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摘要：许多因直流原因造成的事故表明：影响直流系统可靠性的因素是多方面的，仅仅依靠改善直流系统本身是无法完全避免事故的发生的，如天气原因，认为原因以及一些其他不可预知的因素造成直流系统无法正常运转，因此对直流系统运行维护进行探讨研究，有很必要。因此设计一款监测蓄电池电压以及内阻在线监测装置时必不可少的。
关键字：变电站直流设备、智能电网
1. 研究背景及现状分析
随着智能电网的不断发展，直流供电系统对于电网设备运行的重要性是不言而喻的，目前国内外，对于直流供电系统的研究也一直在进行，但是一般都局限在直流系统设备内部性能的提升，比如直流设备的性能改善（如充电机、蓄电池的性能和可靠性等），直流设备结构的改善，而忽略了对直流设备运行状态的监测。许多因直流原因造成的事故表明：影响直流系统可靠性的因素是多方面的，仅仅依靠改善直流系统本身是无法完全避免事故的发生的，如天气原因，认為原因以及一些其他不可预知的因素造成直流系统无法正常运转，因此对直流系统运行维护进行探讨研究，有很必要。因此设计一款监测蓄电池电压以及内阻在线监测装置时必不可少的。从采集的状态量和控制量来看，现在的变电站基本上实现了所有量的采集，部分采集不能很好的反应设备真实的工作状态，对于达到变电站直流设备智能自动化的要求还有差距，变电站直流装置因为各厂家生产设备的不同，处理后的信号相对独立，所以有必要设计一个通用合理的通讯协议保证数据能够进行集中管理。
2. 变电站直流供电系统的硬件架构
变电站直流供电系统的硬件架构主要有站端的信息采集、数据传输、远端数据存贮和分析预警4个部分。信息采集主要是将各类直流设备的运行状态信息及监测数据通过通信网络上传至远端服务器，经专业软件解析出不同规约所传递的数据形成报表并存入数据库。而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数据库，非实时数据则存入系统数据库（SQL Server），因此需要配备两台数据库服务器。
3. 数据存储规则
直流设备运行状态数据、告警数据，蓄电池的电压、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；其他的例如蓄电池内阻、电池容量、充电仪的运行参数、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。
4. 变电站直流供电系统多状态的监测和预警工作原理
4.1. 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：
4.1.1. 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PIDataLink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。
4.1.2. 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。
4.1.3. 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。
4.2. 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 rocessBook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。
4.3. 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。 4.4. 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。
5. 变电站直流供电设备运行状态评估
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。
6. 结语
基于PI 数据库的变电站直流系统多状态量监测和预警的实现和运用，将原来的故障后检修转变为故障前预警，提高了变电站直流系统维护和检修的工作效率，同时对直流系统开展状态检修提供一定帮助。该系统充分利用 PI 数据库数据存贮和处理的优势，达到了设计要求，并成功应用于湖州电力局直流检修工作。
参考文献：
[1] 顾鸿鸣，王庆，张惠玲.利用电力系统分析综合程序开展银川电网分析计算工作的探讨[J].中国科技信息，2007（20）：24-25
[2] 徐兴伟，穆钢，王文.基于 SCADA 和 WAMS 的电网仿真运行方式[J].电网技术，2006，30（19）：97-100.
[3] 徐英，邵玉槐，薛永强.基于 PSASP 的电力系统稳定性仿真分析[J].太原理工大学学报，2007， 38（3） ：247-249.
[4] 王晓蔚，范辉，侯双林.电网数字仿真实验室在线数据接口的开发[J].电工技术，2008（12）：10-11
[5] 马丽颖，苏小林.国内数字化变电站现状电力学报 2011 年 02 期
[6] 乔小敏，董鹏.智能電网及数字化变电站关键技术探讨电气应用 2011 年 07 期
关键字：变电站直流设备、智能电网
1. 研究背景及现状分析
随着智能电网的不断发展，直流供电系统对于电网设备运行的重要性是不言而喻的，目前国内外，对于直流供电系统的研究也一直在进行，但是一般都局限在直流系统设备内部性能的提升，比如直流设备的性能改善（如充电机、蓄电池的性能和可靠性等），直流设备结构的改善，而忽略了对直流设备运行状态的监测。许多因直流原因造成的事故表明：影响直流系统可靠性的因素是多方面的，仅仅依靠改善直流系统本身是无法完全避免事故的发生的，如天气原因，认為原因以及一些其他不可预知的因素造成直流系统无法正常运转，因此对直流系统运行维护进行探讨研究，有很必要。因此设计一款监测蓄电池电压以及内阻在线监测装置时必不可少的。从采集的状态量和控制量来看，现在的变电站基本上实现了所有量的采集，部分采集不能很好的反应设备真实的工作状态，对于达到变电站直流设备智能自动化的要求还有差距，变电站直流装置因为各厂家生产设备的不同，处理后的信号相对独立，所以有必要设计一个通用合理的通讯协议保证数据能够进行集中管理。
2. 变电站直流供电系统的硬件架构
变电站直流供电系统的硬件架构主要有站端的信息采集、数据传输、远端数据存贮和分析预警4个部分。信息采集主要是将各类直流设备的运行状态信息及监测数据通过通信网络上传至远端服务器，经专业软件解析出不同规约所传递的数据形成报表并存入数据库。而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数据库，非实时数据则存入系统数据库（SQL Server），因此需要配备两台数据库服务器。
3. 数据存储规则
直流设备运行状态数据、告警数据，蓄电池的电压、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；其他的例如蓄电池内阻、电池容量、充电仪的运行参数、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。
4. 变电站直流供电系统多状态的监测和预警工作原理
4.1. 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：
4.1.1. 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PIDataLink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。
4.1.2. 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。
4.1.3. 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。
4.2. 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 rocessBook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。
4.3. 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。 4.4. 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。
5. 变电站直流供电设备运行状态评估
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。
6. 结语
基于PI 数据库的变电站直流系统多状态量监测和预警的实现和运用，将原来的故障后检修转变为故障前预警，提高了变电站直流系统维护和检修的工作效率，同时对直流系统开展状态检修提供一定帮助。该系统充分利用 PI 数据库数据存贮和处理的优势，达到了设计要求，并成功应用于湖州电力局直流检修工作。
参考文献：
[1] 顾鸿鸣，王庆，张惠玲.利用电力系统分析综合程序开展银川电网分析计算工作的探讨[J].中国科技信息，2007（20）：24-25
[2] 徐兴伟，穆钢，王文.基于 SCADA 和 WAMS 的电网仿真运行方式[J].电网技术，2006，30（19）：97-100.
[3] 徐英，邵玉槐，薛永强.基于 PSASP 的电力系统稳定性仿真分析[J].太原理工大学学报，2007， 38（3） ：247-249.
[4] 王晓蔚，范辉，侯双林.电网数字仿真实验室在线数据接口的开发[J].电工技术，2008（12）：10-11
[5] 马丽颖，苏小林.国内数字化变电站现状电力学报 2011 年 02 期
[6] 乔小敏，董鹏.智能電网及数字化变电站关键技术探讨电气应用 2011 年 07 期