引言

大唐廣西分公司集控中心主設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),基于一體化數(shù)據(jù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)各受控廠站水輪發(fā)電機(jī)、主變壓器、GIS設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集,為不同設(shè)備提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接入模型和分析診斷模型,為設(shè)備遠(yuǎn)程分析診斷及其他高級(jí)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)源支撐,為建設(shè)集控模式下的遠(yuǎn)程診斷中心奠定了基礎(chǔ)。

1存在問(wèn)題

目前設(shè)備在線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)在水電站中的應(yīng)用越來(lái)越普及,多電站的遠(yuǎn)程分析診斷中心也越來(lái)越多,但是仍存在一些問(wèn)題,比如:1）電廠各監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間沒(méi)有實(shí)現(xiàn)信息集成與共享。機(jī)組、主變、GIS等設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等都是獨(dú)立的,系統(tǒng)之間沒(méi)有實(shí)現(xiàn)信息共享,也沒(méi)有接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)。同時(shí),狀態(tài)數(shù)據(jù)的時(shí)標(biāo)都采用系統(tǒng)本身的時(shí)標(biāo),容易出現(xiàn)時(shí)間失步問(wèn)題,無(wú)法進(jìn)行設(shè)備的綜合、相關(guān)分析。(2）各個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)存儲(chǔ)和分析都是獨(dú)立的,當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)故障事件時(shí),各系統(tǒng)無(wú)法做出同步響應(yīng),可能會(huì)遺失重要過(guò)程中的狀態(tài)數(shù)據(jù),而且各系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都不相同,數(shù)據(jù)也比較分散,給設(shè)備狀態(tài)的綜合分析帶來(lái)了極大的不便。3）狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析的重點(diǎn)放在機(jī)組穩(wěn)定性、發(fā)電機(jī)局放、變壓器局放及水輪機(jī)空化等專項(xiàng)監(jiān)測(cè)與分析上,只對(duì)電站的部分設(shè)備和設(shè)備的部分故障進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與分析,而沒(méi)有對(duì)電站設(shè)備進(jìn)行全面的分析,尤其是針對(duì)調(diào)速、勵(lì)磁和輔助設(shè)備,沒(méi)有開(kāi)展有效的監(jiān)測(cè)和分析。這些問(wèn)題的存在不利于電站設(shè)備狀態(tài)的綜合分析、故障診斷,無(wú)法滿足智能水電站發(fā)展趨勢(shì)下大數(shù)據(jù)信息集成的要求。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

大唐廣西分公司集控中心主設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于一體化管控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、處理、存儲(chǔ)和分析。一體化平臺(tái)涉及安全I(xiàn)區(qū)、II區(qū)和III區(qū),跨安全區(qū)之間的信息交互滿足電力系統(tǒng)二次安全防護(hù)的要求。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成如圖1所示。

電站側(cè)接入服務(wù)器統(tǒng)一采集并處理各專業(yè)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),集控側(cè)通信服務(wù)器接收電站上送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),并從一體化平臺(tái)安全I(xiàn)區(qū)統(tǒng)一接入廠站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。同時(shí),系統(tǒng)具備接收網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)功能,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部各計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)時(shí)。

3數(shù)據(jù)采集及處理

利用集控中心建設(shè)的數(shù)據(jù)網(wǎng),在電站數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)中心間建立可靠和高效的數(shù)據(jù)傳輸路徑,在占用較低網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

3.1在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成

通過(guò)ITC/1C以太網(wǎng)絡(luò)接口或標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口從電站各監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù),并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集平臺(tái)能集成機(jī)組穩(wěn)定性、發(fā)電機(jī)氣隙、發(fā)電機(jī)磁通密度、發(fā)電機(jī)局放、變電站各種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)/監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及相關(guān)原始波形數(shù)據(jù)。

3.2離線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入

針對(duì)部分無(wú)法在線獲取的數(shù)據(jù),如現(xiàn)場(chǎng)巡檢數(shù)據(jù)、定期離線測(cè)試數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)平臺(tái)提供了離線數(shù)據(jù)人工導(dǎo)入接口軟件,實(shí)現(xiàn)對(duì)離線數(shù)據(jù)的獲取。例如:可將對(duì)變壓器油定期人工取樣數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)。

3.3數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)入

將標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)根據(jù)需要進(jìn)行特征數(shù)據(jù)計(jì)算和壓縮處理,再按相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)格式要求對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理

