在线监测与控制系统

关键词： 火电厂 运行 监测

在线监测与控制系统（精选十篇）

在线监测与控制系统 篇1

利用火电厂运行优化系统指导电厂优化运行一直以来是国内外研究的热点, 目前已经使用的火电厂运行优化系统, 主要是以运行参数在线监测、热经济性计算为基础。其中, 首要解决的问题是如何在线监测火电机组性能参数。在火电厂性能参数中, 飞灰含碳量和烟气含氧量等的测量精度将直接影响电厂热经济性指标。其中, 将人工神经网络理论应用于锅炉飞灰含碳量和烟气含氧量的预测研究, 并将预测模型运用到火电厂性能在线监测系统中, 是实现火电厂在线检测与优化控制的重要手段之一。

1国内外机组性能在线监测研究

西方发达国家对火电机组性能在线监测系统的研究始于20世纪70年代初。当时研究的主要内容是利用热偏差分析, 通过调整可变参数, 实现对机组热耗变化的在线监控, 以达到降低机组运行能耗的目的。

我国是从20世纪80年代中期开始对火电机组性能在线监测系统进行研究。李琳采用数据挖掘方法对电厂数据进行处理, 将等效焓降理论应用到电厂的经济性诊断中, 建立在线计算模型以完成对热力系统主要参数的计算, 并研究了一个包含锅炉效率计算以及汽轮机经济性诊断模型的机组性能在线监测系统[1]。田苗依据模块化建模思想, 对某火电机组的整体设备进行独立划分, 并分别针对每块设备单独建立模型, 最后将各子模块集成于整个机组的计算模型, 开发了一套热力系统性能在线分析系统[2]。王爱军等人开发了一套火电机组热经济性在线监控系统, 并向机组运行人员提供了运行参数偏离最佳值所造成的损失值, 使机组能够在最佳状态下运行, 降低了成本, 提高机组的运行水平[3]。众多参数中的两个关键参数, 飞灰含碳量和烟气含氧量的在线监测是目前研究最多的内容。

2电厂在线监测系统的实现过程

本文以某厂引进的火电机组在线监测设备为研究对象, 该系统的主要原理如下: 对飞灰含碳量和烟气含氧量进行监测, 分析影响它们的主要因素, 并采用灵敏度分析的方法确定出关键的影响因素, 在研究分析BP神经网络各种算法的基础上, 将模糊逻辑理论应用于神经网络, 利用MATLAB语言编写BP神经网络和模糊神经网络预测程序来模拟该电厂飞灰含碳量和烟气含氧量的在线监测, 并将两种预测模型的预测结果分别进行对比分析, 比较二者的优缺点; 最后, 将对比下的最佳预测模型通过混合编程方法应用于该电厂实际在线优化系统中, 以达到指导锅炉优化燃烧、降低燃料成本、提高火电厂热经济性的目的。具体过程有以下几个方面。

1) 在分析BP神经网络各种算法的基础上, 采用L - M优化算法训练BP神经网络模型, 并将模糊逻辑理论应用于神经网络中建立模糊神经网络预测模型。由于MATLAB中有专门的神经网络工具箱, 因此可直接利用MATLAB语言编写两种神经网络程序以建立两类预测模型。

2) 是对电厂的数据处理和输入参数的选择。DCS系统已广泛应用于电站机组的运行控制, 可利用电站已有测点的数据来建立飞灰含碳量和烟气含氧量的预测模型。定性分析影响飞灰含碳量和烟气含氧量的各种因素, 并从电厂分散控制系统提供的众多测点参数中, 挑选出作为初期输入参数的相关参数, 再采用Garson方法和灵敏度分析方法分别确定出两组关键输入参数组合, 通过比较分析得到一个最优输入参数组合。

3) 对神经网络进行训练, 校验以及对结果的分析讨论, 对于飞灰含碳量和烟气含氧量, 可对两种预测模型采用不同数量的训练样本分别进行训练, 并采用不同于训练样本的数据检验这两个预测模型, 通过对两预测模型预测结果的分析比较, 探索两种预测方法的优缺点, 以及相适应的模型。

最后将得到的最优模型通过VC调用MATLAB生成COM组件的方法集成于电厂在线优化系统中, 实现对火电机组性能参数的实时在线监测研究, 为火电机组性能参数预测及优化提供参考依据。

3火电机组在线监测实现的优化

在线监测技术在火电机组的应用, 实现在锅炉燃烧过程中对NOX排放特性、飞灰含碳量特性、排烟温度、炉膛水冷壁附近CO浓度特性等进行优化。笔者所研究的电站在线监测系统优化软件以不同的模块主要实现了三个主要功能。

3. 1在线监测与报警功能

电站锅炉燃烧在线优化系统在运行时借助在线烟气分析系统可以实时在线监测锅炉的尾部氧量、炉膛水冷壁附近一氧化碳浓度和氮氧化物排放量等参数, 同时从电厂系统获取实时的风速、给粉、炉膛氧量等运行参数, 以了解锅炉燃烧状况, 一旦发现有异常数据或可能引起故障的参数值将发出报警信号, 报警主要是针对风、粉燃烧系统故障和高温腐蚀情况等。

烟气成份在线监测子系统主要包括烟气采样管、样气加热传送管、采样反吹系统、多点切换装置、采样泵、压缩机快速冷却器、烟气成份分析仪表。为烟气自炉膛或空预器出日抽取出来, 经过滤器后加热传送至多点切换装置, 然后经压缩机快速冷却装置脱水, 最后进入分析仪表, 获得分析数据后快速传送至电站锅炉燃烧优化系统进行保存。

3. 2在线优化和自学习功能

借助遗传算法和锅炉燃烧评价模型, 根据具体的负荷、煤种进行在线的锅炉燃烧优化, 通过调整运行参数的配合使锅炉燃烧具有良好的经济性、环保性和安全性; 燃烧优化时炉膛烟气成分和尾部烟气成分数据来自烟气成份在线监测子系统, 烟气成分在线监测与燃烧优化的系统流程是通过在线烟气分析仪及电厂MIS系统在线采集锅炉燃烧的参数信息, 然后再根据这些信息应用支持向量机模型和遗传算法根据不同的优化目标对配风、给粉、氧量进行寻优, 最后在给出设定优化目标下的最优运行参数以达到较好的锅炉燃烧效果。

4结语

电厂的在线监测系统为实现电站锅炉燃烧在线优化系统对燃烧实时在线的优化提供了基础和依据, 结果表明大部分的电厂在线监测优化系统, 均达到了优化的预期目标, 优化后的燃烧状态实现了高效、低污染的燃烧, 具有较高的实用价值, 可以为电厂带来经济和环保效益, 应用前景广阔。

参考文献

[1]李琳.单元机组性能在线监测系统开发及电站运行数据的知识发现研究[D].南京:东南大学, 2005.

[2]田苗.机组性能计算模块化建模及实用化问题分析[D].北京:华北电力大学, 2010.

远程环境在线监测系统的设计与应用 篇2

2012-03-17f关键字： 在线监测 上位机 无线服务

环保数据监测系统是环境保护中的重要环节，传统的环境监测是人工采集数据，监管效果差。针对这一问题设计了一种无线远程环境在线监测系统，下位机采用西门子S7-200 PLC(可编程控制器)采集、存储现场数据，通过GPRS(通用分组无线服务)DTU(数据传输单元)主动向数据中心发送采集到的实时数据，并能够在指定的时间段内接收上位机指令，进行历史数据查询;上位机利用VB 6.0的Winsock控件接收多台数据采集终端的数据，并进行分析处理。该系统已经在佛山市南海区运行，有效地提高了环境监管的效率。

传统的环境监测，大多是环保局工作人员到污染源现场采集数据，手工记录工厂的污染治理情况。由于要监测的厂家众多，且厂家地理位置分散，工厂偷排现象十分普遍，即使花费了大量的人力和物力也无法完整地采集到污染源的相关数据。可见，传统的人工环境监测手段已无法满足环境监测的需要，针对这些问题，设计一个远程环境在线监测系统，系统要求：①实时监测生产设备和治污设备的运行状态;②能够存储一周内的数据，进行历史数据的查询和补足;③以动画形式实时显示设备状态，以曲线形式进行对比分析，为污染源监管提供客观科学依据，提高环保执法现代化水平。

现场数据的采集、远程传送、上位机可靠接收数据是一个成功的远程监控系统的关键所在。本系统采用西门子PLC(programmable logic controllerr，可编程控制器)采集生产设备和治污设备的开关量信息;使用工业级GPRS(general packet radio service，通用分组无线服务)DTU(data terminal unit，数据传输单元)传送数据;利用2个基于TCP/IP(transmission control protocol/internet protocol，传输控制协议/网际协议)协议的应用程序之间相互通信的套接字(Socket)技术接收数据。数据中心服务器将接收到的数据存储到数据库中，并以动画、曲线等形式显示。1 系统架构 系统的总体结构如图1所示。系统主要由3部分组成：西门子S7—200CPU 224XP CN采集实时数据部分、GPRS DTU数据传输部分、环保局数据中心部分。、图1系统总体结构 1.1 PLC实时数据采集

PLC实时读取输入寄存器IW0的值，将时钟信息和设备状态信息数据打包后，通过串行口RS 485每隔30S将数据发送到GPRS DTU通信模块，然后再传送到中心服务器，供实时的动画和曲线等显示使用，PLC每隔5 min存储一条记录到历史数据表中，历史数据表可在指定的时间段内接受数据中心服务器发送来的数据杏询/数据补足等命令，完成相应的历史数据查询功能和某天的数据补足功能。1.2 GPRS无线数据传输

GPRS是在现有GSM(global system for mobilecommunication，泛欧式数位行动电话系统)网络的基础上叠加了一个新的网络形成的逻辑实体而发展出来的新的分组数据承载业务。GPRS的理论带宽可达171.2 kbit.S-1，实际使用带宽大约在10～70kbit.S-1，底层支持TCP/IP协议，使得GPRS能够与Internet实现无缝连接，GPRS无线网络具有接入速度快、永远在线、覆盖面广、运营成本低廉、组网灵活、系统扩容方便等特点。

