí)別，可查詢(xún)、可追溯。實(shí)現(xiàn)板件的精細(xì)化管理，可以對(duì)設(shè)備板卡信息進(jìn)行全生命過(guò)程跟蹤。記錄設(shè)備板卡更換信息，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提供決策所需數(shù)據(jù)依據(jù)。建立設(shè)備履歷管理系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)備臺(tái)賬管理，記錄追溯資產(chǎn)事件。可以針對(duì)裝置信息實(shí)現(xiàn)記錄控制、存檔控制、基線控制分層管理。

2）智能變電站運(yùn)維狀態(tài)診斷

（1）運(yùn)行狀態(tài)自診斷。

    包括保護(hù)裝置的CPU板件、模擬量插件、開(kāi)入插件、操作插件、內(nèi)部工作電源監(jiān)視回路、過(guò)程層光口的監(jiān)視的自診斷。自動(dòng)化裝置定時(shí)向運(yùn)維終端傳送裝置的日志文件。

    運(yùn)維終端通過(guò)日志文件對(duì)裝置的自檢和動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行正確分析。

設(shè)置對(duì)板件5V工作電源回路的采樣回路，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作電壓波動(dòng)。電壓超出設(shè)置的工作范圍時(shí)，裝置發(fā)出告警信號(hào)，及時(shí)在裝置故障之前進(jìn)行維修檢查。

（2）裝置MTBF與剩余壽命估算。

    參考TelcordiaSR-332Issue42016標(biāo)準(zhǔn)，利用元器件計(jì)數(shù)可靠性預(yù)計(jì)法預(yù)測(cè)裝置的MTBF值。設(shè)置裝置箱體內(nèi)部溫度采集回路，根據(jù)箱內(nèi)實(shí)時(shí)溫度計(jì)算裝置剩余壽命。裝置壽命計(jì)算利用內(nèi)部元器件的短板即電解電容的溫度老化特性，結(jié)合實(shí)時(shí)測(cè)量溫度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算采用阿列紐斯方程：

（1）式中：L——環(huán)境溫度為T(mén)時(shí)的使用壽命（h）；L0——峰值溫度時(shí)額定壽命（h）；T0——額定峰值使用溫度(℃);T——環(huán)境溫度(℃)。

保護(hù)測(cè)控裝置壽命預(yù)測(cè)曲線如圖2所示。

圖2保護(hù)測(cè)控裝置壽命預(yù)測(cè)曲線

3）虛端子可視化與數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)分析診斷

    系統(tǒng)采集過(guò)程層交換機(jī)和站控層的管理數(shù)據(jù)，結(jié)合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)虛端子回路實(shí)路徑進(jìn)行在線監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)智能變電站虛端子回路的可視化，符合NB/T42015-2013[2]的相關(guān)規(guī)定。

    系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析裝置可以實(shí)時(shí)記錄各個(gè)裝置接入的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，分析網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的錯(cuò)誤和故障。繼電保護(hù)裝置對(duì)接入的過(guò)程層的SV和GOOSE相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 安科瑞AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺(tái)

2.1概述

   基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊等技術(shù)開(kāi)發(fā)的云端管理平臺(tái)，滿(mǎn)足用戶(hù)或運(yùn)維公司監(jiān)測(cè)眾多變電所回路運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運(yùn)行溫度、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或環(huán)境視頻場(chǎng)景等需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一個(gè)*心，集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶(hù)通過(guò)電腦、手機(jī)、PAD等各類(lèi)終端鏈接訪問(wèn)、接收?qǐng)?bào)警，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

2.2應(yīng)用場(chǎng)所

   適用于電信、金融、交通、能源、醫(yī)*衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的新建、擴(kuò)建和改建。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)用層和展示層。

    感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監(jiān)測(cè)裝置、攝像頭、開(kāi)關(guān)量采集裝置等。除攝像頭外，其它設(shè)備通過(guò)RS485總線接入現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

    傳輸層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)和交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過(guò)交換機(jī)把數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

    應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個(gè)則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。

    展示層：用戶(hù)通過(guò)手機(jī)、平板、電腦等多終端的方式訪問(wèn)平臺(tái)信息。

5.4系統(tǒng)功能

1）用能月報(bào)

    用能月報(bào)支持用戶(hù)按總用電量、變電站名稱(chēng)、變電站編號(hào)等查詢(xún)所管理站所的用電量，

2）站點(diǎn)監(jiān)測(cè)

   站點(diǎn)監(jiān)測(cè)包括概況、運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時(shí)用電曲線、用電概況。

3）變壓器狀態(tài)

    變壓器狀態(tài)支持用戶(hù)查詢(xún)所有或某個(gè)站所的變壓器功率、負(fù)荷率、等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。

4）運(yùn)維

   運(yùn)維展示當(dāng)前用戶(hù)管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。

5）配電圖

   配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流等運(yùn)行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)查詢(xún)。

6）視頻監(jiān)控

   視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫(huà)面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。

7）電力運(yùn)行報(bào)表

   電力運(yùn)行報(bào)表顯示選定站所選定設(shè)備各回路采集間隔運(yùn)行參數(shù)和電能抄表的實(shí)時(shí)值及平均值行統(tǒng)計(jì)。

8）報(bào)警信息

   對(duì)平臺(tái)所有報(bào)警信息進(jìn)行分析。

9）任務(wù)管理

   任務(wù)管理頁(yè)面可以發(fā)布巡檢或消缺任務(wù)，查看巡檢或消缺任務(wù)的狀態(tài)和完成情況，可以點(diǎn)擊查看任務(wù)查看具體的巡檢信息。

10）用戶(hù)報(bào)告

   用戶(hù)報(bào)告頁(yè)面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并列出在該周期內(nèi)巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)的各類(lèi)缺陷及處理情況。

11）APP

3 系統(tǒng)硬件配置

作者介紹

未曉妃，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)槲㈦娋W(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。