智能報警在巨型水電站監控系統中的設計與實現

張東峰，崔 敏，何宏江，劉 準

(中國長江電力股份有限公司白鶴灘水力發電廠，四川 寧南 615400)

水電站機電設備在運行操作過程中，監控系統會產生大量事件及報警信息，對正常動作信號和異常故障產生的事件報警無法自動區別，產生大量的無效報警，會給運行及維護人員帶來極大干擾，目前國內多數發電廠單靠人工識別，不能快速定位故障，效率較低。

智能報警作為監控系統中的最重要組成部分，連接了現場自動化設備和運行及維護人員，直接關系和影響電力的安全生產，是電力系統安全穩定運行的重要保障。白鶴灘水電站為建設智慧水電站，按“無人值班，少人值守”原則設計，采用計算機監控系統實現對電站主要機電設備的監控及智能報警[1-3]。

1 巨型水電站設備的相關性研究及報警對象化分級

白鶴灘水電站對監控系統數據庫的報警信息按設備進行對象化智能分級，對設備的歸屬關系在數據庫中進行建模，建立監控系統數據庫報警對象樹。

1)關聯關系可通過報警腳本編寫進行體現。設備的相關性體現在橫、縱兩個層面，縱向即設備間的歸屬關系，橫向為設備的關聯關系，關聯關系可以是雙向也可以是單向。另外，設備的自診斷信息應與設備對象進行強關聯。例如：PLC的通信狀態應關聯到由該PLC采集所有設備狀態的數據質量信息中。

2)按設備報警嚴重程度將報警信息分為事件、異常、故障、事故等級，在系統報警主界面上可靈活配置顯示(如事件：綠色；異常：橙色；故障：紅色；事故：白色)。

如圖1所示，報警對象樹是采用面向對象的組織形式進行展示[4]，在程序啟動時進行初始化，每一個樹節點包含一個報警標志，搭建報警對象樹的意義在于既能反應報警信息的重要程度，又能對報警信息進行快速識別定位。

圖1 報警對象樹圖

另外，根據歸屬設備的運行工況或其它關聯關系條件可進行條件報警，實現屏蔽或動態改變報警級別，對某事件的報警等級自動進行升級或降級。

2 對冗余抖動、重復報警信號的壓縮分組智能處理設計

為有效解決冗余抖動、無效、低效報警頻繁動作刷屏，極大的干擾運維人員對重要信息的識別與判斷這個棘手問題，白鶴灘電站設計了報警壓縮分組智能處理策略。

為了去除冗余抖動報警信息我們在原有事件報警窗口上增加了報警壓縮分組的智能處理策略。如圖2、圖3所示，正常情況下，該報警窗口和普通窗口沒有區別，但在有大量事件涌入或者某些頻繁報警信息出現時，系統會自動啟動分析處理機制將重復或者頻率過高的信息進行分組壓縮，經過處理的事件前面會有‘+’號標志，表示該報警事件經過壓縮分組智能處理，并提示壓縮之前的原有報警數量。為了不對信息造成損失，組內保存了原始報警的所有信息可供操作人員事后追溯調查使用。

圖2 壓縮分組智能報警處理策略圖(展開前)

圖3 壓縮分組智能報警處理策略圖(展開后)

3 開停機故障智能報警分析處理功能

白鶴灘電站采用綜合時序流程智能處理策略實現開停機故障智能分析功能[5]，可以大大提高開停機故障處理的響應速度，縮短機組恢復備用的時間。

以白鶴灘開機流程第六步綜合時序智能處理為例，正常的狀態下，第六步會按照預定的固有順序執行并報告如下順序事件：

BHT.GTU01.CJA.01.EB001.SEQ__START_DI62 1F:開機流程啟動

開機流程從此開始

1.BHT.GTU01.CJA.01.EB001.STRT_STEP6_DI62 1F:開機流程第6步啟動(動作)

2.BHT.GTU01.MEY.10.AE001.PG02_LM____DO12 1F:鎖定退出(動作)