GPRS DTU是GPRS网络的数据终端，GPRSDTU提供了RS232/RS485接口，可以跟PLC等串口设备连接起来进行数据交互，在GPRS DTU模块上配置了串口设备的波特率、数据位、校验位、数据中心的IP地址、端口等信息后，就可以透明地将PLC发往串口的数据通过GPRS网络传送到Internet网络，然后再通过局域网将数据传送到数据中心服务器。1.3数据中心服务器 数据中心服务器接收并保存数据到SQL(structured query language，结构化查询语言)数据库中，然后对数据进行相应的操作，最终将数据以动画、曲线等形式显示，为科学执法提供数据支持，数据的接收采用VB 6.0的Winsock控件来实现，是本系统的关键之一。在数据传输过程中，要求数据中心服务器的IP地址与GPRS DTU中的IP地址一致。系统运行时，启动Socket监听，与远程数据采集终端建立通信连接之后，就可以进行正常的数据接收。2 PLC的程序设计 2.1 PLC通信方式

选择合适的通信方式，是实现高效数据传输的关键。西门子S7—200系列CPU224XP_CN的通信方式有4种。

2.1.1点对点(point to point interface，PPI)方式

用于和西门子编程软件或西门子的人机接口产品通信，是一种主从应答式通信模式。这种通信方式需要专用的PPI电缆。

2.1.2多点接口协议(multipoint interface，MPI)方式

用于在西门子的产品之间建立小型的通信网络，允许多主通信和主从式通信。2.1.3 DP(decentralized periphery，分散外设)方式

用于实现与分布式I/O(远程I/O)的高速通讯。可以使用不同厂家的PROFIBUS(process field bus，过程现场总线)设备，但是需要专门的接口卡。2.1.4 自由端口通信方式

这种通信方式允许用户根据自己的实际情况定义通信协议，在多种智能设备之间进行通信。PLC通过串口将数据上传至GPRS DTU，再由GPRS DTU通过无线网络将数据发送到数据中心服务器。自由端口通信协议可以通过程序灵活控制PLC串口的通信方式，通过程序控制，在大部分时间内使PLC作为主机，主动上传实时数据，在指定的时间段内又可使PLC为从机，接受上位机的查询命令，进行历史数据的查询，这样可以最大限度地降低系统数据流量，降低运营成本。2.2 PLC程序

PLC程序的流程如图2所示，采用模块化编程。主要程序为串口初始化子程序，实时数据发送子程序，历史数据存储子程序，历史数据查询中断程序。2.2.1 串口初始化子程序 S7-200系列CPU224XP_CN提供了2个标准的RS485端口Port0和Port1，选用Port0进行自由端口通信。串口初始化主要是设置一些标志寄存器的值，让其按照指定的方式通信，比如，通过改变特殊标志位寄存器SMB30的值，就可以改变通信的波特率、奇偶校验位、停止位等信息。这些设定必须与GPRS DTU的相关参数值相一致。串口初始化子程序只在每次PLC重启时运行一次。

图2 PLC程序流程图 2.2.2实时数据发送子程序

S7-200系列PLC有专用的发送指令XMT，其格式为XMT_TABLE_PORT。接收指令为RCV，其格式为RCV_TABLE_PORT，其中PORT为通信端口，本系统设为端口0，TABLE为发送(接收)数据的数据缓冲区，其第1个字节为发送字符的个数，最大为255字节。在本系统中，监测的设备都是比较大型的设备，不会频繁启停，也就是说监控对象的状态不会频繁地发生变化，每隔30 s发送一次实时数据到数据中心，已经可以满足系统的实时性要求。

2.2.3历史数据存储子程序

系统将采集到的生产设备和治污设备的开关量信息(2字节)，隔5 min存储一次到历史数据表中。考虑到要进行历史数据补足查询，每8 h(192字节)数据作为一个数据存储单元，再加上数据头和数据尾等信息，一个数据区200个字节。历史数据保存7 d需要4 200字节，在PLC内存中就可以存储最近7 d内的历史数据。PLC程序使用时钟信息确定每个数据具体的存储位置。

2.2.4历史数据查询子程序

PLC利用时钟信号控制自由端口通信，让PLC在每天指定的时间段内，允许数据中心服务器对下位机进行历史数据查询。当进行数据补足时，就将缺失数据所在的数据区的数据(200字节)全部发送到数据中心服务器，确保数据库历史数据的完整。查询结束后，自动返回到PLC主动发送实时数据模式。3 上位机程序设计 3.1 Winsock控件原理

对数据进行可靠的接收是整个系统的关键。Socket流式套接字是一种针对TCP的面向连接的套接字。直接采用Socket技术来实现数据中心服务器和远程数据终端通信比较复杂。因此，采用集成了Socket技术的Winsock控件。

Winsock控件是微软Windows提供的网络编程接口，提供了基于TCP/IP协议的接口实现方法。它把与网络通信相关的Windows Sockets API(application programming interface，应用程序接口)函数封装成为一个整体。将网络编程要用的函数作为控件的属性和方法。通过对控件相关属性的设置和方法的调用就可以实现稳定的网络通信功能。该控件为用户提供了访问TCP和UDP(user datagramprotocol，用户数据包协议)网络的极其方便的途径，并且适用于Microsoft Access，Visual Basic，VisualC++和Visual FoxPro等多种可视化编程环境。本系统有多台数据终端，要为每台数据终端建立一个线程，负责实时高效的接收和发送数据。Visual Basic 6.0的Winsock控件数组可以很方便地实现这一功能，因此采用Visual Basic 6.0开发上位机程序。

图3表示单台数据终端与服务器数据中心进行数据交互的过程。当有多台数据终端时，数据终端与服务器建立连接进行数据交互的过程相同，只需要增加新的Winsock控件实例，这里使用控件数组。具体方法是：在窗体中加入Winsock控件，命名为Listener，将它的Index属性设置为0。作为Winsock控件数组的第一个元素。然后在窗体的Load事件中声明一个模块级的变量Count，把Count设置为0，数组中的第一个控件的Local port属性设置为1011(与GPRS DTU一致)，接着调用控件的Listen方法。然后在连接请求时，代码将检测Index是否为0，如果为0，监听控件将增加Count的值，并使用该号码来创建新的控件实例，然后使用新的控件实例接受新的连接请求。这样就可以完成多台终端与服务器数据中心通信程序的设计。

图3单台数据终端与服务器通信工作流程 3.2数据中心服务器接收数据

数据中心服务器接收PLC实时数据的界面如图4所示。可以看出，接收的实时数据有12个字节，以16进制显示。在实时数据框中，00 04表示机器码，09 12 02 09 33 02 00 04，表示09年12月02日09点33分02秒，00系统保留位，04表示星期三，8D CF表示设备的开关信息。在历史数据框中，可以看到每隔30 s接收到的PLC的实时数据，1表示设备开，0表示设备关。在下位机补足数据框中，是数据中心服务器检测到数据库中某个时间段的数据有缺失时，进行数据补足查询，得到的一段历史数据。

图4上位机接收的数据画面

图5实时状态图

服务器将收到的数据存储到SQL数据库中，然后在服务器的人机界面中，将数据以动画、曲线等形式显示出来，生动地展示污染源生产设备和治污设施的开关情况，为科学监管厂家的治污情况提供了数据支持。4 结语

在线监测与控制系统 篇3

关键词:汽轮机组;实时监测;振动分析;故障诊断

中图分类号:TV 734.2+1 文献标志码:A文章编号:1671-7953(2009)04-0095-03

On-line Monitoring and Long-Distance Analysis System for Steam Turbine Generator Sets

QIN Jianming FAN Xin2

(1.School of Electrical Engineering , Henan University of Technology,Zhengzhou 450007,China;2.Henan Electric Power Research Institute,Zhengzhou 450052,China)

Abstract: In order to ensure the safety running of the turbine generator sets, realize online condition monitoring and fault diagnosis of running generator sets and develops a ser of online condition monitoring and fault diagnosis system based Internet. The system is composed of real-time monitoring, data communication, long-distance analysis and the on-line monitoring of the vibration developing process can be realized. Consequently good basis and reliable information for the maintenance and operation of Steam Turbine are provided.

Key words: steam turbine generator sets;real-time monitoring;vibration analysis;fault diagnosis

大型汽轮发电机组已成为我国电网的主力机组,其复杂的结构和特殊的运行环境,导致故障时有发生,尤其是振动问题。尽管一般大型机组都会安装振动监测保护仪表(TSI),但该设备功能相对简单,对于振动异常问题,并不能提供强有力的有效分析手段,因此,安装振动在线监测与分析系统对于机组安全运行有着重要的现实意义。

1 系统总体设计

本系统网络服务站、数据采集站和分析诊断站等部分组成。系统通过能数据采集站连续在线采集现场设备振动波形数据,分别在本地监测诊断节点站和远程诊断中心站进行设备振动状态监测、故障诊断和设备的管理与控制。系统通过局域网、通讯微机、MODEM和电话网,把现场数据传送到远程诊断中心站作进一步的分析诊断,也可把远程中心的分析结果传送到现场。

系统总体结构由三部分构成(如图1):本地监测系统;数据通信系统;远程分析系统。

系统可连续在线采集现场设备振动波形数据、分别在本地监测诊断节点站和远程诊断中心站进行设备振动运行状态监测、故障诊断。根据需要系统可通过通讯微机、MODEM或Internet网,把现场数据传送到远程诊断中心站作进一步的分析判断,也可把远程中心分析结果传送到现场。

2 本地监测系统

该系统基本配置包括传感器、数据采集站、工程师站和数据库服务器等。系统采用分布式模式构建,分为设备层、通讯层和功能层三层结构。传感器和数据采集站组成了设备层,工程师站和数据库服务器组成了功能层。

2.1 设备层

设备层也是系统的硬件部分,直接面向机组设备,以数据采集为核心,通过采样驱动程序,完成各通道的数据采集,并与功能层监测系统进行双向通讯,上传采样数据,为上层系统提供可靠的实时信息。

