水電智能開關站一體化監(jiān)控系統(tǒng)設計及應用

國網(wǎng)甘肅省電力公司劉家峽水電廠 王小星 崇育斌

相較于傳統(tǒng)水電開關站，引入智能技術后，開關站性能得到強化，有效解決了水電站運行中可能出現(xiàn)的問題，建成一體化監(jiān)控系統(tǒng)，成為工作人員的首要工作任務。因此，相關人員正確認知水電智能開關站作用，適應開關站運行需要，高質量完成一體化監(jiān)控系統(tǒng)設計與應用，充分發(fā)揮智能技術作用，凸顯一體化監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢。研究此項課題，具有十分重要的意義。

1 水電智能開關站一體化監(jiān)測系統(tǒng)前期準備工作

1.1 明確設計思路

為發(fā)揮一體化監(jiān)測系統(tǒng)的作用，在設計與應用系統(tǒng)之前，工作人員務必理清設計思路，作為設計工作開展的基礎，深入水電智能開關站現(xiàn)場，整體考慮建立一體化監(jiān)控系統(tǒng)應具備的功能，確定監(jiān)控系統(tǒng)的功能結構，做好前期準備工作，為系統(tǒng)的設計與應用奠定基礎。受水電智能開關站運行特點的影響，建設一體化監(jiān)測系統(tǒng)之前，工作人員要明確建設目標，通過合理地設計增強系統(tǒng)的監(jiān)控能力，整合開關站包含所有信息的設施，引進融入智能化技術的先進設備，如通信管理機、二次設備等，提升開關站的智能化建設水平。

一體化監(jiān)測系統(tǒng)的建設須智能技術的支持，只有應用智能化設備，才能隨時采集開關站各設備的運行信息，快速傳送至監(jiān)控系統(tǒng)，奠定監(jiān)控系統(tǒng)順利運行的基礎，使監(jiān)控系統(tǒng)與各設備隨時交換信息，豐富監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息。同時，一體化監(jiān)控系統(tǒng)中包含規(guī)約轉換裝置，如須傳送6萬點數(shù)據(jù)，利用該裝置將數(shù)據(jù)濾至8000點左右，將過濾后的數(shù)據(jù)信息傳送，由服務器接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，調用相關程序分析與處理數(shù)據(jù)，基于分析結果主動調整運行參數(shù)[1]。

1.2 網(wǎng)絡布置

在一體化監(jiān)測系統(tǒng)設計與應用過程中，網(wǎng)絡布置為關鍵環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡布置結果與系統(tǒng)運行效果關系緊密，只有合理設計網(wǎng)絡的布設方案，才能使監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮應有作用，且不會造成資源浪費，建設一體化監(jiān)控系統(tǒng)的成本控制在合理范圍內，安全傳輸智能設備采集的信息。為強化監(jiān)控系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，系統(tǒng)中設計四路通信，即便其中三路出現(xiàn)故障，無法傳輸數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)依舊處于正常運行狀態(tài)，起到監(jiān)控開關站設備運行狀態(tài)的作用。

網(wǎng)絡布置中，設置系統(tǒng)通信協(xié)議為重要內容，分析該監(jiān)控系統(tǒng)的運行特點，通常選用104協(xié)議約束系統(tǒng)信息交互行為，協(xié)議的主站為監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)與智能設施借助通信管理機實現(xiàn)通信，向系統(tǒng)發(fā)送信息，接收系統(tǒng)傳達的指令，控制水電智能開關站設備的運行。除此之外，按照該方案布置的網(wǎng)絡，實現(xiàn)通信系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的隔離，凸顯不同通信系統(tǒng)的獨立性，數(shù)據(jù)傳輸安全不受外界因素的影響，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真問題，使監(jiān)控系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)真實反映設備的運行情況，調用相應程序優(yōu)化開關站的運行方式，保護開關站穩(wěn)定運行。

2 水電智能開關站一體化監(jiān)測系統(tǒng)通信設計

2.1 通信網(wǎng)絡設置

通信網(wǎng)絡是一體化監(jiān)控系統(tǒng)運行的基礎，應引起系統(tǒng)設計人員的重視，分析水電智能開關站運行，識別能夠代表設備運行狀態(tài)的參數(shù)，科學設置通信網(wǎng)絡，確保監(jiān)控系統(tǒng)通信順暢，加快數(shù)據(jù)信息的傳輸速度，實時獲取采集的設備信息。一般情況下，通信網(wǎng)絡設置的通信協(xié)議與監(jiān)控系統(tǒng)、設備通信協(xié)議一致，104協(xié)議是通信網(wǎng)絡設置中常用協(xié)議，為增強通信網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，監(jiān)控系統(tǒng)中設置2組虛擬器，各通信主機使用不同虛擬機，系統(tǒng)內冗余空間適宜。

