水電集控計算機監控系統精益化改造

黃海軍，胡金平，李金陽，浦 亞，單 良

(1.華電云南發電有限公司，云南 昆明 650228；2.南京河海南自水電自動化有限公司，江蘇 南京 210032)

0 引言

隨著電力改革的持續深入和技術的創新發展，遠程集控中心已成為機組建設的標準配置。但傳統的計算機監控系統普遍適用于單一廠站或機組，存在一些無法適應流域性生產管理的緊要問題，亟待處理。以金沙江流域某大型集控中心(簡稱J 集控中心)為例，介紹了其自2017 年以來實施的基礎功能消缺、關鍵功能增強和主要功能全面質量改造等改進工作，依次解決了系統“不經用”“不夠用”“不好用”等問題，實現了流域集控中心的精益化改造與提升，取得了良好效果。

1 問題分析與精益化改造策略

1.1 系統概述

計算機監控系統是具有數據、監視和控制功能的機組監視控制系統，為發電生產工作提供自動化、信息化的平臺，是電力廠站的核心系統。J 集控中心的受控電站系統信息如表1 所示。

表1 受控電站系統信息

1.2 對社會環境的不適性

(1) 對電力現貨市場的不適性。在現貨市場機制下，電力調度不確性增大[1]，負荷調整、開停機操作頻繁，水電機組的振動、擺度加劇，主輔設備穩定性風險增多，集控側發生人為誤操作、誤調度的概率也明顯提高。

(2) 電力調度嚴苛管理的不適性。J 集控中心受控的電廠位于云南境內，對電網的局部頻率穩定起著重要的作用，所有影響500 kV 線路的操作，均需要征得電力調度的許可。集控中心面臨著如何快速協調電網許可和電廠緊急消缺的挑戰。

(3) 對“無人值班、少人值守”模式的不適性。電力生產“發、輸、變、配、用”等環節均在同一時刻完成，國家電力監管機構要求發電廠必須高度可靠，發生異常時，應急處置必須快速高效[2]。J集控中心面臨著有限的條件下如何快速、準確地發現與控制每一個生產異常的技術挑戰。

1.3 監控技術的不適性

J 集控中心投產初期，存在信息延時、遠控失敗、文本報警間歇性停止、歷史曲線錯誤等問題(見圖1)，嚴重影響了安全生產。

圖1 投產早期的技術缺陷因果示意

1.4 遠程管理的不適性

流域遠程集控管理并非全新事物，但由于定位不清晰，各發電集團均存在人員投入不足、設計規劃不當、調試質量不達標、維護工作不到位等問題，如圖2 所示。

1.5 精益化改造策略

上述問題的本質是：精確、實時的生產要求與落后的設備管理平臺之間無法調解的嚴重矛盾。數據量大、監管要求嚴格、人員投入少等問題，加劇了集控中心建設初期在整合電站的設計差異、功能差異、習慣差異等方面的困難。這些困難主要包括畫面繁多而難用，廠站數據參差不齊，設備缺陷和平臺缺陷交織，功能關系錯綜復雜，管理上眾說紛紜，誤改、漏改頻發，甚至陷入了“越檢修、越技改，出錯越多，總是無法避免”的怪圈。

圖2 投產早期的管理缺陷因果示意

J 集控中心在汲取多次教訓后，制定了科學的治理策略，采取軟件成熟度模型(capability maturity model，CMM)[3]和PDCA 方法來管理項目改造工作，如圖3 所示。首先按緊迫性、重要性制定項目的優先矩陣圖，然后循序漸進地逐一分析其原因、制定對策并及時閉環測試，反復迭代。J 集控中心的優先矩陣圖中，依次需要解決的是基礎功能不經用、關鍵功能不夠用、主要功能不好用等問題。

圖3 軟件成熟度模型與PDCA 結合應用

2 基礎功能“不經用”的解決方法

遠程集控精益化改造的首要工作是解決實時控制中的難題，包括解決遠控超時、報警功能故障、歷史庫異常等問題。

2.1 遠控超時

改造前，集控中心與受控電廠間偶發遙控執行不成功且無明顯反饋的問題，如集控中心對電站A進行開停機組、分合開關等操作時，信息反饋平均延時4.5 min，最高超過30 min，多次在電網重大故障中衍生出不安全事件。

采取了以下處理措施：

(1) 進行對照試驗和通信檢測，排除了通道容量不足等因素。

(2) 關閉了電站A 中數據類型為FA，FB，FC 的自定義104 報文，杜絕了大量內部文本上送導致的系統嚴重擁塞問題。

(3) 解決了電站A 服務器時間不一致導致的執行延時問題。

(4) 關閉了不必要的GUI 界面和后臺服務。

經過處理后，再也沒有發生過類似問題。

2.2 報警功能故障

操作員工作站不定期出現簡報無故停止刷新的情況，經過深入研究，判斷為主機狀態識別不當引起報文廣播中斷所致，多次升級節點狀態判斷程序后得以解決。

2.3 歷史庫異常

歷史數據是集控中心快速定位故障原因、指導電廠進行消缺的重要工具。但早期存在模擬量歷史數據不完整、圖形數據異常變0、曲線擬合不當等問題，導致歷史數據庫不經用。經多方努力查找，確認為查詢引擎cx_oracle 存在兼容性問題，導致AI 表創建異常等問題的產生。