传感器群负责现场原始信号的拾取、传送,既包括了各轴振、瓦振信号,又包括了与振动相关的一些过程量(如差胀、轴向位移等)。对于装有机组振动监测保护系统(TSI)的机组无须安装振动传感器。

数据采集站实现机组数据采集功能,采集站由前置信号处理器和数据采集工控机组成。前置信号处理器从传感器群接入现场信号,对来自现场传感器群的振动和相关过程信号进行隔离、滤波、抗混滤波、积分、衰减/放大、整形等调理,使得这些信号变为数据采集板能直接采集的标准信号。数据采集工控机选用DAQ2205A/D板作为数据采集板。该采集板为一款基于32位PCI总线的高性能、功能强大的采集板,允许信号64路单端输入或32路双端输入方式;采集板输入端子为两个SCSIV68接口,上面接口为振动量和过程量信号输入口,下面接口为键相、转速信号输入口;采集板具有成组触发采样功能,能很好的实现同步整周期方式采样。数据采集工控机接受前置信号处理器输出的标准信号,完成数据采集,对各信号进行初步处理,并定时将采集数据上传。前置信号处理器的所有振动信号以及部分过程量信号来自电厂BENTLYY3500系统,其余的过程量信号则为来自现场DCS系统变送器输出的1-5V或4-20mA的标准信号。

数据采集站功能主要分成四部分:实时数据采集、数据双向通讯、振动实时显示和实时启停机。

2.2 功能层

功能层对采集信息进行分析处理,主要完成数据处理、数据存储管理、状态分析、故障诊断等功能,是系统的关键部分。

工程师站为厂局域网内任一台机组,可运行振动在线监测与分析软件,具有丰富的图形显示和较强的分析处理功能。软件采用Borland C++ Builder6.0为开发工具,综合应用了汇编语言、动态链接库、多线程、图形处理、数据库等技术。在底层控制软件上应用了汇编语言和调用动态链接库与底层交换信息;上层软件既要实现数据采集又要实现实时显示和处理数据,需要多线程来控制,即启动主线程之后启动辅助线程。程序中创建了一个新线程文件CollectionThread.cpp来实现数据采集功能。软件安装后供运行人员在线监控机组振动情况,软件功能主要有:系统设置、实时监测与分析、启停机记录分析、故障记录分析、报表与统计。系统参数配置关系到数据的采集以及系统的正常运行,设置时一定要慎重。当系统硬件已经安装完毕,则参数的配置一定要与硬件配置保持一致,否则系统不能正常工作。实时监测部分包括实时振动棒图、振动波形图(图2)、振动趋势分析、振动报警监视、频谱分析、轴心轨迹(图3)、相关分析等。

数据库服务器用于存储全厂所有机组的振动数据和相关过程参数,包括实时数据和历史数据。其上运行振动在线监测与分析软件与故障诊断软件。此外,与设备层的通讯以及与其他系统(如MIS系统等)的通讯也在其上完成。

3 数据通信系统

数据通信系统中,本地监测诊断系统中工作站与服务器间距离短的用网卡组成局域网系统,距离长的用MODEM组成局域远程登录系统或通过Internet组成广域监控诊断系统。而与诊断中心服务器的互连采用基于Internet的连接,使得本系统具有很强的开放性和扩展性。

数据通讯接口实现设备层与功能层间的正常通讯,通过以太局域网,将数据采集站所采集的实时数据上传到数据库服务器并保存,同时将系统组态信息动态下载到数据采集站,决定采集站的采集状态和采集方式;实现本系统与厂MIS系统和DCS系统间的数据交流,达到数据共享目的。

4 远程分析系统

远程诊断中心是一个小局域网,由几台PC机组成了网络系统和智能诊断专家系统。它通过Internet与生产现场的监测系统连接,可同时在线监测分析多台机组的运行状态,提供丰富的振动分析软件和故障诊断知识库,并利用功能强大的数据库管理软件,对各种原始数据和分析结果进行存储、备份管理。

系统提供了多种时域、频域以及趋势信号分析算法,对数据库里的历史数据和启停机数据等进行分析,并以直观的分析图表显示,以掌握设备当前状态和变化趋势。

5 结束语

本系统是集数据采集、性能分析、故障诊断、人工智能等技术于一体综合信息处理系统,实现了对大型汽轮发电机组运行状态监测和故障诊断。通过与Internet 的连接,实现了远程监测和诊断。可提高实时处理效率和分析诊断的准确性,为运行人员和设备管理工程师提供了设备运行状况的科学依据,以便及时发现异常情况,保证设备安全可靠经济运行。该系统界面友好,使用简单方便。

参考文献

[1] 蒋东翔,倪维斗,于文虎,等.大型汽轮发电机组远程在线振动监测分析与诊断网络系统[J].动力工程,1999,19(1):49-52.

[2] 李富才,訾艳阳,何正嘉,等.旋转机组分布式在线监测诊断系统[C].2000年全国振动(诊断、模态、噪声)技术及工程应用学术会议论文集,2000.

电厂机组在线监测系统分析与设计 篇4

电厂设备的安全直接关系着电厂的安全和经济运行, 作为电厂的重要资产, 电厂设备往往消耗大量的维护时间, 随着计算机硬件、传感器技术、信号处理技术及人工智能技术的快速发展, 对电厂设备实施状态监测成为现实。通过实施状态监测, 可及时掌握和分析机组各主要关键设备的运行状态, 为设备的运行和维护提供决策参考, 可减轻运行人员的劳动强度, 优化机组运行, 指导机组检修, 提高检修维护质量, 提升管理水平, 有利于保障机组安全经济运行, 是实现“无人值班、少人值守”的必要手段, 也是由“计划检修”转为“状态检修”的必要技术条件。文章首先介绍了设备状态监测的相关知识, 并对当前主要的设备在线监测方法进行了分析, 在此基础上, 从传感器数据采集、系统功能设计等方面, 对电厂机组在线监测系统进行了分析与设计, 为实现机组状态在线监测打下了基础。

一、设备状态监测

设备状态监测[1,2] (Condition Monitoring) , 是指在对设备全面、系统分析的基础上确定优化维护系统所需要的状态参数, 布置相应的数据采集设备, 采用自动或人工的手段获取设备运行状态信息和健康状态信息, 通过对运转中的设备整体或其零部件的技术状态进行检查鉴定, 以判断其运转是否正常, 有无异常与劣化征兆, 或对异常情况进行追踪, 预测其劣化趋势, 确定其劣化及磨损程度等。

设备状态监测是设备优化维护的基础, 直接影响着设备故障检测和诊断分析的准确程度。其目的在于掌握设备发生故障之前的异常征兆与劣化信息, 以便事前采取针对性措施控制和防止故障地发生, 从而减少故障停机时间与停机损失, 降低维修费用和提高设备有效利用率。

对于在使用状态下的设备进行不停机或在线监测, 能够确切掌握设备的实际特性有助于判定需要修复或更换的零部件和元器件, 充分利用设备和零件的潜力, 避免过剩维修, 节约维修费用, 减少停机损失。特别是对自动线、程式、流水式生产线或复杂的关键设备来说, 意义更为突出。

设备状态监测如图1所示, 可见设备状态监测的任务主要由三部分组成, 分别为信号获取、信号处理及监测决策, 应用到的技术主要包括传感器技术、计算机技术、信号处理技术及人工智能技术等。作为状态监测的第一级, 数据采集的准确与否, 对监测结果判断有很大的影响, 可用的传感器信号包括力、温度、电流或电压、光学信号等[3,4]。

二、状态监测方法分析

状态监测方法可视为信号处理与监测决策两模块集成的整体, 目前已开发了大量的状态监测方法, 主要可以两大类, 以下分别对其进行简要描述。

a) 基于模型的状态监测方法。对于许多设备而言, 传感器信号可视为动态系统的输出, 并以时间序列的形式表现出来, 相应地, 设备状态监测是以系统模型化和模型估计为基础的[5]。

由Willems定义可知, 对于线性时不变或非线性时变动态系统而言, 其可由三个元素组成的集合{T, W, B}来表示, 其中T表示与系统相关的时间事件集;W表示信号感兴趣变量的赋值空间, 是通过系统与环境相互作用而得到的;行为B表示映射T→W。

以线性非时变系统为例, 可由许多模型对其进行描述, 如状态空间模型、输入输出传递函数模型、自回归模型、自回归滑动平均模型等, 在这些模型中, 动态数据系统方法 (DDS) 广泛用于各种设备或过程的监测。基于模型的状态监测方法, 通过检测模型参数的改变来执行, 或检测系统期望响应的改变来执行。

基于模型的状态监测方法存在一定的局限性, 主要体现在:首先, 许多设备及过程是非线性时变系统, 描述线性时不变系统的模型无法对其进行描述;其次, 传感器信号依赖一定的工作条件, 很难确定传感器信号改变的起因, 对于状态监测的准确度会产生影响。

b) 基于特征的状态监测方法。基于特征的监测方法[6通过使用传感器信号的适当特征来辨识设备状态。给定一个传感器信号yt, t=1, 2……, 传感器信号特征 (也称监测指数或模式特征向量) 可以表示为:

其中, P (·) 为模型阶次算子。传感器的信号特征可能是传感器信号的时域或频域特征, 如均值、方差、偏斜度、特定频带功率等。通常, 模型阶次算子P (·) 可能是时变的、非线性的、甚至具有非解析的形式, 因此, 传感器的信号特征, 即监测指数可能是连续的, 也可能是离散形式的。

由以上对基于特征的状态监测方法的描述可知, 选择适当的监测指数是应用该方法的关键。理想情况下, 监测指数应满足: (1) 对设备健康状况灵敏; (2) 对设备工作条件不灵敏; (3) 实现成本经济等条件。在实际应用中, 监测指数通常通过分析研究、计算机仿真和系统试验来获取。同时, 为针对设备状态监测结果决策的准确度, 实际应用中可使用多传感器信号和多监测指数来进行状态信息判别决策。

