变电站用水监控系统的研发

1、QC 成果报告书变电站用水量系统的研发小组名称： 乐清市供电公司变电运检中心 QC 小组：2015 年 12 月1目录一、小组简介1二、选择课题4三、设定目标5四、提出方案并确定最佳方案5五、制定对策12六、对策实施13七、确认效果17八、标准化17九、总结体会及今后打算172背景简介：浙江乐清市供电公司变电运检中心变电运维班主要负责公司所辖的 16座 110 千伏变电站、9 座 35 千伏变电站和 3 座 20 千伏联络变电站的日常巡视维护工作。随着和的发展，预计 2016 年将有 3 座 110 千伏变电站，随着所管辖的变电站数量增多，变电站用水管理难度逐年加大。专业名词解释：DTU是专门

2、用于将串口数据转换为 IP 数据或将 IP 数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。DTU 广泛应用于气象、水文水利、地质等行业。一、QC 小组简介表 1小组简介表3小组名称乐清市供公司变电运检中心 QC 小组所在部门乐清市供电公司变电运检中心课题类型创新型成立日期2011 年 2 月 5 日课题日期2015 年 3 月 12 日登记号WZQCXZ2014072男程度本科/技术等级工程师/组长课题名称变电站用水量系统的研发成员情况成员学历/技术等级组内分工成员情况成员学历/技术等级组内分工男工程师/副组长男本科助理工程师组员男本科高级工组员党允舒女助理工程师组员男本科高级工组

3、员叶湖男助理工程师组员金振南男本科中级工组员女助理工程师组员二、选择课题目前，变电运检中心管辖 16 座 110 千伏变电站和 8 座 35 千伏变电站，管辖的变电站采取“无人值班，定期巡检”的工作模式。设施类缺陷的发现与处理往往有一定的滞后性，其中变电站给问题尤为突出。许多变电站的水管存在地面沉降老化现象，容易导致水管破裂，而值班员往往无法及时发现，造成源大量浪费和较大的用水管理难度逐年加大。损失。近年来，随着所管辖的变电站数量增多，变电站（一）小组成员对 2014 年变电站月用水量进行统计，如图 1 直方图所示。小组成员对月用水量超过 10 吨的变电站发现，均发生过在漏水现象。（二）201

4、3 年因漏水产生水费（三）通过对各个变电站及综合班元，2014 年因漏水产生水费元的分析，发现水费单是一抄收到一次（如图 2所示），往往在拿到了水费单才发现变电站上月用水量不正常，再通知巡视去现场查看漏水情况，此时该变电站可能已经漏水很多天了，故存在变电站用水量反馈不及时的问题。4图 2 水费单提出课题小组成员变电站数量逐年增加，漏水发现不及时，用水管理难度加大的问题，确定 QC 小组活动课题为：变电站用水量管理系统的研发。三、设定目标(一)课题目标用水量信息 1 小时更新一次。(二)目标可行性分析小组成员软件编程能力较强，熟悉常用编程语言和编程工具的运用。通过查阅资料和市场发现，电力系统的系

5、统可以实时电网运行，因此可以在 1 小时内完成变电站用水量信息的数据更新。四、提出方案并确定最佳方案(一)提出方案本 QC 小组成员集思广益，如何开发变电站用水量系统利用“头脑风暴法”提出三个方案，整理如下图所示：小组变电站用水量反馈不及时提出两个解决方案，5(二)方案分析本小组对以上三种方案进行对比分析，如表 2 所示。表 2方案对比表6方案对比方案 1：利用无线网络通讯系统方案 2：利用电力系统方案 3：基于宽带互联网通讯特点优点：1. 不影响电力系统正常运行；2. 灵活性高； 缺点：1.技术难度大；优点：1. 小组成员熟悉该系统；2. 运行性能稳定；3. 费用低； 缺点：1. 系统兼容性

6、差；2. 电力 系统加入用水量信息可能会影响电网可靠运行；3. 涉及部门较多，协调、运维难度较大。优点：1. 不影响电力系统正常运行；2. 网络稳定；3. 技术成熟； 缺点：1. 需要铺设网线；2. 网络费用较高；通讯费用每月：10 元 5G无包月：100 元（流量无限制）综合分析虽然技术难度较大， 但小组成员有相关项目的研发经验。而且不影响电力正常运行。影响电力系统的信息安，涉及部门较多，可行性较差。由于传输数据量小，包月使用不 ，费用较高。而且需要铺设网线，工程量较大。是否采用不采用采用不采用变电站用水量系统的研发方案 3：基于宽带互联网通讯数据集中器网线铺设路由器方案 2：基于电力系统C