為快速解決上述問題，增加了2 套MySQL 歷史庫，開發了基于Tomcat 的查詢系統，不光解決了數據準確性、完整性問題，而且查詢時間也從平均145 s 以上降低到了3.5 s 以下，多次為電廠功率波動等問題的解決提供了有力的支撐。

2.4 其他缺陷

解決了集控側服務器對時功能異常、文本報警顏色不符合行業規范等影響生產值班工作的問題，系統的年不經用次數從15 次降低到了0 次。

3 關鍵功能“不夠用”的解決方法

2017 年初電站C 全面接入后，J 集控中心包含有8.31 萬個監控測點，數據量遠高于國內大多數流域集控中心，信息浪涌現象頻發，值班員平均每2 s 就必須對一條報警信息做出處理，精神上稍有疏忽，漏監視、漏執行、誤調度、誤操作等不安全事件就會突然發生。為消除平臺關鍵功能“不夠用”狀況，須盡快解決信息繁多、不準確、難識別、易出錯等問題，避免功能不足、維護不到位等上升為系統的“不經用”問題。

3.1 報警優化

解決信息浪涌，主要是優化實時信息的呈現方式，消除信息浪涌的次數及時長，采取措施如下。

(1) 文本報警頻報的處理。集控中心依靠文本報警完成電站的生產狀態監視，為解決信息浪涌問題，開展了相關整治工作。

① 報文分級，根據其重要性調整文本、語音、畫面、光字牌、報表等各類報警功能的出現方式和頻次[4]。

② 報文分層，按信息的重要性、緊迫性、冗余度等要素設定即時報警、越限報警或者不報警。

③ 報文分類，根據場合與系統的不同，各測點打散后列入“事故”“故障”“操作”等類別，運行人員可以按類別進行設備監視。

報文分層后，再針對各廠站的生產特點，采取畫面替代、關停過程量等方式，消除了80 %以上的頻報條目。

經相關整治優化后，每分鐘僅產生5 ～10 條告警信息，人工干預量也降到了原來的1/3 以下。

(2) 語音報警頻報的處理。開停機或者運行異常時，語音數量多、語句過長，甚至40 min 后，舊語音仍在消息隊列中排隊待播。改造后，僅選取緊迫的、關鍵的、容易疏忽的環節進行語音報警，其他的信息直接剔除，初期優化量就超過16 000 項；同時，通過語音文本的斷句、簡化、自然化等處理，提高了語句的辨識度和準確性，時效性大大提高。

(3) 內部文本報警的過濾。針對電站A 內部文本動作量是常規遙信報警的9 ～100 倍左右。J 集控中心牽頭增加上位機報文過濾等功能，消除了內部報文過多導致的嚴重延時現象。

3.2 防誤增強

防誤是遠程集控重要的安全需求。通過聯合開發，增加了遙調設定過大再確認、操作驗證碼、集控側邏輯閉鎖、畫面布局分離等功能，增強了防誤能力。

3.3 曲線強化

文本報警側重于“點”，需要持續監控；而曲線則支持“線”的監視，采用“線”監視技術可以化解值班監控的壓力。J 集控中心牽頭研發了實時曲線、突變報警、曲線數量擴容、多坐標軸設置、收藏夾、計劃曲線轉發、計劃變化預警[5]等高級功能，提升了負荷檢測、數據查詢、數據比對等工作效能，有效化解了事故排查以及實時監控的風險，為電力市場的自動化運營提供了支撐。

3.4 其他改進

為增強系統的功能性和安全性，J 集控中心牽頭開展了改用安全操作系統、部署方式優化、主機加固、計算自動化等工作，降低了維護操作失誤風險，夯實了設備系統本質安全基礎[6]。

4 主要功能“不好用”的解決方法

J 集控中心積極推進數據治理優化、人機界面優化、程序功能升級等工作，解決了一批懸而未決的問題，提高了勞動生產力。

4.1 數據治理優化

為解決數據量大、辨識度低等基礎問題，開展了名稱統一化、簡化、規范化等優化工作，如圖4所示。配合報文的分級、分層、分類以及未復歸一覽表、簡報分屏等模塊的開發，為全面落實“無人值班、少人值守”管控要求打下了堅實的基礎。

圖4 數據治理的對策示意

4.2 人機界面優化

一方面是重新整合和繪制各類操作、監視的畫面，整合數據，優化調用方式[7]；另一方面，開發了近期歷史雙擊快查、對象邏輯可視化等全新的功能，取得了良好的人機結合效果。

4.3 程序功能優化

加強聯合開發與測試，優化了大量的程序功能，具體表現在：數據一覽表實現了安全、快速的數據檢索和查看；未復歸一覽表實現了核心狀態一屏掌控；程序庫啟動方式變更為離線解壓縮，啟動時間從最高35 min 降至2 min 左右等。

4.4 改造效果評價

通過治理和改造，J 集控中心逐步掌握了設備系統的維護管理能力，盤活了各項功能，系統可靠性、功能完備性、使用舒適度、綜合滿意度、信息準確性等均達到了較高的水平。

5 結束語

從運行實際出發，提出了基于準確性、完備性、易用性的精益化改造方法，解決了集控中心系統“不經用”“不夠用”“不好用”等問題。改造后，系統可用率、告警準確性、模塊使用效率均得到有效提升，同時文本報警、語音報警實現了精簡，降低對人員監盤的影響，滿足了流域集控的生產需要，實現了系統的最優化配置，適應快速變化的電力市場環境，為“全監、全控”等工作奠定了堅實的技術基礎。