三、机组在线监测系统分析与设计

a) 机组在线监测系统分析

1) 传感器数据采集分析。要设计机组设备在线监测系统实现对机组设备运行状态的监测, 首先需要确定要监测机组设备运行的哪些状态信息。以水电机组设备为例, 其运行过程中的主要状态信息包括以下几方面[7,8,9]:

(1) 水轮机设备状态。水轮机设备状态, 主要通过各类传感器在线获取与水轮机状态相关各设备的状态信息量, 如表1所示。

(2) 发电机设备状态。发电机设备状态信息主要有功率、转速、发电机气隙状态、局部放电信息、转子磁场状态信息、噪音、温度 (定子温度、热风温度、冷却器冷却水温度) 等信息量。

(3) 其它设备状态。其它设备主要包括变压器、出口断路器、高压电缆等设备, 需要传感器采集的状态信息主要包括与变压器相关的负荷、电流、电压、电容、油枕油位等状态信号;合闸装置动作正确性及相关温度等状态信息以及电缆局部放电等状态信息等。

2) 机组设备在线监测系统功能分析。通过对电厂机组设备监测系统的需求分析可知, 所设计的设备在线监测系统主要功能有以下几方面:

(1) 在线监测功能。机组设备在线监测数据来源于上述的在线传感器监测装置、运行巡视记录、预防性试验数据以及与监控系统、生产管理系统通讯等。

(2) 设备状态评价功能。设备状态评价功能主要包括对机组设备在线监测结果的统计分析, 能够以丰富的数据表格或图形 (柱状图、曲线图等) 形式进行展示;对机组设备状态的分析, 主要包括设备运行状况分析、设备缺陷情况分析等。设备运行状况分析, 能够实时对传感器获取的监测数据进行分析, 并对机组设备异常状态进行及时的报警等。

(3) 其它功能。为保证所设计的监测系统具备良好的人机交互环境, 监测系统还应具备良好的显示功能, 如应用虚拟现实技术, 对机组设备模型进行虚拟现实3D可视化展示等;具备实时报警功能, 针对设备监测状态在短暂时间内出现异常的情况, 确定系统的正常、报警级异常及保护级异常等运行状态, 可采用颜色映射, 结合棒图显示等技术进行实时报警;此外, 监测系统还应具备在线数据管理、管理人员授权控制等功能。

b) 机组在线监测系统设计。由上述对机组在线监测系统的分析可知, 所设计的机组在线监测系统如图2所示。

安装在每台机组各设备的传感器将各种物理信号转化为电信号, 传送到相应机组的信号采集及预处理单元, 得到反映机组运行状态的各种特征参数、曲线、图表等, 统一存储到状态数据服务器。该服务器自动运行分析和诊断软件, 定期提供状态检查日志、状态发展趋势、自动状态报告, 自动存储有故障时的监测数据等。Web服务器负责发布数据服务器中的数据和分析、诊断结果以及实时报警信息等。

四、结论

设备在线状态监测对于系统设备正常运行具有重要意义。文章在介绍设备状态监测、设备状态监测方法等知识的基础上, 重点对机组在线监测系统进行了分析, 确定了传感器数据采集参量以监测系统主要的功能设计, 给出了监测系统的架构, 为机组设备在线监测系统的实现设计提供了基础。

摘要：电厂机组设备状态监测对于电厂机组正常运行具有重大意义。针对电厂机组设备在线监测问题, 文章在介绍设备状态监测、监测方法的基础上, 重点对电厂机组在线监测系统的设计进行了分析, 主要包括传感器数据采集、系统主要的功能及系统架构等, 为实现电厂机组的在线监测系统提供了一定的理论基础。

关键词：电厂机组,设备状态监测,在线监测系统,设计

参考文献

[1]艾远高.基于虚拟现实的水电机组状态监测及分析方法研究[D].华中科技大学, 2012.

[2]舒登春.水电站在线检测及远程辅助诊断系统研究[D].电子科技大学, 2012.

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[4]张礼达.水电机组状态监测与故障诊断技术研究现状与发展[J].水利水电科技进展, 2007, 27 (5) :85-89.

[5]陈勇强.一种基于径向函数动态阈值模型的机组状态监测方法[J].中国电机工程学报, 2007, 27 (26) :321-325.

[6]陈祥献.基于Hilbert-Huang变换的电力变压器铁心压紧力监测方法[J].振动与冲击, 2010, 23 (9) :145-148.

[7]何永勇.水电机组远程状态监测、跟踪分析与故障诊断系统[J].清华大学学报 (自然科学版) , 2006 (5) :71-76.

[8]董玉亮.基于运行工况辨识的风电机组健康状态实时评价方法[J].中国电机工程学报, 2013, 33 (11) :123-127.

氨氮在线监测系统的比对监测 篇5

氨氮在线监测系统的比对监测

摘要：按照国家相关标准,利用国家标准方法对安钢污水处理厂在线监测系统,氨氮监测数据进行对比分析,结果表明,该系统测定结果符合国家相关标准要求,并建立了两方法的回归方程,从而有效地提高了在线监测系统监测数据的准确性.作 者：冯云波 于洋 FENG Yun-bo YU Yang 作者单位：安阳钢铁股份有限公司,河南,安阳,455004期 刊：广州化工 Journal：GUANGZHOU CHEMICAL INDUSTRY年，卷(期)：,38(4)分类号：X7关键词：氨氮 在线监测系统 回归方程

输电线路在线监测系统研究 篇6

关键词：输电线路；在线监测系统

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1000-8136(2009)35-0015-02

1研究背景概述

随着社会经济的高速发展，各行各业对电力供应的质量和数量提出了更高的要求，由于电网中输电线路所处环境的不确定性，使线路运行是否安全已成为电网可靠性的一项重要指标。

由于输电线路纵横延伸几十甚至几百千米，处在不同的环境中。因此高压输电线路受所处地理环境和气候影响很大，每年电网停电事故主要由线路事故引起。

以前，输电线路检查主要靠运行人员周期性巡视，虽能发现设备隐患，但由于本身的局限性，缺乏对特殊环境和气候的检测，在巡视周期真空期也不能及时掌握线路走廊外力变化，极易在下一个巡视未到之前由于缺乏监测发生线路事故。因此，线路在线监测系统应用而生，其通过无线(GSM／GPRS／CDMA)传输方式，对输电线路环境温度、湿度、风速、风向、盐密度、泄漏电流、覆冰、雷电流、周围施工情况、杆塔倾斜等参数进行实时监测，提供线路异常状况的预警，通过对线路各有效参数的监测，能够提高对输电线路安全经济运行的管理水平，并为输电线路的状态检修工作提供必要的参考。

2系统工作原理

系统由两部分组成，分别是数据采集前段(太阳能接收板、通讯系统、采集系统、抗干扰系统等)和后台收集系统组成。采集前段是一台高性能的嵌入式计算机，其主供电源为太阳能接收板，可以全天候作业。通过预先设定的程序定时对周围的各种数据。比如温度、湿度、风向等进行分析收集，视频探头可以不间断对周围环境进行实时监测，前台系统对所收集数据进行处理后，通过无线(GSM／GPRS／CDMA)传输方式可以及时传输至后台控制中心。后台接受终端可以对所收集的相关数据进行分析，根据分析结果有针对性地对相关杆塔采取防范措施，降低线路事故的发生。

3输电线路在线监测系统的组成

该系统可以采取积木式结构，针对不同地理环境和气候监测不同的线路参数，监测中心服务器采取统一的软件平台，便于综合分析、比较。现对常用的几种监测仪进行分析：

3.1微气象监测系统

输电线路由于其分散性特点，所处环境变化较多，极易由风偏、雷击、污秽等引起线路故障，特别是局部环境的变化及时掌握更需要在线数据的监测。

微气象监测系统主要对输电线路走廊微气象环境数据进行在线监测等，能将所测监测点温度、湿度、风速、风向、气压、等气象参数及严密数据进行分析。通过定期数据传送，使线路技术人员根据数据曲线能及时掌握线路运行环境的气候变化规律，以便采取相应的措施(比如：雷区安装氧化锌避雷器、污秽区采取调爬等)防止线路发生停电事故。

3.2无线视频监控系统

由于经济发展，各种建筑施工改造频繁。另外处在荒郊野外的杆塔线路极易受到外力的破坏，由此引起的线路跳闸事故逐年增加，传统的巡视方式已不能满足现有的安全需求。

因此，在电力行业，急需一种有力的监控、监测手段对输电线路周边状况及环境参数进行全天候监测，使输电线路运行于可视可控之中。架空输电线路危险点远程监控系统采用先进的数字视频压缩技术，通过无线通讯实时将线路周围情况传至后台监控中心，并可设置程序对危及线路安全的行为进行报警。采取红外探测技术对输电线路高危地区杆塔进行全天候监测，将事故隐患及时消除。有效地减少由于线路周围建筑施工等外力破坏引起的电力事故。在巡视人员不易到达地区，大大减少巡视次数，为输电线路的巡视及状态检修开辟了新思路。

系统软件强大的查询、比较、分析功能。可及时了解设备及环境变化信息，为事故预防及事后分析提供事实依据。

3.3输电线路覆冰监测

通过在易覆冰区域的铁塔上安装覆冰自动监测站。通过在线测量绝缘子垂直负荷的变量，建立在一个垂直档距单元内导线自重、风压系数、绝缘子倾斜角、绝缘子垂直负荷和导线等值覆冰厚度的数字模型。适时检测在一个垂直档距单元内等值覆冰厚度的变化，在根据线路设计标准，為用户提供预警值。还能够对现场的覆冰情况进行扪照，通过GPRS／CDMA无线通讯网络将照片、环境参数传往监控中心，在监控中心即可随时掌握线路的覆冰情况。通过对照片的比较分析可判断积冰速度，综合各种气象条件，作出相应的处理措施，防止大范围停电事故的发生。

