托口水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警智能化探索與實(shí)踐

唐世戡，朱 盛,王 義，徐純龍

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410004；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研發(fā)中心，湖南 長沙 410004）

0 引言

托口水電站位于湖南省洪江市境內(nèi)，是沅水規(guī)劃梯級第5級電站。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)等綜合效益。電站總裝機(jī)容量830 MW，安裝4臺200 MW機(jī) 組 和2臺15 MW生 態(tài)放流 機(jī) 組，4×200 MW機(jī)組經(jīng)一回500 kV線路送至牌樓變電站，生態(tài)機(jī)組經(jīng)一回110 kV線路送至黔城變電站，并入湖南電網(wǎng)。多年平均年發(fā)電量21.31億kW·h。托口水電站于2014年3月投產(chǎn)發(fā)電，2014年12月接入遠(yuǎn)在湖南長沙的五凌電力發(fā)電集控中心（以下簡稱五凌集控），實(shí)行遠(yuǎn)程集控。

1 智能化背景

五凌集控通過監(jiān)控系統(tǒng)對所管轄電廠設(shè)備報(bào)警信息采用“全采、全送、全控”的運(yùn)行模式，托口電廠和五凌集控側(cè)均采用中水科開發(fā)的H9000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)對報(bào)警信息按模擬量、中斷量、掃查量，特征量、系統(tǒng)量，綜合信息量等進(jìn)行分類，能夠?qū)崿F(xiàn)對所屬集控電廠設(shè)備的有效監(jiān)視和控制，確保遠(yuǎn)程集控各項(xiàng)控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。但該系統(tǒng)存在報(bào)警數(shù)量多，機(jī)組及公用輔助設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、趨勢分析功能不完善，且五凌集控運(yùn)行值班采用“一人一席多廠”的值班模式，一個(gè)值班員負(fù)責(zé)2～3個(gè)電廠，造成值班人員監(jiān)盤壓力大，容易造成報(bào)警信息的遺漏，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）各個(gè)電廠報(bào)警信息存在命名、顏色標(biāo)識不規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；

（2）2～3個(gè)電廠的報(bào)警信息同時(shí)監(jiān)控，在同一監(jiān)控屏幕上混合出現(xiàn)，信息量大；

（3）各類輔機(jī)正常啟停信號在報(bào)警總量中所占比重較大，且存在模擬量信息頻繁出現(xiàn)，無效信息過多。

為了適應(yīng)水電站智能化發(fā)展趨勢，進(jìn)一步減輕運(yùn)行值班人員的工作強(qiáng)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或趨勢異常，提升運(yùn)行智能化管理水平，既對托口電廠監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警信息進(jìn)行分級、規(guī)范命名以及智能建模。

2 智能化內(nèi)容

2.1 智能優(yōu)化思路

基于托口電廠當(dāng)前計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，規(guī)范報(bào)警信號接入及命名標(biāo)準(zhǔn)，濾除無效重復(fù)報(bào)警，定義報(bào)警級別。整理托口電廠投產(chǎn)以來的自動化設(shè)備運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，通過報(bào)警信息智能建模，固化為監(jiān)控系統(tǒng)LCU下位機(jī)程序中判斷邏輯，由監(jiān)控系統(tǒng)代替運(yùn)行人員判斷現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行異常工況，增強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)盤及時(shí)性、穩(wěn)定性以及可靠性。

2.2 報(bào)警信號分級和規(guī)范命名

（1）報(bào)警信息分級及報(bào)警信息顏色統(tǒng)一

根據(jù)五凌公司電廠接入集控要求和相關(guān)規(guī)范及制度，將托口電廠監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫除模擬量外所有報(bào)警分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級，分類原則如下：

Ⅰ級報(bào)警：需要立即停機(jī)進(jìn)行處理的事故點(diǎn)及需要重點(diǎn)關(guān)注的事件告警；

Ⅱ級報(bào)警：需要立即采取應(yīng)急處理措施的故障點(diǎn)及需要密切關(guān)注的事件告警；

Ⅲ級報(bào)警：除上述Ⅰ級、Ⅱ級以外的其他報(bào)警。

根據(jù)報(bào)警信息的重要程度，將托口電廠報(bào)警信息顯示為藍(lán)色、黃色、白色、綠色、紫色、紅色等6種顏色。其中Ⅰ級報(bào)警為紅色，Ⅱ級報(bào)警為紫色，Ⅲ級報(bào)警為綠色，報(bào)警復(fù)歸為白色，模擬量越上限報(bào)警為黃色，模擬量越上上限報(bào)警為藍(lán)色。報(bào)警信息顏色的統(tǒng)一設(shè)置，豐富了值班人員監(jiān)盤時(shí)的視覺體驗(yàn)，提高了值班人員的監(jiān)盤效率，可有效避免了報(bào)警信息的遺漏。

