基于B/S架構的大型水力發電設備振動擺度遠程實時監測系統

劉立偉，白 潔，司冬雨

(1.哈動國家水力發電設備工程技術研究中心有限公司，哈爾濱 150040;2黑龍江省農墾科學院，哈爾濱 150040)

大型電力設備是電力系統中的重要設備能否安全運行決定了電網是否能可靠運行，2009年俄羅斯薩揚－舒申克水電站機毀人亡的事故更是提醒人們發電設備的安全可靠運行已成為電力系統的頭等大事［1］。為了防止機組安全事故的發生，國內電廠大多采取計劃檢修的策略，這樣容易出現“維修不足”與“維修過剩”的情況，前者使設備容易損壞，后者會增加不必要的維修費用［2］。目前，狀態檢修已成為國內外研究的熱點，它主要通過狀態監測，及早發現設備存在的隱患和缺陷，有目的進行設備維修保養，然而狀態檢修需要依托各方面的知識，電廠專家必須能夠與制造廠家、科研院所等部門協作，充分利用異質資源，實現遠程協同故障會診，因此，構建發電設備遠程狀態監測便顯得尤為重要［3］。本文構建了基于瀏覽器/服務器(B/S)結構的大型水力發電設備振動擺度遠程實時監測系統，用戶注冊成功后，通過瀏覽器便可獲得權限允許范圍內的運行機組振動擺度方面的信息，其中關鍵參數通過與建立的標準健康樣本進行比對，能夠給予用戶直觀的預警提示。本系統界面友好，生動直觀。同時，為各方面用戶提供了機組實時運行信息，大大降低了電廠及設備制造廠的維護成本，提高了機組診斷工作的效率。

1 系統的架構組成

該系統依托三峽電站機組為試驗工程，通過電力數字專線和 VPN(Virtual Private Network)［4］將電站機組運行信號引入到本地服務器。為更好地復用數據，對數據進行了二次編碼處理。本地服務器按功能分類分為數據存儲服務器，Web應用程序服務器及專家知識庫服務器，三者分別用于存儲遠程傳輸的實時數據，程序代碼及評測機組性能的健康樣本。系統采用B/S架構，方便診斷專家遠程監測并分析發電設備的狀態。只要有網絡連接的地方，專家通過瀏覽器登陸本系統便可觀測到機組的運行情況，這樣分析監測系統便不再受地域空間的限制;同時系統的開發、維護與升級只需在本地服務器端進行，而客戶端只需要安裝瀏覽器即可，降低了客戶端對電腦硬件配置的要求同時解除了操作系統的限制［5］。機組振動擺度遠程監測系統結構如圖1所示。

圖1 機組振動擺度遠程監測系統結構圖Fig.1 Unit vibration swing remote monitoring system structure diagram

2 系統功能實現

基于B/S架構的大型水力發電設備振動擺度遠程實時檢測系統由JAVA和LabVIEW兩個編程工具協同完成。JAVA用來搭建系統的框架，Lab-VIEW負責實時數據的處理工作，包括時域波形展示及相應頻譜分析等。

2.1LabVIEW與JAVA間的通訊

LabVIEW是一種優秀的面向對象的圖形化編程語言，使用圖標代替文本代碼創建應用程序，擁有大量與其他應用程序通信的VI庫［6］。本系統以Webserver為橋梁，實現LabVIEW與JAVA間的數據交換，Webserver支持多種通訊協議且具有無與倫比的兼容性，可以實現跨平臺及不同編程語言間的通訊。JAVA將數據發布在Webserver，LabVIEW通過讀取Webserver發布時的WSDL地址獲取服務地址及請求參數，經過SOAP協議綁定服務后，Lab-VIEW可以直接訪問Webserver的相關數據并做相應的處理。

2.2 客戶端與LabVIEW間的調取

本系統利用TCP/IP，實現遠程客戶端對本地服務器LabVIEW相關機組具體部件的實時波形調取功能。遠程客戶端向服務器發出請求，應用服務器中的LabVIEW程序針對請求作出相應反應。這里以發電機上機架振動信號為例進行說明，其中主VI接收客戶端機組信號并調取子VI，子VI讀取Webserver封裝后數據并進行后期處理，包括頻譜分析及波形特征提取等，主程序流程及程序框圖如圖2、圖3所示。

圖2 TCP/IP通訊流程圖Fig.2 Flow chart of TCP/IP communication

主VI采用生產者消費者架構。生產者循環與消費者循環可以并行執行且互不影響，兩者通過隊列的方式傳遞數據，而主VI和子VI則通過接口相連。

LabVIEW執行程序是以數據流的形式，為避免主VI接收信號時出現死循環，這里通過延時和使用全局變量的方法來控制子VI運行。

2.3 機組性能狀態評定

機組性能狀態評定是提取反映機組性能的特征參數(如機組某部件振動峰峰值)，將其與用于評判機組性能的健康樣本進行比對，通過比對將機組的性能狀態劃分為健康、警示和報警三種狀態，并分別以綠、橙及紅的警示燈顯示。健康樣本的建立必須遵守國際與國家標準(IEC、IEEE、GB)、行業標準，結合與電廠用戶簽訂的合同內容要求，同時它也需要相關學科專家共同建立、修改、完善、審定。健康樣本不但可以對性能參數直接進行分析，將參數帶入邏輯運算中，還可以對故障進行診斷，同時也是各方面專家知識的高度融合。

圖3 以“上機架”為例的主VI程序框圖Fig.3 Main VI program block diagram with“upper frame”as an example

2.4 系統安全機制認證

通過前臺注冊后臺認證的方法以及防火墻的使用保證了系統數據的安全性并對不同用戶提供不同的權限。一般權限用戶只能觀察遠程機組的運行情況，權限高的可以對數據進行管理和擴展系統功能。

3 系統應用

本系統已經基本搭建完畢，正在進行試運行階段。客戶端界面友好，操作簡便，結合相應的Flash動畫，顯示生動直觀。該系統能對機組的運行情況及提取的振動特征參量進行展示。

4 結語

本文結合互聯網通訊技術，借助JAVA及Lab-VIEW編程工具搭建了基于B/S架構的大型水力發電設備振動擺度遠程實時監測系統。實現了機組運行數據的遠程傳輸及二次復用，能夠對機組的運行狀況進行監測。而且本系統界面友好，交互靈活，安全性高，有利于減少電站維護設備的成本及提高工作效率。

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