3.4杆塔倾斜仪

由于一些朴塔处在采空区和易冲刷地段，为防止由于杆塔倾倒而引起倒杆断线事故的发生，就需要及时掌握杆塔倾斜发展情况，以便及时采取相应的措施。

杆塔倾斜仪通过自身设备，程序设计传输时间间隔，定时将朴塔顺线路及垂直线路方向的倾斜角度数据传输至后台控制中心，通过对传输同数据的曲线分析，可以及时判断杆塔倾斜的发展趋势，在达到报警状态时及时处理，是矿由开采及雨水朴刷较多地区进行在线监测的一种有效手段。

3.5输电线路防盗报警系统

输电线路近年来被盗事件逐年上升，据不完全统计，中国由于塔材被盗、导线被割引起的经济损失达上亿元之多。由于输电线路分散在野外，距离长、分散性大，一直以来没有有效的安全防范措施。

在电力线路上安装一种探测器，此探测器主要感应振动和热能，当有人靠近杆塔进行偷盗时，仪器感应发出报警，通过无线网络短信传送至相关人员手机上及信息中心。同时还可根据需要开发图像功能，在启动报警同时。启动图像功能将图像传至监控中心，保留相关视频已做为犯罪证据以供警方确认。

4项目意义

在线监测与控制系统 篇7

电力系统的网损率指标是直接反映了电网经济运行的状况。掌握电网损耗的真实情况、对造成损耗的原因进行研究分析、制定降损措施、评估降损效果非常重要。调度自动化系统 (EMS系统) 实时采集的电网遥测遥信数据, 以及电能量采集系统 (TMR系统) 采集的准实时电能计量数据, 为实现对云南电网输电网 (220kV及以上网络) 损耗进行准确、快速、多角度的自动统计和分析, 开展降低网损率的研究提供了条件。

2 系统方案

2.1 系统硬件结构

系统硬件结构见图1, 系统配置两台服务器, 运行在DMIS系统网段上。网损计算分析及通信服务器通过RS232串口实现与EMS系统进行通信接口, 通过自定义的通信协议接收电网运行实时数据;通过ODBC数据库接口与TMR系统镜像数据库 (位于DMIS系统) 进行连接, 读取电能计量数据, 同时承担系统计算、分析和统计工作。数据库、报表处理及web发布服务器负责完成系统数据、图形、参数、模型的存储, 报表的处理, 系统成果的web发布。

2.2 系统软件总体框架

系统的软件框架见图2, 主要模块有:EMS系统实时数据接口软件、TMR系统镜像数据库数据接口软件、电网建模参数设置软件、实时库软件、历史数据存储、拓扑分析、状态估计、灵敏度扫描分析、无功电压优化、实时网损计算处理软件、网损综合分析软件、数据监视人机界面、Web服务软件、报表系统。

3 系统主要功能

3.1 系统建模

电网模型是本系统进行理论网损计算、无功优化计算、网损纵向和横向比较等系统功能的基础。本系统采用图模库一体化的建模方式, 用户在绘制电网一次接线图的同时, 系统即自动完成电网模型 (电网拓扑信息) 的生成和大部分数据库的录入, 既减少了用户的人为因素和工作量, 又提高了系统数据的准确性。

3.2 在线网络拓扑分析

网络拓扑是本系统的基本功能。它根据电网描述数据库和遥信信息确定地区电网的电气连接状态, 并将网络的物理模型转换为数学模型, 为状态估计、网损分析计算等应用功能提供网络分析基础。本系统与调度自动化系统建立数据接口, 实时取得调度SCADA系统开关和刀闸的遥信信息, 结合电网模型信息构造电网拓扑结构, 实现电网拓扑结构自适应于电网实时方式, 并可形成相应拓扑图。

3.3 在线状态估计计算

状态估计数据是系统进行理论损耗统计以及各种分析的基础;系统提供的状态估计功能根据EMS系统提供的电网实时信息, 结合电网部件参数和网络拓扑分析的结果, 实时的计算出电网内各母线电压 (幅值和相位) 和潮流的最优估计值, 自动统量测系统的质量指标。检测和辨识错误开关信息和坏遥测数据。

3.4 实时在线理论损耗计算

系统利用状态估计计算的结果进行理论网损计算。状态估计软件利用EMS系统的遥测和遥信数据, 辨识并纠正不良数据, 对系统进行广义的潮流计算, 以及根据这些状态量计算出来的支路 (包括线路和变压器) 本侧和对侧潮流和网损。应用积分计算可得到理论电量及理论损耗电量。系统主要计算以下指标:

1) 输电网络全网理论损耗。

2) 输电网络分层理论损耗 (500kV层和220kV层) 。

3) 输电网络分区理论损耗。

4) 输电网络各设备损耗 (500kV变压器、500kV及220kV线路) 。

3.5 输电网损耗灵敏度分析

灵敏度分析主要计算全网有载调压变压器、并联补偿设备、发电机组无功出力、节点电压调整后对于网损的影响程度。设备调整的前提是保证电压合格。对灵敏度计算的结果按设备类型进行排队, 从而知道对网损影响最大的设备。

3.6 输电网损耗影响权重分析

系统进行降损分析计算, 制订或辅助指定短中长期的降损策略。主要进行拓扑结构改变对网损影响的权重分析和发电及负荷改变对网损影响的权重分析。

3.7 输电网降损分析

1) 动态降损策略。

通过系统无功优模块化计算, 产生动态降损策略, 比如:发电的无功出力及无功补偿设备的投切等。计算周期设定为15分钟。

2) 计划降损策略分为电力电量安排策略和网架结构调整策略。

电力电量安排策略分为日策略和月策略两种。

3.8 数据横 (纵) 向比较分析

1) 数据横向比较分析, 在同一个数据断面或者同一段时间内的数据断面基础上, 针对不同运行方式对网损进行对比分析。

2) 纵向数据比较分析, 主要针对相同 (或相近) 运行方式、或同一设备, 在不同时间段上的损耗进行对比分析。

3.9 报表及Web发布

系统自动生成的报表分为实时报表, 日报和月报三个部分。

4 系统关键技术及原理

4.1 EMS与TMR系统数据的综合分析

1) 数据接口:

系统通过4个高速RS232通信接口与EMS系统进行通信, 以自定义的通信协议进行数据转发, 获取各电网一次设备的遥测、遥信数据。通过ODBC数据库接口方式与DMIS系统中的TMR系统镜像数据库接口, 定时从TMR镜像数据库中获取准实时电能量数据。

2) TMR坏数据的替代:

系统将实时采集的EMS系统实时数据进行积分, 得到各个关口的统计电量。同TMR采集的电量数据进行比较, 将数据差异比较大的关口列出, 有助于快速查找电能量表计中的坏数据或电网模型存在的问题。对于电量数据长期不能自动采集或者存在问题的关口, 为保证电能量损耗统计的准确性, 可由人工指定该关口表采集数据用EMS统计电量代替。自动采集正常后, 取消替代。

3) TMR旁代数据的处理:

系统利用开关、刀闸遥信实时数据和线路开关准实时电量数据判断旁代事件, 对旁代数据进行预处理。

4.2 理论损耗实时在线统计分析

在电力网络经济运行的分析中, 一个重要的目标函数就是降低系统的网损。网损的大小与系统的网络结构、系统的运行方式、变压器的分接头、无功补偿点的运行方式安排等都有着密切的联系。通过理论网损的计算, 确定理论网损与实际网损之间的差异, 找出产生差异的原因, 提出降低网损的措施。

理论线损包括两部分, 一部分与电网中通过的负荷电流的平方成正比, 称为变动损耗, 如线路和变压器电阻中的损耗;另一部分与电网中通过的负荷电流无关而只与电压有关, 称为固定损耗, 如变压器中的铁芯损耗、线路的电晕损耗及绝缘介质中的损耗。

电力网变动电能损耗是指一定时段内网络各元件上的功率损耗对时间积分的总和。由于用户的负荷特性具有很大的随机性, 所以准确的线损计算非常复杂。因为元件上的损耗对时间的解析函数关系很难准确表达出来, 因此只能用数理统计的方法解决。

本系统接入EMS系统实时数据, 利用实时在线状态估计和潮流计算方法, 对电网理论损耗进行统计和分析。状态估计之后的收敛的实时在线潮流中, 已经将每一时刻的每条支路的有功损耗与全网的有功损耗计算出来 (公式1) , 单位为MW, 如图3所示。

该支路的有功损耗为:

(1)

(2)

在这基础上只要将这些有功损耗 (单位为MW) 进行积分, 如公式 (2) , 就能得到全网一天的有功损耗电量, 单位为MW.H, 继而得到每月、每年的全网有功损耗电量。这样就有了电网损耗统计的一个新途径, 可以与使用TMR系统数据统计的实际网损进行比较和分析。

4.3 输电网络损耗统计

输电网络损耗的统计采用四分统计方法, 对输电网来讲是指分层 (220kV电压层、500kV电压层) 、分区、分线、分变的四分统计; 本系统能够根据规则自动统计选定区域和选定电压等级的上网、下网电量以及网络损耗, 无须人工定义公式来进行计算。上下网关口的划分根据厂站属性以及拓扑连接关系自动生成。

4.4 网损分摊计算

网损分摊计算采用边际网损系数法, 边际网损系数法以灵敏度计算的结果为基础进行分析;边际网损系数法由于能够反映各节点造成全网网损的微增成本信息, 提供经济信号, 已成为 国外电力市场中最典型、最有应用前景的一种网损分摊方法。完全的边际网损系数法 (FMLC ) 能提供最好的经济信号, 但它不能保证所分摊的总网损与系统实际总网损一致, 所以需要对该方法所分摊的网损量进行调整。云南电网输电网络损耗实时在线监测与分析系统应用比例法来调整网损分摊量。比例法合理地分摊了系统总网损, 使之与实际总网损一致, 并且, 使用比例法后, 保持了边际网损系数法的经济信号。