設置通信網(wǎng)絡期間，分配通信IP 地址是關鍵，以某水電智能開關站為例，工作人員設置通信機的初始編號為131，備用通信機初始編號為191，依據(jù)表1所述方式分配通信IP 地址，其中X 為備用通信機的編號，Y 為智能通信機的編號。設計與應用一體化監(jiān)控系統(tǒng)期間，尤其關注通信網(wǎng)絡的設置，結合水電智能開關站的實際情況，為組成監(jiān)控系統(tǒng)的通信機分配IP 地址，各通信機通信環(huán)境良好[2]。

表1 通訊IP 地址分配

表2 通信配置點表

2.2 通信配置

為使水電智能開關站長期處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，設計人員重視通信的配置，增強監(jiān)測系統(tǒng)的通信能力，各智能設備與檢測系統(tǒng)通信順暢，實時向監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，監(jiān)測系統(tǒng)接收信息后，得出分析結果，向相應設備發(fā)出指令，控制設備的運行參數(shù)。監(jiān)測系統(tǒng)運行過程中，為避免數(shù)據(jù)傳輸堵塞，應設置兩條數(shù)據(jù)傳輸線路，一條用于傳送智能設備采集的運行信息，另一條設備用于下達監(jiān)控系統(tǒng)的指令，各數(shù)據(jù)通信線路，數(shù)據(jù)信息的傳輸方式一致，不會出現(xiàn)線路堵塞的問題，通信配置與監(jiān)測系統(tǒng)運行理念相符，有助于提升傳輸信息的時效性。

2.3 振動信號處理

2.3.1 小波變換

一體化監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信息以信號的形式傳輸，信號的轉換會影響通信網(wǎng)絡的通信質量，小波變換是轉換信號常用方式，是一種可伸縮的信號變換算法，適用于多個頻段信號的轉換，方法的應用不受限制，信號轉換結果準確，小波變化公式為：

其中，變量a 與τ 分別為尺度與平移量，函數(shù)的伸縮情況取決于尺度，而函數(shù)的平移程度受平移量的影響，尺度與平移量成反比。設計一體化監(jiān)測系統(tǒng)中，可采用該方法轉換信號，解讀傳達信號蘊含的信息，確保監(jiān)測系統(tǒng)接收信息真實，得出準確的監(jiān)測結果。設計人員應深入學習小波學習法，理解該信號轉換法的應用原理，借助智能技術實現(xiàn)該算法，處理系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘枴Ｄ乘娬具\用該方法處理傳輸?shù)男盘?，信號不再出現(xiàn)失真的問題，傳輸數(shù)據(jù)信息真實準確，監(jiān)測系統(tǒng)正常運行。

2.3.2 包絡分析

包絡分析也是一體化監(jiān)測系統(tǒng)中常用信號轉換法，能夠確保轉換前后信號蘊含信息的一致性，幫助監(jiān)測系統(tǒng)獲取設備的真實運行信息，以便系統(tǒng)準確判斷設備的運行情況，針對不同設備的運行狀態(tài)，調用系統(tǒng)相關程序，改變設備的運行狀態(tài)。相較于其他信號轉換法，包絡分析法靈敏度高，且具有極強的抗干擾能力，抵御外界因素的消極影響，防止信號轉換過程出現(xiàn)問題，致使轉換后信號失真，無法為監(jiān)測系統(tǒng)傳輸準確的數(shù)據(jù)信息。該信號轉換法的計算公式為：

其中，x（t）為負數(shù)解析信號，設計人員基于該公式，編寫處理信號的算法，將包絡分析引入信號處理，利用該信號轉換法的優(yōu)勢，提升監(jiān)測系統(tǒng)的性能，得出最準確的監(jiān)測結果。設計人員在選擇信號轉換方法之前，明確設計一體化監(jiān)測系統(tǒng)的目標，針對監(jiān)測系統(tǒng)的特點，選擇最適宜的信號轉換方法。設計系統(tǒng)之前，組織設計人員學習信號轉換法相關知識，熟練掌握不同信號轉換法的應用方式。

3 水電智能開關站一體化監(jiān)測系統(tǒng)指標數(shù)據(jù)采集

3.1 數(shù)據(jù)采集標準

采集數(shù)據(jù)作為監(jiān)測系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，也是監(jiān)測系統(tǒng)順利運行的關鍵，為此工作人員建設系統(tǒng)過程中，明確規(guī)定數(shù)據(jù)采集的標準，系統(tǒng)分析采集數(shù)據(jù)信息后，能夠真實了解被監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，判定水電智能開關站中各設備是否需調整運行參數(shù)。以水位傳感器為例，采集數(shù)據(jù)時可使用性能指標見表3，采集的數(shù)據(jù)更為精確。水電智能開關站涉及設備類型多，反映設備運行情況的數(shù)據(jù)指標不同，工作人員應深入分析不同設備的運行特點，識別能夠代表設備運行情況的數(shù)據(jù)，設置數(shù)據(jù)信息的采集標準，如動作時間為展示設備性能的主要參數(shù)，一體化監(jiān)測系統(tǒng)中要求該參數(shù)指標的精度達到毫秒級。

