芻議動力設備監控系統的優化升級措施

張洪波

（中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459）

隨著我國經濟的快速發展，電力行業也得到了迅速的發展，其基礎設施建設水平以及信息化程度也在不斷提高。在動力設備監控系統中，對其數據進行分析和處理，可以有效地提升相關工作人員對其設備運行狀況以及異常狀況的判斷能力與處理速度。同時，由于動力數據是生產環節中最重要最關鍵的數據之一，如果其數據不能夠得到有效的分析與處理，很容易造成工作人員對生產過程中存在的各種問題無法準確判斷，從而影響相關工作人員制定有效的措施來解決這些問題。因此，在動力設備監控系統中設置了數據分析系統以及運行監測系統等多個子系統。

1 動力設備監控系統的應用現狀

1.1 動力設備監控系統的規模

動力設備監控系統的總線是由動力設備運行數據采集模塊和動力設備管理平臺組成，是一套完整的動力設備管理應用系統。在電力企業內，根據實際需要將網絡分為很多子系統，如視頻監控管理系統、火災報警控制網絡體系、水處理自動化控制網絡體系、安全用電監控系統。從目前應用情況來看，對電廠內所有的電力電子設備進行有效地監控是一項非常重要的工作，而通過動力設備管理平臺可以實現所有電力資產（如變電站的保護、自動化控制等）運行狀態的集中監控和日常維護工作。通過動力設備管理平臺可以實現對所有電力設備的狀態、運行狀態和操作情況實施監測和控制。這一套系統主要用于電廠內電力負荷管理，是電廠安全生產、提高經濟效益以及企業形象建設的重要組成部分。

1.2 應用情況及效果

動力設備監控系統是應用于動力專業的一個系統，主要是通過安裝在動力機房內的一些傳感器和計算機采集和處理數據，通過該系統的數據分析可以提高對設備運行狀態進行監控。該項目自2021 年8 月啟動，目前已經實現了全部的監控功能并發揮了良好的效果。該項目通過傳感器采集各設備、設施實時參數并進行分析，從而達到對動力設備全面掌控管理目的。在此基礎上，還可以提供實時數據庫、實時監測、歷史數據查詢等功能，使得設備運行更加科學高效。該項目主要針對油田現場注水泵進行監測及控制，保證主提升泵的正常工作，實現對油田現場注水泵的狀態監控以及參數分析。同時對于其他重要設施設備和動力運行情況，也可以進行實時監控與記錄，并且還可以在后臺系統中隨時查詢并記錄相關參數信息。同時通過該系統還能對其他機電設備故障進行快速處理和定位，保障了油田作業現場安全生產。

2 動力設備監控系統構成

2.1 網絡拓撲結構

動力設備監控系統的網絡拓撲結構，主要是根據通信距離的遠近、監控中心的功能、設備安裝密度等因素綜合考慮。在這種設計中，既要充分考慮網絡性能、設備安裝密度及系統維護工作量等因素，又要注意系統所處地區的氣候、地理環境。根據上述原則，在動力設施監控系統中采用樹形網絡拓撲結構，各通信子系統之間通過以太網通信連接，由中心控制站將各子系統之間的信息傳送到相應的監控節點。其中，監控節點和中心控制站分別為網絡主干和樞紐節點。網絡主干是整個通信網絡的樞紐，主要完成網絡連接和傳輸任務；主干節點是各子系統交換數據、發布命令、傳遞信息的節點，具有通信能力。系統采用樹形結構時各模塊間可以采用不同的數據傳輸方式連接起來。對于大型系統，通常具有多個監控室和多個監控點。對于監控點比較分散或數量較少時，通常采用樹形結構。如集中控制站、水泵房等。同時也要注意在進行這種設計時，要注意通信方式的多樣性，盡量使用統一規范和標準的通信方式來保證數據傳輸的可靠性，避免由于網絡傳輸錯誤而導致整個系統癱瘓。