4.5 无功优化分析

通过无功优化计算得到降损调整策略, 包括发电厂机组机端电压优化值, 并联补偿设备和有载调压变压器的优化状态;并可以得到并联补偿节点的实时最佳补偿容量。无功优化的结果作为系统短期动态调整策略以及中长期网络拓扑调整策略的基础数据。

目标函数: 网损最优

状态变量:母线电压;发电机的无功出力

控制变量:无功补偿容量;主变档位;发电机机端电压。

约束条件:等式约束条件:潮流方程;不等式约束条件:各种边界条件, 包括发电机的无功出力限值 (考虑发电机的无功储备) 、变压器的档位数及每次优化的可调档位数、变电站的可投无功量、母线考核点电压上下限。

4.6 降损策略制定

云南电网输电网络损耗实时在线监测与分析系统通过对输电网损耗进行分析计算得到降低网络损耗的调整策略, 主要是运行性措施。调整策略共分为两类:动态降损策略和计划降损策略。

1) 动态降损策略为实时调整的策略, 按照设定的计算周期 (15分钟) 进行实时计算。动态策略主要是通过无功优化得到的发电厂无功调整措施以及低压并联补偿设备的投切措施。然后对策略对象进行效果分析, 分别计算出各个措施的实施降损效果 (降低的损耗功率) , 形成动态调整策略, 为调度人员实时调整电网提供参考依据。

2) 计划降损策略:中长期优化策略分为两种类型, 一种为电力电量优化安排, 另一种是对电网网架结构的调整建议, 如无功配置的建议、主变分接头的调整建议。计划降损策略主要供运行方式人员调整中长期的电网运行方式参考, 以及电网规划部门调整电网框架结构参考。

5 结束语

综上所述, 云南电网输电网络损耗实时在线监测与分析系统对云南电网输电网络的损耗情况进行了多角度的分析研究, 并给出了开环的降损控制措施和建议, 提供给方式、调度和电网规划等部门进行应用, 对研究并降低输电网的损耗起到了重要作用。

参考文献

[1]白晓民, 于尔铿, 傅书逖, 等.一种安全约束经济调度的广义网络流规划算法[J].中国电机工程学报, 1992, 12 (3) :66～72.

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在线监测与控制系统 篇8

关键词：电网,输电线路,在线监测系统,运行,数据挖掘分析

输电线路是电网的重要组成部分, 对电网的运行起着至关重要的影响, 因此需要对输电线路的运行状态进行监测, 进而为线路的生产管理和设备的运行维护提供动态的信息, 为实现输电线路的安全预警和辅助决策提供重要的依据和保障。

1 电网输电线路在线监测系统构成

为了对电网的输电线路设计在线监测系统, 需要与电网的其他各个环节的工作, 如雷电、覆冰、污秽等线路运行状态的监测与其他系统的对接, 进而建立输电环节的信息管理平台, 并根据系统设计的要求, 建立相应的系统构架。电网输电线路在线监测系统是一个多信息集成的软件平台, 具有较高的复杂性, 为了保证系统的稳定性和可靠性, 需要以数据组织和数据应用两个层面进行设计, 并根据功能的不同对其在数据流中的位置进行合理的布置, 进而形成一个统一的有机整体。在在线监测系统的作用下, 可以为电网的运行提供状态监测的公共服务, 记录设备运行的监测信息, 并采取适当的权限控制, 进而满足电网发展不同应用场所的需求, 避免出现数据非法访问的现象, 进而为电网运行的可靠性和安全性创造有力的条件。

1.1 基础平台

在输电线路的在线监测系统中, 基础平台是基础和关键部位, 主要包括计算机、操作系统、数据库以及服务总线等多个部分构成, 并从雷电定位、气象监测等多个在线监测子系统获得相应的状态信息, 进而为生产管理系统、能量管理系统等提供重要的依据和参考, 这就为更高层次应用的开发提供了数据支持和服务保障, 进而为整个电网系统的运行挺高重要的保障。综合来看, 该系统基础平台主要包括以下基本功能:

1) 系统管理。系统管理是系统基础平台的基本功能, 主要是为进程管理、网络管理、安全管理、应用管理、冗余机制、任务分担和异步管理提供重要的技术支持, 并为系统的运行提供各种可靠安全的监护手段, 推动系统的正常运行。2) 信息交换。基础平台将实时数据总线与服务总线进行有效的结合, 为系统的运行提供了跨计算机和跨机构的服务, 有效的推动了数据传输的运行, 并为电网运行的相关数据的交换和分享创造了有力的条件。3) 统一模型管理。借助基础平台, 实现了对输电线路的统一管理和公共分享, 并对设备进行统一的命名、存储分布实施、属性有效关联、信息充分共享、维护科学分工的原则, 实现输电线路模型的统一管理和充分共享。4) 公共服务。基础平台提供的公共服务主要包括对数据的服务, 包括数据的存储、分享和告警以及统计多种服务, 是整个系统运行需要的基本服务功能, 是系统有效运行的基础和前提。

1.2 传感器

除了基础平台以外, 输电线路的在线监测系统还需要借助传感器, 因为为了提高监测系统运行的效率, 除了基础平台提供的基本功能以外, 还需要对系统检监测到的数据信息进行分析和评估, 进而保证工作的准确性和可靠性, 这就需要借助传感器进行校验。首先, 在一定的区域内对相同气候环境的监测装置进行分类, 形成传感器的关联矩阵, 其次要进行覆冰监测、防汛检测等多个子系统预警信息的发送, 借助传感器进行数据的传输, 最后借组关联度和关联阵距, 进行横向的比较, 对数据信息进行评估, 进而实现了对传感器可靠性的监测。

2 电网输电线路在线监测系统设计

2.1 设计监测数据交换

输电线路的在线监测系统是对数据分析为基础的, 这也是实现系统内信息交换的基础条件, 通过数据的交换, 实现了整个系统与各个子系统的有效的沟通与交流。在系统的运行中, 各个子系统将状态监测的信息通过数据推送的方式向上传输, 进而对电路的状态进行监测, 该系统主要包括以下几个功能:支持其他系统的接口和数据库, 进而实现对数据的抽取, 其次, 支持其它系统向本系统提供的Web Service接口、指定文件目录、TCP/IP监听服务端口推送数据;雷电定位、污秽监测、覆冰监测、防汛监测、气象监测子系统可通过接口向输变电设备状态监测系统推送输电线路状态预警信息。此外, 该系统还采用XML或文本格式来组织交换数据。

2.2 设计对象模型管理

在输电线路的在线监测系统的设计中, 需要对对象模拟进行管理, 因为在系统设计过程中, 需要借助动态的建模工具, 建立相应的模型, 进而对输电线线路的各个关系有一个明确的把握。在客观的描述和表达下, 对系统的数据存储和交换等工作进行查看, 提高了系统运行的透明度。在对数据采集后, 进行分析和处理, 进而实现了散落于不同系统中的数据进行有效的关联。在数据模型的指导下, 结合对象化数据, 依照电路的实际情况, 判定数据的类别。对象模型管理为用户提供设备模型的录入、修改和删除等功能, 可以实现数据的共享, 具备模型的导入、导出、备份和恢复的功能。通过对模型的管理, 建立了监测设备与输电设备的关系, 进而形成了子系统和本系统的映射关系, 为系统的运行创造了有力的条件。

2.3 校核可靠性

在输电线路的在线监测系统的运行中, 除了要对数据进行采集、分析和处理以外, 以及建立相应的模型对系统的运行进行分析, 还需要对系统运行的可靠性进行校核, 确保系统的运行符合规定的要求, 满足电网发展的需要。为了对系统运行的可靠性进行校核, 需要借助传感器。

3 电网输电线路在线监测系统的应用

鉴于输电线路的在线监测系统对电网的运行起了积极的作用, 有效的提高了系统运行的可靠性和稳定性, 在各个电网的运行中得到了广泛的应用, 并发挥了巨大的作用。特别是在高压线路以及跨区线路进行重点监测, 对电网运行的相应环境参数有明确的把握, 对工作的开展提供了重要的依据和参考。在电网在线监测系统的应用中, 可以实现对线路的电流、环境温度、日照、风速等内容进行监测, 并根据测量参数, 对导线温度进行计算并与实测值进行比较的结果, 可见计算结果与实际测量值基本一致。可见, 在在线监测系统的应用中, 为整个电网的运行提供了重要的依据和参考, 可以及时的对各个设备的运行状态进行了解, 进而扫除系统运行的障碍, 推动电网向着高效的方向发展。

4 结束语

以上是本人对电网输电线在线监测系统设计与应用的初步探讨, 更深一层有待与同行人士共同探讨!

参考文献

[1]李昭廷, 郝艳捧, 李立涅.利用远程系统的输电线路覆冰厚度图像识别[J].高电压技术, 2011.