（2）報(bào)警信息規(guī)范命名

對托口電廠的報(bào)警信息統(tǒng)一規(guī)范命名，把上送至監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警信息分成4個(gè)部分，分別為電廠標(biāo)注、設(shè)備標(biāo)注、報(bào)警信息內(nèi)容、動態(tài)字符串（即狀態(tài)描述部分）。電廠標(biāo)注用于標(biāo)注報(bào)警信息所屬集控電廠，設(shè)備標(biāo)注用于標(biāo)注電廠報(bào)警信息所屬設(shè)備，報(bào)警信息內(nèi)容用于描述設(shè)備發(fā)生的故障事件，宜根據(jù)設(shè)備運(yùn)行實(shí)際需求設(shè)置，“報(bào)警信息內(nèi)容”結(jié)合“狀態(tài)標(biāo)示”應(yīng)能明確描述設(shè)備發(fā)生的故障事件及狀態(tài)，不得出現(xiàn)不同報(bào)警共用同一報(bào)警信息名稱現(xiàn)象。例如：“托口TK：F1 調(diào)速器1號漏油泵運(yùn)行 動作”。

（3）實(shí)踐字符串統(tǒng)一定義

根據(jù)五凌公司水電廠群集中監(jiān)控系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)規(guī)范和行業(yè)要求，統(tǒng)一將監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警信息事件字符串進(jìn)行規(guī)范統(tǒng)一。部分內(nèi)容如下：

斷路器和隔離開關(guān)：分閘/合閘/過渡/錯(cuò)誤

AGC和AVC運(yùn)行方式：開環(huán)/閉環(huán)

設(shè)備控制方式：現(xiàn)地/遠(yuǎn)方

控制權(quán)：廠控/集控

設(shè)備運(yùn)行方式：手動/自動/切除

設(shè)備狀態(tài)：正常/故障

機(jī) 組 狀 態(tài)：停 機(jī)/不 定 態(tài)/空 轉(zhuǎn)/空 載/維護(hù)/發(fā)電

LCU網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)：離線/在線/故障

閘門/閥門啟閉狀態(tài)：全開/全關(guān)、開啟/關(guān)閉

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)：啟動/停止

2.3 報(bào)警信號智能建模

根據(jù)托口電廠設(shè)備報(bào)警分級情況，集控運(yùn)行值班正常情況下只對電廠Ⅰ、Ⅱ級報(bào)警進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，Ⅲ級報(bào)警不再進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，而在日常值班過程中最多的報(bào)警就是Ⅲ級報(bào)警，為確保設(shè)備Ⅲ級報(bào)警信息能正常體現(xiàn)，對電廠重要數(shù)據(jù)以及Ⅲ級報(bào)警信息分系統(tǒng)建立智能化報(bào)警模型。

建模思路主要通過整理電廠投產(chǎn)以來設(shè)備運(yùn)行特征和運(yùn)行數(shù)據(jù)變化趨勢，總結(jié)運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)化為邏輯算法并植入監(jiān)控系統(tǒng)，固化為監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)程序中判斷邏輯，建立智能化報(bào)警模型信號，提高運(yùn)行人員的監(jiān)盤效率。根據(jù)重要程度，將建模信號歸類為Ⅰ級或Ⅱ級報(bào)警，以下就部分報(bào)警信號建模對象舉例。

（1）建立順控流程類智能化報(bào)警模型

對開、停機(jī)順控流程類操作，根據(jù)流程控制重要節(jié)點(diǎn)（例如：開機(jī)至空轉(zhuǎn)、開機(jī)至并網(wǎng)、停機(jī)至全停、停機(jī)至空載等），分步生成對應(yīng)的建模信號。以“開機(jī)至空轉(zhuǎn)”舉例：下達(dá)集控電廠某機(jī)組“開機(jī)至空轉(zhuǎn)令”后，若開機(jī)空轉(zhuǎn)流程執(zhí)行正常，監(jiān)控系統(tǒng)推送集控電廠某機(jī)組“開機(jī)至空轉(zhuǎn)正常”的信號，否則就推送“開機(jī)至空轉(zhuǎn)失敗”的告警信號，同時(shí)推送致使流程失敗的節(jié)點(diǎn)報(bào)警信號，便于運(yùn)行人員巡視找到故障原因。