2.2 系統傳輸方式

動力設備監控系統通常采用無線網絡技術來實現，無線網絡的優勢在于不需要電纜布線、不需要電力線布線。但因為受到網絡帶寬的限制，在監控系統數據傳輸過程中只能傳輸到很少一部分數據。另外，無線通信網絡容量大、穩定性好、可靠性高及可擴展性強等優點，因此，在動力設備在線監測中使用比較廣泛。通常情況下，動力設備的現場監控可通過有線網絡與上位監控中心進行實時通訊。有線網絡可以實現無線組網，也可以通過 GPRS 方式將動力設備的現場采集數據傳輸到上位監控中心。在有線方式下，所有的采集數據都通過TCP/IP 協議進行無線傳輸，在不考慮系統帶寬及丟包率的情況下，TCP/IP 協議傳輸方式可以保證動力設備信息傳輸的實時性。無線監控系統收集現場數據后由上位機進行信息存儲、分析處理后再把結果傳輸到地面監控中心。由于地面監控中心不具備對信息進行分析處理和控制的能力，因此，在無線通信技術上無法達到實時采集現場數據與遠程控制現場參數等功能要求。

2.3 系統網絡架構

動力設備監控系統是在工廠原有設備監控系統的基礎上進行升級改造，對數據采集和傳輸方式進行了創新，實現了數據通信和自動化傳輸。在此基礎上，構建的動力設備監控系統網絡架構圖如下所示：系統主站采用TCP/IP 網絡協議，通過交換機將現場的數據信息匯聚到主站服務器上。主站通過TCP/IP 網絡協議將采集到的數據上傳到服務器，在接收到采集上來的數據后，在數據庫中對該數據進行分析處理，以得到設備異常狀態或故障信息并自動形成報表。通過軟件客戶端及Web 服務器等方式將采集過來的信息上傳到監控中心，并對這些信息進行管理。通過監控中心對各現場監控終端設備進行集中控制和管理。對現場所有設備運行狀態參數及工作參數進行統計分析及顯示。在發生設備故障時，可以迅速地查找出原因，并能在最短時間內排除隱患。通過系統軟件客戶端或Web 服務器端顯示出故障發生位置和故障原因。為保障設備正常運行，可以將設備故障數據下發至各個現場監控終端，對各個設備的運行情況進行查看和分析。

3 動力設備監控系統升級及優化分析和設計

3.1 動力環境監控系統優化需求分析

為實現國家電網公司關于“一強三優”戰略目標，構建安全、可靠、高效的電網運行管理體系，提高電網安全運行水平。通過對電力系統設備進行實時監控，可以及時發現電力設備的異常情況并及時通知維護人員進行處理，提高供電可靠性。對所屬區域內所有運行設備實現在線監控。采集分析所轄區域內各個重要節點的電壓、電流數據等相關參數信息，并在本地顯示；通過監控管理平臺進行存儲和查詢處理。系統設計要求：（1）監控主機選用高性能、大容量的服務器作為系統核心處理設備；（2）監控主機采用B/S 結構和數據庫服務器部署模式。

3.2 動力設備監控系統設計思路

（1）運行分析。動力設備監控系統就是為了提高對電廠工作人員的管理，將相關數據錄入數據庫中進行存儲，方便監控人員對電廠內動力設備進行實時監控和管理。動力設備監控系統是由計算機、傳感器、GPRS 無線通訊網絡等組成的。電廠內安裝了許多監測裝置，對一些電氣參數和機械性能進行監測和采集。動力設備監控系統由數據采集卡組成，采用嵌入式微處理器進行數據采集并實現各種測量參數與報警信息的存儲和顯示。動力設備監控系統主要用于電廠對發電機組、供配電網絡和蒸汽管道等設施的實時監控管理，提高了電力企業對這些生產設施的管理水平。

（2）設備維護管理。動力設備監控系統的設備維護管理是對動力設備監控系統中的設備進行的定期維護，是保證動力設備監控系統正常運行的重要環節，只有建立起完善的動力設備監控系統，才能保證動力設備管理工作順利完成。首先，應該做好相關數據信息收集工作，如運行參數、溫度、電流、電壓等數據信息；其次，是定期維護和檢查，在動力設備監控時應保持其狀態良好并經常進行檢查。在運行中還應定期進行相關數據信息檢查。最后，對設備狀態進行實時監測。因為是動力設備，一旦發生故障會給生產帶來很大影響，甚至會導致事故。因此，需要加強對動力設備監控系統中監測儀器儀表的實時檢測功能進行監測維護；另外，還要注意對其數據信息進行實時監測維護。