配电线路在线监测系统的研发与应用 篇9

配电网直接联系用户,其可靠供电能力和供电质量既是电力企业经济效益的直接体现,又对应着不可估量的社会效益。配电线路在线监测作为配电自动化的一个重要内容,对提高供电可靠性有很大影响,也得到了越来越多的重视[1]。

国网浙江省电力公司通过配电线路在线监测系统的建设,实现故障监测装置由离线向在线的转变、 配电线路运维由人工巡检到在线监测的转变、故障报修向主动抢修的转变、事后抢修向事前预警的转变、被动接收停电报修向主动服务的转变。通过以上5个转变,提升配网运行管理水平,优化配电网运行方式,提高了优质服务水平。文章介绍了国网浙江省电力公司配电线路在线监测系统组成、系统架构、系统功能及应用成效。

1配电线路在线监测系统组成

配电线路在线监测系统具有端到端的安全链路、智能化的终端装置管理维护、自适应的多协议通信、高效的负荷能力、大数据快速的故障定位算法等技术特点。配电线路在线监测系统由配电线路故障指示器[2]、通信终端、远程通信信道、安全接入平台和监测主站组成(见图1)。

1.1故障指示器及其与终端通信的方式

故障指示器用于监测架空线路或电缆的负荷电流、对地电场强度、故障电流、线缆温度等,故障指示器到终端的通信采用双向短距离无线调频(跳频)通信方式进行,各终端厂家采用私有的通信规约,使用420 MHz~470 MHz无线频段(自动跳频),通信范围约10 m。

1.2通信终端及远程通信信道

通信信道主要采用GPRS/CDMA等接入点名称 (Acess Ponit Name,APN)无线专网模式[3];采用国网通信规约(《国网浙江省电力公司配电线路数据采集终端通信协议》),通信要求支持浙江省电力公司专网SIM卡,实时在线(加电自动上线,掉电恢复后自动重拨)。通信终端主要由采集模块与通信模块组成,主要功能是采集故障指示器发送的数据并进行本地故障分析,然后将采集数据与故障告警由通信模块发送给主站。根据《国家电网公司智能电网信息安全防护总体方案》要求,终端须安装国家电网公司统一研发的终端安全专控软件和安全加密卡,实现与安全接入平台的双向身份认证。

1.3安全接入平台

安全接入平台是信息内网与第三方网络边界安全防护的重要安全设备,对非公司信息内网区域终端提供以安全专网方式接入信息内网并进行设备接入认证、数据隔离交互与实时监测审计的边界接入防护[4]。安全接入平台最大接入容量可达30余万, 目前已实现接入容量有10万多套监测终端设备。 配电线路在线监测系统采用在终端侧加装安全芯片和安全专控软件并通过安全接入平台接入主站的模式。对于海量(>5 000)信息采集类无线终端的接入,采集数据在进入安全接入平台前进行汇聚,以弥补安全接入平台并发连接数存在瓶颈的问题。

1.4主站系统

主站系统负责装置的安装、轮换、拆除以及参数设置、通信调试、状态管理等,同时负责将数据及时发送至配网抢修平台和配网自动化系统。

1.5业务流程

故障指示器采集配电线路的实时运行信息并定时通过短距离无线上报通信终端,当线路发生故障时, 故障指示器通过内部预设条件判断出故障,进行翻牌指示,并产生一个故障信号上送给通信终端,通信终端则通过GPRS与主站通信,转发接收到的数据[5]。

信息发送至安全接入平台接入身份认证后进行解密处理,接入至内网前置机,业务处理器对上送的报文进行分析处理后,发送至配电线路在线监测主站,主站系统接收到通信终端发来的数据,放于界面上显示,故障信息可结合系统单线图进行显示,主站系统根据特定算法查找出最后一个翻牌的故障指示器,并结合地 理信息系 统(Geographic Information System,GIS)定位到每个故障指示器及电线杆的位置,从而给出故障点的位置范围,并通过短信将故障信息发送给相关人员,故障处理完毕后主站发命令或故障指示器自动复归完成整个故障处理流程。

2配电线路在线监测系统架构特点

依托现代数字通信技术、计算机软硬件技术、 在线监视自动测量技术、地理信息应用等技术,实现配电线路在线监测装置 ( 以下简称装置 ) 与主站的信息 交互,通过集成 生产管理 系统(Production Management System, PMS)、GIS平台、配网抢修平台、配网自动化系统等应用,快速定位故障位置和故障时间,帮助抢修人员迅速赶赴现场,排除故障,恢复正常供电,大大提高供电可靠性,大幅度减少故障巡线人员,提高工作效率[6]。

配电线路在线监测系统架构如图2所示。在设计时,充分考虑与PMS、配网抢修平台及配网自动化系统的接口及融合。配网在线监测系统与PMS系统的接口主要用于配网在线监测系统的电网档案获取。

配电线路在线监测系统与配网生产抢修指挥平台主要用于配电线路在线监测终端档案的发布、事件告警的推送以及配网生产抢修指挥平台主动获取故障点时间段内的任务与告警遥测数据等的实现。 配电线路在线监测系统按照网页服务(Web Service,WS)方式提供终端、监测点档案信息,配网生产抢修指挥平台按照时间段获取,获取周期为5 min,首次获取所有档案。任务与告警数据由配网生产抢修指挥平台主动根据业务需求获取配电线路在线监测系统上报故障时间段的任务遥测数据与告警携带的遥测数据。事件告警由配电线路在线监测系统主动推接地或短路告警数据。

配电线路在线监测系统与配网生产抢修指挥平台接口主要用于获取配电在线监测系统推送到配网生产抢修指挥平台的告警数据的研判结果和故障信息的处理时间。

3配电线路在线监测系统功能

配电线路在线监测系统功能主要包括装置管理、数据管理、运行管理、统计分析、系统权限管理、 终端升级等。配电线路在线监测系统在完成上述功能的基础上,其程序界面做到了使用户无需去阅读操作手册就知道该如何使用该界面。

3.1装置管理

装置管理提供资产管理、装接管理和装接管控等功能。资产管理包括终端资产管理、指示器资产管理、SIM卡资产管理、设备信息查询、批量档案查询、设备日志查询、设备条形码管理及资源成图管理。装接管理包括装置安装、装置更换、装置拆除和装接调试单查询等功能。装置安装功能,第一步将终端与安装点(杆塔、电缆分支箱、开闭所)进行关联,第二步将监测点与监测设备(线档、电缆支线)关联。装置更换功能包括修改终端与安装点(杆塔、电缆分支箱、开闭所)关联,将监测点与监测设备(线档、电缆支线)关联关系。装置拆除包括拆除装置, 删除关联的档案,终端、指示器、SIM卡改为库存。 装接调试单查询提供装接调试单查询,按装接起止时间、调试状态查询监测装置装接调试情况。

装接管控包括装接统计和安装覆盖统计。装接统计实现对监测装置装接统计查询,提供饼图或表格的形式展示监测装置装接数、成功数、失败数、调试中数量等信息。安装覆盖统计实现对各单位安装覆盖情况的统计。

3.2数据管理

数据管理功能包括采集任务编制、数据召测、终端任务管理和漏点补召。采集任务编制包括制定任务模板和装接默认任务。制定任务模板实现根据不同业务对采集数据的要求编制采集任务,定制采集任务模板;装接默认任务实现根据不同业务对装接的要求, 确定监测装置、指示器与任务模板关系。数据召测实现对单个或多个采集对象进行总召。终端任务管理实现对单个或多个终端进行任务手动配置和下发。漏点补招实现对终端任务漏点的数据进行审计、补召。

3.3运行管理

运行管理功能包括主站运行管理、设备运行管理和异常运行管理。主站运行管理包括主站运行状态监测、通信信道监测和操作监控日志产生等。设备运行管理包括对终端参数设置管理、指示器地址管理、装置遥控、终端时钟异常处理及终端对应参数设置管理等。异常运行管理包括装置运行异常和配电线路运行异常管理。

3.4统计分析

统计分析功能包括采集质量检查、数据查询和报文查询等。采集质量查询实现按省、市、县、供电所等单位范围、日期 / 月份、厂家统计配网数据采集情况,计算配网数据采集完整率指标。数据查询实现提供线路监测数据、线路状态数据查询。报文查询实现查询终端上行、下行报文并提供报文解析。

3.5系统权限管理

系统权限管理功能包括权限管理和密码管理。 权限管理实现修改角色菜单权限。密码管理实现管理本账户密码。

3.6终端升级

终端升级功能包括终端版本召测、升级任务申请审批、升级文件管理、终端升级任务执行和终端升级结果统计等。

4配电线路在线监测系统应用成效

4.1配电线路在线监测系统应用流程

配电线路在线监测系统应用流程如图3所示。 该系统将上传的故障监测推送至配网抢修指挥平台,由平台根据“故障位置应当在从电源沿潮流方向最后一个经历了故障电流的故障指示器的后段或和某个未经历故障电流的故障指示器之间”的原理自动研判,生成故障监测信息进行展示。指挥人员在派工前将生成的疑似故障信息与故障指示仪的故障范围结果进行故障标注,派工后自动将故障范围结果保存到内部抢修工单详情中,并可将故障范围结果的内容以短信的方式发送给抢修人员。

4.2配电线路在线监测系统经济和社会效益

浙江省现 有配电线 路近3万条,按照平均 每条线路安装10套装置测算,预计总体规模需安装30万套装置,目前接入规模已达80%,带来的管理水平的提升和产生的经济和社会效益已现成效,主要包括以下6方面。

1)故障精准定位、抢修快速反应,缩短停电时间,减少电量损失。以浙江全网2万余条配电线路进行测算,按每年出现1 000余次线路故障,每次故障巡查减少2 h故障查找时间计算,每年缩短配电线路停电时间2 000余小时,减少停电电量500 MW·h。

2)全方位、全天候实时监视,改变配电线路运维方式,降低用工成本。目前全省配电主线路20万km,按每年每条线路减少巡线次数5次计算,仅此一项每年减少巡线里程达100万km,节省了大量的人力和车辆。

3)通过对配电线路运行数据的分析,可为配网网架调整提供技术支撑,优化配网运行方式,提升配网运行效益。系统可采集每个监测点的15 min遥测、遥信数据,通过对这些数据的有效分析,可为配电线路增容改建、配网运行方式调整提供技术支撑。

4)故障及抢修信息可及时推送至95598系统, 缩短话务员的反应时间,提高话务员工作效率。按照每次线路故障用户平均报修电话40个,减少50% 报修电话测算,每年减少95598工单20 000余张。

5)停电主动温馨提示,践行优质服务承诺。配电线路在线监测系统的建设,缩短了故障发现和定位的时间,通过配网抢修平台的实时研判,可快速完成故障影响的用户范围,从而可在用户报修前将停电信息主动通知给用户,践行优质服务承诺,提高优质服务水平。

6)改变配网运行方式,提高配网供电可靠性。 一方面通过系统的建设在一定程度上替代传统的线路巡查方式,及时发现故障隐患、快速消除隐患,提高配电线路运行的可靠性;另一方面,通过系统的建设,缩短了故障发生后的发现、分析、定位、抢修时间,进一步提升了配网运行可靠性。