7、DT 规约104 规约安全分区电力数据网OPEN3000方案 1：基于无线网络通讯服务器无线通讯DTU(三)确定研发步骤选定方案后，本小组初步确定了校验计算软件的研发步骤，对各项具体步骤制定方案并选择。1、开发工具的选择VC+开发工具windows系统组态软件要求：1.适用于 windows 操作系统平台2.开发简单、快速表 3 开发工具综合对比表结论：通过不同开发工具的性能进行对比，我小组决定选用组态软件作为开发工具。小组对组态软件进行了选择，经过市场，提供 2 种选择方案，如表 4所示。三维组态软件WINCC7方案 1： VC+方案 2：组态软件开发周期1 年2优点VC+开发平台功能强大，

8、适用范围广，适合开发计算复杂的软件。使用简单、对编程技术要求较低、功能模块化、界面美观、适用于开发管理系统。缺点开发难度较大，过程复杂，bug 较多。性能单一性，兼容性差。评价VC+不适合在短时间内开发系统。组态软件合适开发管理软件，模块化功能可以缩短开发周期。：制表人：金振南制表时间：2015 年 7 月表 4 组态软件综合对比表结论：通过不同组态软件的性能进行对比，我小组决定选用三维为开发工具。软件作2. DTU 模块无线网络的选择DTU 用于传输变电站用水量信息，小组成员通过发现，目前 DTU 使用的无线网络有 GPRS、CDMA、LTE 等三种，如表 5 所示。GPRS无线网络类型CD

9、MALTE表 5DTU 无线网络的选择3、传输协议的选择8方案 1： GPRS方案 2：CDMA方案 3： LTE全市覆盖率100%80%50%上网速率下行: 85.6 kbps上行: 42.8 kbps下行:2.4Mbps 上行:153.6kbps下行:100Mbps 上行: 50Mbps优点设备价格便宜、信号稳定上网下行速率较快上网速度快缺点稳定性稍差信号覆盖率低信号覆盖率低、设备价格高评价由于传输信息量较少，方案可以满足系统要求，而且该方案的 DTU 设备的价格更低，信号覆盖范围更广，因此更具优越性。结论采 用不采用不采用时间：2015.07.11地点：变电运检中心：方案 1： 三维软件

10、方案 2：WINCC国内市场占有率50%10%优点售后服务好，I/O 驱动丰富，价格。可靠性高，功能强大，适用于工业过程。缺点支持的语言种类少。价格高昂，兼容性差。评价三维软件能满足变电站用水量系统的要求，而且售后网点较多，有利于课题进程。：小组成员通过发现，目前水流量表计传输协议有 ModBus、CJ/T224、DL/T 645等三种，如表 6 所示。ModBus传输协议CJ/T 224DL/T 645表 6 传输协议对比表结论：通过传输协议性能进行对比，我小组决定选用方案 1 作为通讯传输协议。4、水流量监测设备选择为了实现远传用水量信息传输，要求水流量监测设备具有数据远能，小组成员通过发

11、现，目前有超声波流量表、光电直读流量表、电磁流量表等三种设备可供选择，如表 7 所示。超声波流量表流量监测设备光电直读流量表电磁流量表9方案 1：ModBus方案 2： CJ/T 224方案 3：DL/T 645特点优点：1、适用范围广是通用工业标准2、可以在不同厂家之间通讯3、接口种类丰富（RS-232、RS-422、RS-485 和以太网设备） 缺点：1、寄存器功能需要用户自行定义2、无起止符，调试复杂。优点：1、接口种类丰富（Meter-BUS、RS-485、无线、光电收发接口）2、性强缺点：1、适用范围小。2、需要专门开发 I/O驱动程序3、适用范围小。优点：1、适用该协议丰富2、性强

12、缺点：1、接口种类单一（RS -485）2、需要专门开发的驱动程序。3、适用范围小。评价ModBus 协议是开放性协议，大部分组态软件都有该协议的驱动程序，可以减少开发时间。：表 7流量监测设备对比表结论：通过流量监测设备性能进行对比，我小组决定选用方案 2 作为流量监测设备。5、电源设备的选择水流量监测装置和 DTU 设备都需要电源供电，要求：1、输出电压直流12V10%；2、电压波动10%。小组成员通过，发现常见的电源设备有开关电源和便携式电源适配器两种方案可供选择，如表 8 所示。10方案 1：超声波流量表方案 2：光电直读流量表方案 3：电磁流量表原理超声波声束在水中因速度发生变化而产

13、生的时差，利用时间差计算流速。由于字轮的位置不同，就会对不同的码道。光照射在字轮端面上， 会产生一组明暗信号，就可以确定字轮的位置。利用 电磁感应定律，导电流体流过时，流速增大时， 电势也增大。特点优点：1、安装方便，不用断管断流、不破坏管道。缺点：1、精度低2、需要长期供电优点：1、没有累计读数差2、只需读数据时供电， 可断电。缺点：1、安装繁琐，断流。2、水质浑浊影响精度优点：1、无损失。2、口径大缺点：1、价格高2、积垢会导致误差3、需要长期供电4、安装繁琐，断管断流示意图价格1000-2000 元200-300 元700-2000 元评价超声波流量表虽然安装方便，但是精度低，价格高。光

