基于influxdb 的断路器液压机构在线诊断系统

摘要：近年来，InfluxDB一枝独秀，在DB-Engines中，遥遥领先其他的时序数据库，成为最受用户欢迎的数据库之一。nfluxDB是因为物联网而兴起的数据库，其天生具有IoT的特性。几乎所有的物联网数据都可以通过InfluxDB存储，分析与展示，本文探究influxdb在电力行业应用的场景，为智慧电厂的建设作出一点贡献。

关键词：InfluxDB；断路器；电力设备；

一、influxdb应用越来越广泛

1 InfluxDB 的使用场景

​ InfluxDB 是一种时序数据库，时序数据库通常被用在监控场景，比如运维和 IOT（物联网）领域。这类数据库旨在存储时序数据并实时处理它们。

​ 比如。我们可以写一个程序将服务器上 CPU 的使用情况每隔 10 秒钟向 InfluxDB 中写入一条数据。接着，我们写一个查询语句，查询过去 30 秒 CPU 的平均使用情况，然后让这个查询语句也每隔 10 秒钟执行一次。最终，我们配置一条报警规则，如果查询语句的执行结果>xxx，就立刻触发报警。

​ 上述就是一个指标监控的场景，在 IOT 领域中，也有大量的指标需要我们监控。比如，机械设备的轴承震动频率，农田的湿度温度等等。

​ 时间序列数据主要由电力行业、化工行业、气象行业、地理信息等各类型实时监测、检查与分析设备所采集、产生的数据，这些工业数据的典型特点是：产生频率快（每一个监测点一秒钟内可产生多条数据）、严重依赖于采集时间（每一条数据均要求对应唯一的时间）、测点多信息量大（常规的实时监测系统均有成千上万的监测点，监测点每秒钟都产生数据，每天产生几十GB的数据量）。基于时间序列数据的特点，关系型数据库无法满足对时间序列数据的有效存储与处理，因此迫切需要一种专门针对时间序列数据来做优化的数据库系统，即时间序列数据库。

2. 为什么不用关系型数据库

写入性能方面关系型数据库也是支持时间戳的，也能够基于时间戳进行查询。但是，从我们的使用场景出发，需要注意数据库的写入性能。通常，关系型数据库会采用 B+树数据结构，在数据写入时，有可能会触发叶裂变，从而产生了对磁盘的随机读写，降低写入速度。

当前市面上的时序数据库通常都是采用 LSM Tree 的变种，顺序写磁盘来增强数据的写入能力。

我们之前说，时序数据库一般用于指标监控场景。这个场景的数据有一个非常明显的特点就是冷热差别明显。通常，指标监控只会使用近期一段时间的数据，比如我只查询某个设备最近 10 分钟的记录，10 分钟前的数据我就不再用了。那么这 10 分钟前的数据，对我们来说就是冷数据，应该被压缩放到磁盘里去来节省空间。而热数据因为经常要用，数据库就应该让它留在内存里，等待查询。而市面上的时序数据库大都有类似的设计。

3 时间不可倒流，数据只写不改

时序数据是描述一个实体在不同时间所处的不同状态。就像是我们打开任务管理器，查看 CPU 的使用情况。我发现 CPU 占用率太高了，于是杀死了一个进程，但 10秒前的数据不会因为我关闭进程再发生改变了。这是时序数据的一大特点。与之相应，时序数据库基本上是插入操作较多，而且还没有什么更新需求。

二、电力行业设备在线监测需求不断提高

随着电网建设的不断发展，保证电力系统运行可靠性和维修经济性成为输电、发电企业适应市场竞争的迫切需要，用状态检修模式取代现有的计划检修模式，是电力工业发展的趋势。根据国家电力公司公布实施《火力发电厂实施设备状态检修的指导意见》的要求，电力公司应根据自身设备的实际及人员、资金情况，选择一些适合实施状态检修的设备，先在一定范围内开展工作。550kV、220kV、110kV高压开关、厂地高压开关都已经被列入实施状态检测的范畴 。

实现电气设备状态检修的基础是对设备的在线状态监测。在线监测能准确、实时地反映电气设备的状况和预测使用寿命，为检修决策提供依据。电气设备状态监测不仅是设备状态检修模式的基础，也符合无人值守变电站发展需要。这就要求电力企业逐步形成一套融故障检修、定期检修、状态检修和主动检修为一体的、优化的综合检修方式，以提高设备的可靠性，并减少电力成本。

高压断路器在线状态监测系统用于变电站、开闭所、电厂高压断路器的机械性能、触头电寿命及操作回路工作状态的监测，通过综合分析在线监测的数据和相关历史数据，诊断出高压断路器当前的工作状态，为电气设备状态检修提供决策依据。电力系统中，高压断路器数量最多、检修量大、费用高。有关统计表明，变电站维护费用的一半以上是用在高压断路器上，而其中60％又是由于断路器的小修和例行检修上；另外据统计，10％的断路器故障是由于不正确的检修所致，断路器的大修完全解体，既费时间，费用也很高，而且解体和重新装配会引起很多新的缺陷。在目前相对保守的计划检修中，检修缺乏一定的针对性。

断路器在线状态监测系统能及时了解断路器的工作状态、缺陷的部位，减少过早或不必要的停电试验和检修，减少维护工作量，降低维修费用，提高检修的针对性，可显著提高电力系统可靠性和经济性。电力设备在线监测技术是电力系统的研究方向和发展趋势。

三、针对断路器液压机构在线监测的influxdb解决方案

通过现地液压机构氮气压力、油泵启动时间、频率，以及开关SF6压力等数据上传至influxdb，搭建在线监测仪表盘，实时监测液压机构各数据量变化，并建立预警机制，如果压力超过正常范围会立即报警，并将异常信号发送至手机，以220kV西门子3AQ1EE开关为例：开关氮气压力范围在：25-37.5Mpa，总闭锁25.3Mpa，合闸闭锁27.3Mpa，自动重合闸闭锁30.8Mpa，液压泵“合”32Mpa，氮气泄漏报警35.5Mpa，安全阀37.5Mpa，SF6额定压力0.7Mpa，报警压力0.64Mpa，闭锁压力0.62Mpa.类似下面监控仪表盘，下面是主变状态监测的，液压机构还没建好。

参考文献：

[1].杨飞. 汤李龙. 谢洋.高压断路器液压机构在线监测装置设计[J].河南电力.2019（4）.

[2].王臻. 靳康怡. 高压断路器的在线监测与故障诊断研究[J].电力设备.2018（1）.