5结语

建设配电线路在线监测系统是智能电网配电环节的必然选择,是配网自动化的重要方式,不仅可为电力企业取得巨大的经济效益,也是电力企业实施 “供好电、服好务”的有力支撑。国网浙江省电力公司配电在线监测系统总体运行情况良好,在及时发现设备隐患、避免设备故障、提高设备检修效率、降低设备运维成本、提升应急指挥能力、增强电网安全运行水平等方面已取得较好的成效,功能和性能均达到了系统建设预期目标。

摘要：配电线路在线监测系统是国网浙江省电力公司加强配电线路监测管理、实施智能电网整体战略的重要组成部分。文章基于国家电网公司配电线路故障指示器技术规范,结合国网浙江省电力公司配电线路在线监测装置技术规范、系统通信协议、无线终端安全接入标准和业务需求规范,提出了配电线路在线监测系统组成、架构和应用流程。通过配电线路在线监测系统的建设,国网浙江省电力公司提高了供电可靠性,提升了配网运行管理水平,优化了配电网运行方式,并提高了服务水平。

消火栓在线监测与定位系统研究 篇10

若没有对消火栓进行定期的检修、试压,火灾一旦发生,则不能有效利用就近资源进行灭火。因此,笔者开发一套实时监测管网运行状况的检测系统,以确保消防管网系统的正常有效。

1超限定位系统构成

失压定位系统由机械式失压检测模块、休眠唤醒触发模块、无线数据传送模块、电子水压传感器以及控制核心构成,如图1所示。

消火栓在线检测系 统要求能 够实时检 测消火栓 状态,系统功耗低,运行稳定。本系统为了降低系统运行功耗和提高系统可 靠性,设计机械 式压力超 限检测模 块。 当消火栓压力过大或者过小时,机械式压力检测模块唤醒控制核心,实现突发事件检测,将信息报送监控中心。 同时本系统还设有周期性数据上报功能,保证监控中心能够监控每个监测点的健康运行。系统设有休眠唤醒触发模块,实现系统的周期性上报数据。突发性事件触发和周期性触发控制核心,既满足了监测系统超低功耗的需要,又实现了系统在线监测。

2系统硬件设计

2.1机械式压力超限检测模块

消火栓压力检测,采用压电式检测方式时,会造成检测终端功耗大,影响整机使用时间。而为了降低检测终端整机功耗,采用周期性唤醒检测方式时又不能实现消火栓实时检测。采用压电检测传感器方式,整机功耗与实时检测矛盾,不能两者同时兼顾。

为了解决检测终端的功耗和实时检测之间的矛盾, 检测终端添加机械式超限触发功能,唤醒检测终端,进行数据检测和传输。消火栓机械式超限驱动模块,由传感器固定套、压力标定旋钮、压力传递杆、压力转换弹簧、触发游块、上下限压力调节环构成。图2是机械式压力超限触发模块,已安装到消火栓上,通过压力连通孔,使得管道内水压施加到压力传递杆上。在水压的驱动下,压力传动杆沿传感器内腔上下移动,带动触发游块移动,接触上下限压力调整环,产生触发电平。当消火栓压力过小时,在压力转换弹簧的作用下,压力传递杆带动触发游块向下移动,游块接触下限压力调节环,产生触发电平, 唤醒检测终端发送检测数据。同理,当消火栓压力过大时,触发游块向上移动,接触上限压力调节环,产生触发电平,实现消火栓实时超限检测。

消火栓报警系统采用极限状态,驱动报警方式。消火栓报警采用机械式压力极限检测模块,当消火栓压力超限时(含上下限)唤醒控制模块。由控制模块驱动电子水压传感器,将精确水压报送监控中心,实现消火栓远程检测。消火栓在线检测主要采用机械式失压检测模块, 可以实时检测消火栓的压力是否在允许范围内,降低整个检测点的功耗。消火栓压力检测模组同时采用周期性触发方式,唤醒控制核心,让其和控制中心传输当前消火栓压力。检测点与控制中心的周期性通信采用应答式 , 确保检测点周期性传输数据。这种周期性检测,既保证了消火栓检测点的工作状态的可知性,又降低了检测模组的功耗。

2.2消火栓定位

消火栓定位若采 用内置GPS芯片定位,需要外置GPS定位天线。在实际监测的建筑物内消火栓,定位天线无法接收卫星信号,难以获取消火栓坐标信息。在公共消火栓上添加GPS定位时,卫星接收天线容易受到破坏,每次开机均需要启动GPS进行坐标获取。要实现消火栓的米级定位,需采用差分定位或者购买该点的绝对坐标。采用差分定位,每个监测点开机至正确接收差分信号实现差分定位,需要耗时约1min,造成整机功耗上升,同时监测点的GPS天线安装困难,且容易受 到外界的破坏。本系统采用预置监测点差分坐标,每当监测点周期性监测数据上报或者事件触发型数据上报,均发送差分坐标数据。为出警寻找消火栓提供精确位置坐标, 为优化救火路线方案提供基础数据。

在消防监控中心构建基于载波相位差分定位基站, 基站向每个检测终端提供差分定位修正值,提高每个检测终端定位精度在30cm以内。单基站差分定位时,能够保证定位精度在30cm范围内,基站的有效覆盖半径为20km。本系统消火栓检测点的定位系统,是采用经 纬度预置方式进行定位。在检测点安装设备前,进行该点的经纬度差分测试,将卫星运转整个周期内进行经纬度偏差计算,求其平均值。获得的经纬度信息和动态差分卫星定位数据进行偏差计算,平均经纬度坐标和动态经纬度坐标偏差在30cm之内。当出警人员前往事发地时,携带接收基站差分数据的导航设备,能够提供前往事发地路径图以及就近消火栓位置图,导航定位误差在30 cm以内,同时提供就近消火栓的运行状态。使得出警人员能够准确地、及时地找到事发地和可用消火栓。

周期唤醒脉冲采用定时时钟芯片,获取周期触发脉冲,使得检测模块能够定期向控制中心发送检测数据,确保检测通 道的正常 运行。 消火栓定 位采用定 位芯片SL869进行差分定位。

2.3数据无线传送

消火栓监测系统通信方式有两类:一类为室外消火栓,消火栓一般沿道路、重点防火区域外围布设,消火栓监测点的有源供电难度大、成本高,采用数据中转远传的模式与有源供电矛盾,所以室外消火栓监测点的数据通信采用单点数据GPRS远传模式;另一类为室内消火栓, 在室内寻取供电方便点作为无线信号中继站,接收消火栓监测点的无线ISM数据,中继站采取GPRS的方式再将数据远传,节省室内每个监测点数据远传带来的资费。

室内无线信号中继站接收消火栓监测点的无线ISM数据,通过GPRS方式将数据传送至监控中心。室内信号中继站与每个消火栓监测点的距离不一,导致无线信号接收强度不同,为保证无线通信可靠性,信号中继站需依据接收头码信号时的信号强弱,自动调节无线覆盖范围。信号中继站调大无线覆盖范围的瞬间(约5.6ms)峰值电流将达到2A,因此设计无线信号中继站电源时,需满足峰值大于2A,且具有很好的动态响应。

3程序设计

程序设计时,最大化地精简中断中的语句,提高程序的效率,确保MCU对外设的响应时间,确保在机械式压力超限检测模块 和周期唤 醒脉冲发 生器产生 触发电平 时,能够唤醒控制核心。程序流程图如图3所示,系统初始化时,首先用默认参数进行系统初始化设置,检查系统配置的EEPROM中是否存在掉电标志,若存在则将EEPROM中数据作为当前参数恢复,然后执行主程序。

4结束语

消火栓在线监测与定位系统提出一种机械失压传感器和电子式水压传感器共用,消火栓差分坐标预置的方式,实现了消火栓网络系统的在线检测和定位。将设计的消火栓检测和定位模块,安装于市政公共消火栓,以及消防重点部门的高层建筑消防管网末端消火栓,进行实际工况测试。

消火栓差分定位测试,距离消防支队基站30km外设定一参考点 差分定位 坐标信息 为3723.2401057,N, 11759.0840681,E,距离该参考点1m处的第一测试点差分定位坐 标信息为:3723.2401032,N,11759.0833914, E,移动3m以后的第二测试点的差分定位坐标信息为: 3723.2401190,N,11759.0813637,E,经过GPS经度纬度距离计算,参考点与第一测试点的距离为0.995m,参考点与第二测试 点的距离 为2.985 m。采用差分 定位方式,在一定的区域内可靠实现了消火栓的精确定位。

检测模块的 低功耗测 试,模块每24h发送一次 数据,完成一次数据传输耗时约60s,检测模块发送一次数据约耗能0.002 8Ah,若用1Ah的电源给其供电,约用时357d,满足检测模块的低功耗要求,可减轻管理部门巡检负担。机械式水压检测传感器的误差测试,机械式压力超限检测模块外螺纹直径为13mm,机械式压力超限检测模块的压力传递杆与高压水接触面积为0.282 6 cm2,消火栓的静水压力范围为0.15~1.00 MPa,所以压力传递杆的受力范围为4.32~28.8N(取g=10)。压力转换弹簧强度K为3.850N/mm,承载长度为8mm,触发端子的有效宽度为0.3mm。当由于消防水压产生比较大的波动时,触及水压的上下限时,触发端子的宽度将引起最大分辨为0.3×3.85=1.155N的检测精度,约合0.04 MPa的检测精度,因此机械式水压检测传感器的检测分辨率为95.3%。依据消火栓定位、检测模块的功耗、 机械式水压检测传感器等参数的测试数据,推导消火栓在线监测与定位系统的各项技术指标均满足实际需求。 实验数据表明,该系统实现了以下几点功能:

(1)基于差分定位模式实现了消火栓精确定位,为基于地图导向寻找方式,提供误差在30cm内的坐标信息。 消防人员寻找消火栓时,提供最近的、近况良好的消火栓坐标信息,优化寻找消火栓的路径,争取救援时间。

(2)采用机械式和电子式双传感器,实现了消火栓实时健康检测,避免了周期性检测带来的时效性误差。在管道出现失压、过压时,体现出优良的检测性能,为系统的预警和自动泄压提供测算依据。