3.BHT.GTU01.MEY.10.AE001.PG02_SDTR__DI28 1F：鎖定投入狀態(復歸)

4.BHT.GTU01.MEY.10.AE001.PG02_SDTC__DI12 1F：鎖錠退出狀態(動作)

5.BHT.GTU01.MKA.20.AU001.P104_KAUX02DI37 1F：制動風閘落下(動作)

6.BHT.GTU01.CJA.01.EB001.STRT_STEP6_DI62 1F:開機流程第6步啟動(復歸)

開機流程第六步到此結束

BHT.GTU01.CJA.01.EB001.STRT_STEP7_DI62 1F:開機流程第7步啟動(動作)

如表1，綜合時序規則原理定義表中為每一個步驟定義了動作含義和代表符號。

表1 開機流程第六步綜合時序規則定義表

如圖4所示，流程字符串的‘s’執行完后執行‘t’并以此類推，六條報警順序按照前面所述的定義方式進行了標注。

圖4 正常事件綜合時序流程規則智能處理前場景展示圖

若出現的事件及順序如圖4滿足我們預定模式字串的要求，系統自動把滿足自定義字符串規則的一系列報警信息“綜合”成一條信息：“第六步開機成功”，如圖5所示。

圖5 正常事件綜合時序流程規則智能處理后場景展示圖

如圖6所示，在異常事件智能分析處理中，同樣的開機流程中，同正常的基線時序對比可以發現缺少了事件的第四步“鎖錠退出狀態復歸”，規則不滿足。

圖6 異常事件綜合時序流程規則智能處理前場景展示圖

系統會啟動分析機制并把定位故障結果報告出來，如圖7所示，是流程缺少d即缺少“鎖錠退出狀態復歸”。該智能處理策略可以實時、快速、準確的定位開停機過程中的故障，縮短故障定位時間，極大地提高故障處理效率。

圖7 異常事件綜合時序流程規則智能處理后場景展示圖

4 建立智能報警模型庫

白鶴灘電站設計了軸瓦溫度智能報警處理分析策略，建立軸瓦溫度報警模型庫，然后以可視化方式實現報警組態集成，輸出智能診斷分析結果[6-7]。

如圖8所示，以水導軸瓦溫度為例，監控系統檢測到機組水導5號溫度點溫度高報警(≥75℃)，智能報警模型系統會自動查詢水導5號溫度點近30 d的趨勢是否緩慢增加，臨近2個點水導4號、6號溫度值是否超過報警值，水導X、Y方向擺渡值是否達到一級報警，若5號溫度點近30 d的變化趨勢緩慢增加，鄰近2個點超過報警值，當時水導擺度值報警，系統報故障“水導5號溫度點溫度高報警屬實，請盡快處理”；若該點溫度近30 d的趨勢未緩慢增加，鄰近2個溫度點沒有達到報警，或水導擺度值未報警，則直接報“水導5號溫度點傳感器或者回路故障”。

圖8 水導軸瓦溫度智能報警處理分析原理圖

按照原理圖，建立通用的水導瓦溫報警模型庫如圖9，輸入定義和系統定義數據按照智能報警策略處理，在輸出定義對應輸出智能分析結果。

圖9 水導軸瓦溫度智能報警模型庫圖

5 結 語

在白鶴灘電站監控系統的報警功能優化設計過程中，重點考慮了以下幾個方面：

1)對報警信息與設備進行智能關聯性研究及處理，建立報警對象樹；

2)對冗余抖動、重復報警信號進行壓縮分組智能處理，有效解決無效、低效及重復報警；

3)實現開停機故障智能分析功能，讓報警系統審查分析開停機流程實時信息及事件之間關聯邏輯，快速精確識別定位故障，自動生成智能報警結果；

4)考慮對軸瓦溫度報警的智能分析處理，建立了軸瓦溫度報警模型庫。

白鶴灘水電站監控系統智能報警功能的成功實施，有助于推動國內大型水電站監控系統設計水平的提高，有利于節約人力資源成本，提高水電站智能化程度。