（3）設備管理。動力設備監控系統設備應按照實際需要來設置，根據實際情況來選擇使用。對各種類型動力設備實行統一管理，以確保動力設備狀態監測系統的正常運行，為動力設備維修人員提供便利條件。對各種能源進行監測和分析。能源管理信息系統的功能設計和要求：①采用集中式數據庫管理系統，能夠實現在線查詢和下載數據；能夠對各種能源相關數據實現自動采集與存儲；能夠采用多種手段進行實時采集及顯示；同時也可以進行報表生成和打印等。②通過對各子系統數據實時采集與顯示，實現各個子系統的集中控制，并通過對各類子系統所存儲信息的分析，為各級管理人員提供決策依據。③建立相應的能源監控管理系統數據庫（能源數據庫）等各種相關的功能模塊，以便對整個能源進行全面監視及合理控制。④建立完善的能源信息管理系統數據查詢方法和數據庫維護系統，以便于對所有的有關能源設備（特別是主要能源設備）進行全面監測及動態分析預測。

（4）故障管理。針對目前動力設備運行狀態不佳、故障點多、維護工作量大等問題，為進一步提升動力設備的自動化水平和管理水平，實現動力設備運行的全面監視與控制，通過對現有動力設備進行遠程監控，實現對各機組故障報警的分析和處理。根據對動力設備遠程監控系統的總體需求分析調查得知。目前，公司動力設備故障點多、故障點集中在發電機、鍋爐等主要機組上，且其故障發生具有一定代表性或周期性。而利用目前廣泛應用于各電廠用發電機組的分布式控制系統來進行動力設備遠程監控具有較好的可行性與必要性。該系統主要功能為：各機組運行狀態實時監控、歷史數據統計整理管理以及系統維護管理等功能，可實現發電企業對所屬發電機組運行狀態實時監測和數據采集；可通過分布式控制系統對各機組進行統一調度管理；可按各機組運行工況條件設定不同運行模式，實現發電企業對各個機組運行狀況的全過程實時監控和數據分析。分布式控制系統主要由分布式網絡層、數據傳輸層、應用層組成，主要應用于發電廠內各大型發電機組（如汽輪機組）、鍋爐房（如鍋爐房等）等動力設備上，同時，也廣泛應用于其他各類電廠和其他各類鍋爐系統中，通過分布式控制系統實現在同一平臺上對所有電站運行情況的數據采集及實時管理。

（5）設備健康管理。動力設備監控系統（PCS）是一套由硬件和軟件組成的動力設備遠程智能監控管理系統，它以計算機網絡技術、圖像處理與存儲技術為基礎，通過對設備狀態信息的采集、存儲以及處理，實現對設備運行信息的實時動態監測與分析，實現狀態監測自動化、數據傳輸智能化以及系統功能集成化。在電力企業中，其生產作業環境相對復雜而又多變，為保證設備的安全穩定運行，保證發電用電的可靠性，動力設備廠（站）在對動力設備進行管理時一般會采用現場在線監測與智能分析相結合的方式進行。通過使用動力設備監控系統（PCS），可對各類設備狀態信息如振動、溫度、電壓和電流等進行實時監測和數據分析。當某些傳感器出現故障時或異常告警時，將及時報警提示相關人員處理故障，避免了不必要的損失。如對于振動監測儀的振動檢測、溫度監測儀的溫度檢測以及電壓監測儀的電壓監測等。另外，在使用動力設備監控系統（PCS）對各類電源設備（如柴油發電機組、汽油發電機組、燃氣透平發電機組等）進行實時監控時，可隨時了解機組運行狀態以及參數設置等信息。

4 結語

綜上所述，對動力設備監控系統進行優化升級可以為電力行業提供更好的發展環境，有利于促進我國電力事業的進步與發展，同時，也為國民經濟的快速穩定增長奠定了堅實的基礎。另外，對于動力設備監控系統而言，其優化升級并不會影響整個運行環境和生產設備等各個方面，但是卻能夠有效地保障整個電力運行環境和生產設備等方面的正常發揮。為了保證國民經濟穩定增長以及電力行業可以健康可持續發展，相關工作者應該加強對動力設備監控系統優化升級研究與實踐工作。