表3 水位傳感器性能指標

為確保數(shù)據(jù)傳輸安全，監(jiān)控系統(tǒng)組成各部分數(shù)據(jù)傳輸格式應保持一致，按照統(tǒng)一標準采集數(shù)據(jù)信息，防止數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中，數(shù)據(jù)標準發(fā)生多次變化，造成數(shù)據(jù)失真，不利于監(jiān)測系統(tǒng)做出準確的判斷。水電智能開關站中，數(shù)據(jù)采集以B 碼直流信號形式傳輸為主，以該形式采集并傳輸?shù)男盘柗蠙z測系統(tǒng)的運行需要，統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)在檢測系統(tǒng)中傳輸速度快，數(shù)據(jù)信息的時效性得以保證，即便同時傳輸大量數(shù)據(jù)，也不會造成一體化監(jiān)測系統(tǒng)宕機。

3.2 數(shù)據(jù)檢錯

確保傳輸數(shù)據(jù)的精確性，有助于提升監(jiān)測系統(tǒng)的運行結果，凸顯監(jiān)測系統(tǒng)用于水電智能開關站控制的優(yōu)勢，為此工作人員在設計與應用系統(tǒng)過程中，務必設置校驗數(shù)據(jù)準確性的程序，檢驗采集數(shù)據(jù)的真實性，確認數(shù)據(jù)信息可真實展現(xiàn)設備運行狀態(tài)后，處理并分析數(shù)據(jù)，作為監(jiān)測系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)基礎。水電智能開關站監(jiān)測系統(tǒng)中，以報文的序號為標準，通過判斷報文序號連續(xù)性，判定接收的報文是否完整，針對不完整報文要將此類報文作單獨處理，否則會造成監(jiān)測系統(tǒng)誤判。

與此同時，也可使用循環(huán)冗余校驗碼驗證數(shù)據(jù)的準確性，該校驗法應用靈活性較強，校驗碼的長度確定不受限制，設計人員依據(jù)開關站數(shù)據(jù)信息校驗需要，科學設施校驗碼的長度，并將設置的校驗碼附加在傳輸數(shù)據(jù)之后，二者共同組成報文。設計系統(tǒng)過程中，設計人員深刻理解數(shù)據(jù)檢錯方法，編寫程序實現(xiàn)數(shù)據(jù)檢錯功能，系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)信息后，自動調用相關程序處理數(shù)據(jù)，驗證數(shù)據(jù)信息的真?zhèn)巍?/p>

4 水電智能開關站一體化監(jiān)測系統(tǒng)操作

操作系統(tǒng)的過程，即應用監(jiān)控系統(tǒng)的過程，決定監(jiān)控系統(tǒng)運行的安全性，因此工作人員根據(jù)水電智能開關站的特點，規(guī)范完成一體化監(jiān)測系統(tǒng)的操作方式，使一體化監(jiān)測系統(tǒng)在開關站中發(fā)揮作用，監(jiān)控開關站設備的運行狀態(tài)，調整設備的運行參數(shù)。為降低一體化監(jiān)測系統(tǒng)的操作難度，設計人員優(yōu)化系統(tǒng)界面設計，堅持簡單、美觀的設計原則，內容簡單易懂。

同時，優(yōu)化各功能的執(zhí)行流程，以遙控選擇為例，該功能界面中設置操作按鈕，工作人員點擊按鈕調用功能，輸入信息發(fā)出指令后，彈出提示框要求工作人員確認操作。檢測系統(tǒng)分析采集數(shù)據(jù)信息后，比對分析結果與預定標，判斷設備是否處于正常運行狀態(tài)，增設警戒功能，如發(fā)現(xiàn)設備運行出現(xiàn)異常，快速向工作人員推送消息，及時采取措施排除故障。

5 結語

綜上所述，一體化監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用具有較高的研究價值，避免連接線路出現(xiàn)冗余，造成資源浪費，不利于控制水電開關站建設與運營成本控制。工作人員要關注智能技術領域最新研究成果，學習先進的技術應用理念，適應水電開關站的運行條件，制定科學且完善一體化監(jiān)控系統(tǒng)設計與應用方案，體現(xiàn)開關站在水力發(fā)電系統(tǒng)中的作用。