14、电直读水表，精度高，价格便宜， 使用方便。电磁流量表价格高，使用不方便。：开关电源电源设备便携式电源适配器表 8电源设备性能对比表结论：通过不配器。源设备的性能进行对比，我小组决定选用便携式电源适11方案 1： 开关电源方案 2：便携式电源适配器输入电压AC220V10%AC110-240V输入频率47-63HZ50-60HZ输出12V6A/5V2A12V1A示意图试验分析序号1230平均标准12121212输出12.411.512.312.4波动4%价格200 元12 元评价方案 2 满足系统要求，而且价格便宜，因此选择方案 2。序号1230平均标准12121212输出12.112.311.

15、5511.75波动3%(四)确定最佳方案经过以上一系列选择，小组找出研发变电站用水量系统的最佳方案。开发工具组态软件三维基于无线网络通讯系统无线网络 GPRS通讯协议ModBUS流量监测设光电直读流量表电源设备电源适配器五、制定对策根据最佳方案，小组成员按照“5W1H”的原则制定了相应的对策表，见表9。表 9 对策表12序号对策目标措施完成时间地点1采用软件开发程序编译100%正确1、安装程序2、设计系统界面3、编写程序2015 年 6 月8 日办公室2采用 GPRS网络的 DTU丢包率 0.5%1、小组成员采购设备2、进行联网调试2015 年 6 月16 日办公室3采用 Mod- Bus 协

16、议正确率100%1、学习研究 Modbus 协议2 、 安装 ModSim32 、ModScan322、进行 调试2015 年 7 月3 日办公室党允舒4采用 光电直读流量表安装符合 CJJ/T155-2011 标准1、采购流量表2、分析通讯协议3、安装流量表2015 年 8 月25 日办公室5采用 电源适配器输出电压波动5%1、采购电源适配器2、调试设备2015 年 9 月20 日办公室6整机组装与调试数据传输误差小于 1%1、组装各种设备2、进行调试2015 年 10月 16 日办公室/ 变电站制表人：制表时间：2015 年 7 月六、对策实施实施一、采用软件作为开发工具1、小组成员在电脑

17、上安装要求编写完成程序。7.0软件，完成系统界面设计，并根据图 37.0 软件（a）（b）（c）图 4系统界面3、编写程序13图 5 编写程序效果检查：程序编译结果，0 错误，100%正确。小目标实现！实施二、采用 GPRS 网络的 DTU根据选择方案，小组成员选购北京驿唐科技 MD-309G GPRS DTU，从供应商处取得该模块的技术资料。通过自带的设置程序，对相关功能进行了配置，并采购了移动。通过串口 RS232 和 PC 机 COM1 口相连进试，结果显示丢包率在 0.5%以下。图 6 DTU效果检查：调试结果显示丢包率0.5% 。小目标实现！实施三、采用 ModBus 协议小组成员学

18、习研究 ModBus 协议，并安装 ModScan32、Modsim32 软件进行分析。顺利通过试验，结果正确率 100%。14图 8Modbus 协议图 9Modbus 协议软件实施四、采用光电直读流量表小组成员采购了JYYC-15 -40 光电直读远传流量表，并分析该表ModBus 通讯协议的寄存器功能定义。图 10 寄存器功能定义说明小组成员将光电直读远传流量表安装于变电站水管进口处，如图 11 所示。图 11 现场安装效果检查：15经过检查安装符合 CJJ/T 155-2011 目标实现！给水复合管道工程技术规程。小实施五、采用电源适配器小组成员选用粤港 YG-12W 电源适配器，进行

19、安装调试，使用 FLUKE 807 万用表测试电源适配器接上负荷后的输出精度。使用逆变器设置输出电压 AC220V，输出电压结果如下表所示。表 10 电压输出测试使用逆变器设置输出电压 AC240V，输出电压结果如下表所示。表 11 电压输出测试效果检查：调试电压输出波动5% 。小目标实现！实施六、整机组装与调试（1）小组成员组根据设计要求装设备，并进行联调。（2）小组成员对用水量系统进行调试，并完成表计传输精度测试，结果如下表所示。表 12 表计数据传输精度测试16序号12330实际值（m3）1 302.412.723.08采样值（m3）1 312.422.703.06误差-0.77%-0.41%0.74%0.65%序号1230平均标准12121212输出12.412.011.5512.3波动4%序号1230平均标准12121