數(shù)據(jù)采集平臺(tái)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)和專用數(shù)據(jù)文件進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用于對(duì)各監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)采集的特征監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和所需的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理:邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)用于對(duì)部分離線測(cè)試數(shù)據(jù)、文檔型式的試驗(yàn)報(bào)告或數(shù)據(jù)、相關(guān)配置文件等進(jìn)行存儲(chǔ)管理:專用數(shù)據(jù)文件用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的離線測(cè)試數(shù)據(jù)、樣本數(shù)據(jù)、故障案例數(shù)據(jù)及部分瞬態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)采用存儲(chǔ)特征數(shù)據(jù)和波形數(shù)據(jù)相結(jié)合方式,在盡可能降低數(shù)據(jù)量的同時(shí),盡量保證機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)的完整性?；敬鎯?chǔ)策略如下:（1）特征數(shù)據(jù):中心能長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)所有監(jiān)測(cè)參數(shù)的特征數(shù)據(jù),同時(shí)特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)間隔根據(jù)機(jī)組特點(diǎn)可靈活設(shè)置。（2）波形數(shù)據(jù):存儲(chǔ)所有波形數(shù)據(jù)是不必要也是不可能的,中心存儲(chǔ)部分波形數(shù)據(jù):報(bào)警前后一定時(shí)間內(nèi)的波形數(shù)據(jù):事件發(fā)生時(shí)的波形數(shù)據(jù):過(guò)渡過(guò)程的波形數(shù)據(jù):典型平穩(wěn)工況一小段時(shí)間的波形數(shù)據(jù)。

3.5數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)采集平臺(tái)采用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)鏡像傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)接口機(jī)中數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心。針對(duì)專用數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集平臺(tái)提供專用數(shù)據(jù)發(fā)送和接收軟件,并實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)帶寬相對(duì)寬松的時(shí)間段進(jìn)行滯后發(fā)送。在集控中心與各受控廠站通信中斷的情況下,數(shù)據(jù)采集平臺(tái)具備本地?cái)?shù)據(jù)緩存功能,能存儲(chǔ)12h的采集數(shù)據(jù)。當(dāng)通信恢復(fù)后,能主動(dòng)發(fā)送自中斷之時(shí)起的全部數(shù)據(jù)。

4系統(tǒng)應(yīng)用功能

4.1狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析

利用在線監(jiān)測(cè)的報(bào)警模塊判斷異常后,狀態(tài)分析模塊可采用有針對(duì)性的狀態(tài)分析方法分析設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài),為隨時(shí)掌握設(shè)備健康狀況提供參考。具體分析方法如下:（1）振動(dòng)擺度狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析。振動(dòng)擺度狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析模塊主要是對(duì)振動(dòng)擺度量進(jìn)行狀態(tài)分析,主要有機(jī)組結(jié)構(gòu)主監(jiān)視圖、棒圖、波形圖等形式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示所監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。提供時(shí)域波形分析、頻域分析、軸心軌跡圖、空間軸線圖、瀑布圖、趨勢(shì)分析等多種專業(yè)分析手段,分析機(jī)組穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù),以評(píng)價(jià)機(jī)組在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的狀態(tài):提供相關(guān)性分析、瀑布圖分析、連續(xù)波形等多種分析手段用于分析和評(píng)價(jià)機(jī)組在啟停機(jī)、甩負(fù)荷、變勵(lì)磁、變負(fù)荷等過(guò)渡過(guò)程中的狀態(tài)。（2）壓力脈動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析。壓力脈動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析模塊主要是對(duì)壓力脈動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),實(shí)時(shí)顯示壓力脈動(dòng)的波形并分析壓力脈動(dòng)的頻率成分以及壓力脈動(dòng)隨工況的變化情況,分析各壓力脈動(dòng)及其頻域特性與負(fù)荷、開(kāi)度之間的關(guān)系:監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中尾水壓力及壓力脈動(dòng)的大小,分析引起機(jī)組異常振動(dòng)的水力因素,如尾水管壓力脈動(dòng)過(guò)大、尾水管渦帶。（3）發(fā)電機(jī)氣隙狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析。發(fā)電機(jī)氣隙狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析模塊主要用來(lái)分析定轉(zhuǎn)子氣隙的變化趨勢(shì),從而對(duì)電機(jī)定轉(zhuǎn)子性能做出相應(yīng)判斷。通過(guò)獲取現(xiàn)地機(jī)組在線監(jiān)測(cè)裝置的發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子氣隙數(shù)據(jù),形成各種圖譜,監(jiān)測(cè)各磁極氣隙變化趨勢(shì),分析判斷異常情況或故障,并通過(guò)一體化管控平臺(tái)進(jìn)行告警輸出:通過(guò)氣隙圖實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中定轉(zhuǎn)子的最小氣隙、最大氣隙、平均氣隙及其發(fā)生的角度和磁極號(hào),給出轉(zhuǎn)子中心和定子中心的偏移量,并模擬磁極周向形貌:真實(shí)描述發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)情況及其在機(jī)械和電氣影響下的運(yùn)動(dòng)情況:分析最小氣隙、最大氣隙以及平均氣隙的趨勢(shì),提供豐富的信息,主要監(jiān)測(cè)磁極松動(dòng)等異常情況。監(jiān)測(cè)包括開(kāi)機(jī)、甩負(fù)荷、停機(jī)等工況轉(zhuǎn)換過(guò)程中各參數(shù)及其所反映的發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的變化過(guò)程:顯示定轉(zhuǎn)子圓度曲線、磁極形貌、工況轉(zhuǎn)換過(guò)渡過(guò)程曲線等,分析氣隙不均勻性。（4）發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析。發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析模塊主要是獲取磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)并與磁極的氣隙測(cè)量值對(duì)應(yīng),以數(shù)據(jù)