（2）建立油溫、油位趨勢類智能化報(bào)警模型

分析電廠投產(chǎn)以來設(shè)備的油溫、油位等數(shù)據(jù)，分析出變化規(guī)律，將規(guī)律特點(diǎn)應(yīng)用在建模算法上，生成建模信號。以“油槽油位異常”舉例：基于已有系統(tǒng)的油槽油位數(shù)據(jù)采集，設(shè)置機(jī)組持續(xù)運(yùn)行態(tài)或持續(xù)停機(jī)態(tài)兩種采樣頻率周期，得出油槽油位變化特點(diǎn)，應(yīng)用算法生成為判據(jù)，固化與監(jiān)控系統(tǒng)中，當(dāng)油位變化異常時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)就推送“油槽油位異常”告警信號。因機(jī)組振動會造成采集數(shù)據(jù)不正常波動，數(shù)據(jù)分析時(shí)應(yīng)剔除開/停機(jī)時(shí)數(shù)據(jù)波動時(shí)段。

（3）建立主設(shè)備參數(shù)智能化報(bào)警模型

對發(fā)電機(jī)、變壓器、送出線路等主設(shè)備的電流、電壓等重要參數(shù)進(jìn)行智能化建模。以“發(fā)電機(jī)三相電流不平衡”舉例：在機(jī)組發(fā)電并網(wǎng)態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)定子三相電流中的任兩項(xiàng)互差值大于額定電流10%時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)就推送“發(fā)電機(jī)三相電流不平衡”告警信號。

（4）建立輔機(jī)規(guī)律智能化報(bào)警模型

電廠的輔機(jī)設(shè)備基本上都存在運(yùn)行規(guī)律，通過數(shù)據(jù)分析找出規(guī)律，將規(guī)律特點(diǎn)形成算法，當(dāng)輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行工況超出規(guī)律后，監(jiān)控系統(tǒng)就推送告警信息。以“滲漏主用泵未正常啟動”舉例：當(dāng)滲漏集水井水位達(dá)到啟主用泵定值，延時(shí)5 s而主用泵啟動未正常啟動，監(jiān)控系統(tǒng)就推送“滲漏主用泵未正常啟動”告警信號。

（5）建立監(jiān)控及其它類智能化報(bào)警模型

基于已上送至監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)運(yùn)行需求在上位機(jī)形成判據(jù)，建立模型信號，例如AGC有功偏差考核提醒、機(jī)組水頭變化過大、機(jī)組空載頻率過低、母線電壓偏高機(jī)組在遲相、母線電壓偏低機(jī)組在進(jìn)相等。以“母線電壓偏高機(jī)組在遲相”舉例：500 kV母線電壓Uab大于535.5 kV時(shí)，任一運(yùn)行機(jī)組無功功率大于5 MVar，監(jiān)控系統(tǒng)就推送“母線電壓偏高機(jī)組在遲相”告警信號。

3 智能化實(shí)施

3.1 上位機(jī)實(shí)施

監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)主要是對報(bào)警信息的命名、報(bào)警分級和事件字符串等進(jìn)行規(guī)范定義。

（1）報(bào)警信息命名：按照統(tǒng)一格式：“[電廠標(biāo)注]：[設(shè)備標(biāo)注]{空格}[報(bào)警信息內(nèi)容]{空格}[狀態(tài)標(biāo)示]”進(jìn)行統(tǒng)一修改。報(bào)警信息中的“電廠標(biāo)注”、“設(shè)備標(biāo)注”部分為監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫固定格式，由系統(tǒng)自動生成，“報(bào)警信息內(nèi)容”、“狀態(tài)標(biāo)示”部分根據(jù)實(shí)施方案在各LCU的ANA、OUA、INT、POL、SYS、OUS中的漢字名描述進(jìn)行修改。示例：表1則表示在數(shù)據(jù)庫中將“勵(lì)磁A套調(diào)節(jié)器故障”修改為“勵(lì)磁A套調(diào)節(jié)器”。