表格、棒圖、磁場(chǎng)強(qiáng)度比較圖等方式進(jìn)行顯示,直觀監(jiān)測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化:形成磁場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)圖及磁場(chǎng)強(qiáng)度隨負(fù)荷等工況變化的"工況-磁場(chǎng)強(qiáng)度"相關(guān)趨勢(shì)圖:通過(guò)分析各磁極磁通密度的絕對(duì)值和相對(duì)變化,判斷轉(zhuǎn)子繞組匝間短路現(xiàn)象和磁通量不平衡故障。

4.2歷史趨勢(shì)分析

系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)生成餅狀圖、柱狀圖,實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)趨勢(shì)圖形化顯示:實(shí)現(xiàn)溫度、液位、壓力、振動(dòng)、流量等過(guò)程量的偏差分析、相關(guān)量分析、趨勢(shì)分析,利用直方圖、散點(diǎn)圖等工具進(jìn)行分析并給出分析結(jié)果:提供電站事故、故障或異常情況歷史追溯,方便生產(chǎn)管理人員調(diào)用各歷史數(shù)據(jù)曲線并進(jìn)行直觀分析、判斷:通過(guò)定期趨勢(shì)分析,及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常,提出預(yù)警,做好預(yù)控,避免發(fā)生設(shè)備非停,如通過(guò)分析測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)序列的變化趨勢(shì),對(duì)油槽設(shè)備緩慢漏油、軸瓦損壞造成的瓦溫緩慢上升等隱患進(jìn)行分析。

4.3報(bào)警與預(yù)警

系統(tǒng)具有報(bào)警功能,即當(dāng)測(cè)量得到的參數(shù)超過(guò)設(shè)定限值后發(fā)出報(bào)警信號(hào),系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的機(jī)組報(bào)警信息一覽表,從中可方便瀏覽到機(jī)組的報(bào)警信息。系統(tǒng)的報(bào)警/預(yù)警平臺(tái)應(yīng)基于一體化管控平臺(tái)開(kāi)發(fā),當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)報(bào)警/預(yù)警或系統(tǒng)模塊出現(xiàn)故障時(shí),報(bào)警平臺(tái)窗口將自動(dòng)彈出,并以醒目的顏色變化提示相關(guān)人員注意,同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)報(bào)警信息提供相應(yīng)的處理意見(jiàn)和可能的故障。系統(tǒng)所有報(bào)警事件均會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ),用戶可通過(guò)事件列表調(diào)取事件記錄。

5遠(yuǎn)程診斷中心建設(shè)規(guī)劃

建設(shè)遠(yuǎn)程分析診斷中心,是為了進(jìn)行水電站不同類型機(jī)組設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的集中研究?；诩刂行慕ㄔO(shè)遠(yuǎn)程診斷中心具備以下優(yōu)勢(shì):（1）利用集控中心數(shù)據(jù)集成的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)各受控廠站不同監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái),建設(shè)遠(yuǎn)程診斷的數(shù)據(jù)中心。（2）依托設(shè)備廠家、科研機(jī)構(gòu)建設(shè)遠(yuǎn)程診斷中心的分析中心,可通過(guò)集控中心組織設(shè)備廠家、科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行各電站機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究分析工作,實(shí)現(xiàn)WEB遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、查詢、分析,便于專家遠(yuǎn)程診斷分析。（3）依托集控中心平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)和成果的展示以及診斷分析決策的統(tǒng)一出口管理,可為流域電站機(jī)組檢修提出統(tǒng)籌安排的建議。

6結(jié)語(yǔ)

建設(shè)水電站設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)機(jī)組狀態(tài)檢修、故障預(yù)防和故障診斷,有效保障水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行,具有非常重要的意義。同時(shí),依托集控中心建設(shè)數(shù)據(jù)中心,能夠?yàn)樵O(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程分析診斷及其他高級(jí)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)源支撐,為建設(shè)集控模式下的遠(yuǎn)程診斷中心奠定基礎(chǔ)。