表1 報(bào)警命名修改示例

（2）報(bào)警分級修改：根據(jù)實(shí)施方案修改各LCU的INT、POL、SYS、OUS的報(bào)警類型。報(bào)警分級標(biāo)注為“一級”表示需要將該點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫中設(shè)置為事故點(diǎn)，標(biāo)注為“二級”表示需要將該點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫中設(shè)置為故障點(diǎn)，標(biāo)注為“三級”表示該點(diǎn)在數(shù)據(jù)庫中不需要設(shè)置為事故點(diǎn)和故障點(diǎn)。示例：如上表所示，“勵(lì)磁A套調(diào)節(jié)器”報(bào)警分級標(biāo)注為“二級”，所以需要將“勵(lì)磁A套調(diào)節(jié)器”在數(shù)據(jù)庫中設(shè)置為故障點(diǎn)。

（3）事件字符串修改：根據(jù)實(shí)施方案修改各LCU的INT、POL、SYS、OUS的數(shù)據(jù)類型和事件字符串組。具體修改過程如下：如上表所示，“勵(lì)磁A套調(diào)節(jié)器”事件字符串標(biāo)注為“正常/故障”，所以需要將“勵(lì)磁A套調(diào)節(jié)器”在數(shù)據(jù)庫中接點(diǎn)類型改為“DEVMSG”，事件字符串組改為“0（0 正常；1 故障）”。為保證電廠側(cè)事件字符串組與集控一致，電廠側(cè)數(shù)據(jù)庫中的事件字符串組定義也進(jìn)行同步修改。

（4）上位機(jī)新增計(jì)算點(diǎn)和在數(shù)據(jù)庫新增報(bào)警智能化虛點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際情況在監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)增加智能建模報(bào)警虛點(diǎn)，并在計(jì)算庫中將新增報(bào)警智能點(diǎn)做計(jì)算。例如：在監(jiān)控系統(tǒng)中新增“滲漏排水主用泵未正常啟動”、“滲漏排水泵未正常停止”2個(gè)報(bào)警虛點(diǎn)（見表2），并在計(jì)算庫中計(jì)算（見圖1）。

表2 滲漏排水系統(tǒng)部分智能建模虛點(diǎn)

對應(yīng)計(jì)算點(diǎn)：

圖1 滲漏排水系統(tǒng)部分智能建模虛點(diǎn)計(jì)算

3.2 下位機(jī)實(shí)施

新增的下位機(jī)虛點(diǎn)不參與PLC的順控流程，僅作為報(bào)警使用。主要增加的智能化報(bào)警虛點(diǎn)分為大廠機(jī)組LCU、大廠開關(guān)站LCU、大廠公用LCU、閘門LCU、小廠機(jī)組LCU、小廠公用開關(guān)站LCU 6個(gè)部分，每個(gè)部分又分為若干個(gè)模塊。根據(jù)實(shí)際情況在下位機(jī)新增智能化報(bào)警虛點(diǎn)，下位機(jī)LCU備用點(diǎn)數(shù)量不能滿足新增智能化報(bào)警虛點(diǎn)需要時(shí)，下位機(jī)采用虛點(diǎn)區(qū)上送。

以大廠機(jī)組LCU為例：托口電廠大廠機(jī)組LCU虛點(diǎn)數(shù)量為240點(diǎn)，其中備用點(diǎn)數(shù)量為31個(gè)，不能滿足新增智能化報(bào)警虛點(diǎn)需要，下位機(jī)采用虛點(diǎn)區(qū)上送，在數(shù)據(jù)庫最后面新增160點(diǎn)，原通訊掃查量數(shù)量由原240點(diǎn)，改為400點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)方式以在下位機(jī)新增“調(diào)速器壓油槽主用油泵未正常啟動”為例：調(diào)速器壓油槽油壓小于啟主泵定值而調(diào)速器油泵未啟動主泵，則該報(bào)警自動報(bào)出。具體程序?qū)崿F(xiàn)方式如圖2：

4 結(jié)語

托口水電站報(bào)警信息分級命名和智能建模，立足于現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備，在行業(yè)智能化、智慧化背景下，所需費(fèi)用較少且易于實(shí)施，效果較好。項(xiàng)目實(shí)施完成后，監(jiān)控系統(tǒng)每日Ⅰ級、Ⅱ級報(bào)警信息數(shù)目約為優(yōu)化前總報(bào)警信號數(shù)目的10%，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)和效果。在確保安全穩(wěn)定情況下，大大提高了運(yùn)行人員的監(jiān)盤效率，同時(shí)確保能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常或事故報(bào)警信息，以便及時(shí)采取處理措施，防止事故擴(kuò)大，確保托口電廠設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。