大唐廣西分公司集控中心主設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)

引言

大唐廣西分公司集控中心主設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng),基于一體化數(shù)據(jù)平臺,實現(xiàn)各受控廠站水輪發(fā)電機(jī)、主變壓器、GIS設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集,為不同設(shè)備提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接入模型和分析診斷模型,為設(shè)備遠(yuǎn)程分析診斷及其他高級應(yīng)用提供數(shù)據(jù)源支撐,為建設(shè)集控模式下的遠(yuǎn)程診斷中心奠定了基礎(chǔ)。

1存在問題

目前設(shè)備在線監(jiān)測分析系統(tǒng)在水電站中的應(yīng)用越來越普及,多電站的遠(yuǎn)程分析診斷中心也越來越多,但是仍存在一些問題,比如:1）電廠各監(jiān)測系統(tǒng)之間沒有實現(xiàn)信息集成與共享。機(jī)組、主變、GIS等設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)等都是獨立的,系統(tǒng)之間沒有實現(xiàn)信息共享,也沒有接入計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)。同時,狀態(tài)數(shù)據(jù)的時標(biāo)都采用系統(tǒng)本身的時標(biāo),容易出現(xiàn)時間失步問題,無法進(jìn)行設(shè)備的綜合、相關(guān)分析。(2）各個系統(tǒng)的狀態(tài)存儲和分析都是獨立的,當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)故障事件時,各系統(tǒng)無法做出同步響應(yīng),可能會遺失重要過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù),而且各系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都不相同,數(shù)據(jù)也比較分散,給設(shè)備狀態(tài)的綜合分析帶來了極大的不便。3）狀態(tài)監(jiān)測與分析的重點放在機(jī)組穩(wěn)定性、發(fā)電機(jī)局放、變壓器局放及水輪機(jī)空化等專項監(jiān)測與分析上,只對電站的部分設(shè)備和設(shè)備的部分故障進(jìn)行了監(jiān)測與分析,而沒有對電站設(shè)備進(jìn)行全面的分析,尤其是針對調(diào)速、勵磁和輔助設(shè)備,沒有開展有效的監(jiān)測和分析。這些問題的存在不利于電站設(shè)備狀態(tài)的綜合分析、故障診斷,無法滿足智能水電站發(fā)展趨勢下大數(shù)據(jù)信息集成的要求。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

大唐廣西分公司集控中心主設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)基于一體化管控平臺,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、處理、存儲和分析。一體化平臺涉及安全I(xiàn)區(qū)、II區(qū)和III區(qū),跨安全區(qū)之間的信息交互滿足電力系統(tǒng)二次安全防護(hù)的要求。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成如圖1所示。

電站側(cè)接入服務(wù)器統(tǒng)一采集并處理各專業(yè)在線監(jiān)測系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù),集控側(cè)通信服務(wù)器接收電站上送的監(jiān)測數(shù)據(jù),并從一體化平臺安全I(xiàn)區(qū)統(tǒng)一接入廠站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。同時,系統(tǒng)具備接收網(wǎng)絡(luò)對時功能,實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部各計算機(jī)節(jié)點對時。

3數(shù)據(jù)采集及處理

利用集控中心建設(shè)的數(shù)據(jù)網(wǎng),在電站數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)中心間建立可靠和高效的數(shù)據(jù)傳輸路徑,在占用較低網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的情況下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸。

3.1在線監(jiān)測數(shù)據(jù)集成

通過ITC/1C以太網(wǎng)絡(luò)接口或標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口從電站各監(jiān)測系統(tǒng)獲取實時監(jiān)測的數(shù)據(jù),并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集平臺能集成機(jī)組穩(wěn)定性、發(fā)電機(jī)氣隙、發(fā)電機(jī)磁通密度、發(fā)電機(jī)局放、變電站各種監(jiān)測系統(tǒng)/監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及相關(guān)原始波形數(shù)據(jù)。

3.2離線監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入

針對部分無法在線獲取的數(shù)據(jù),如現(xiàn)場巡檢數(shù)據(jù)、定期離線測試數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)平臺提供了離線數(shù)據(jù)人工導(dǎo)入接口軟件,實現(xiàn)對離線數(shù)據(jù)的獲取。例如:可將對變壓器油定期人工取樣數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)。

3.3數(shù)據(jù)庫寫入

將標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)根據(jù)需要進(jìn)行特征數(shù)據(jù)計算和壓縮處理,再按相關(guān)數(shù)據(jù)庫的存儲格式要求對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并寫入數(shù)據(jù)庫。

3.4數(shù)據(jù)存儲管理

數(shù)據(jù)采集平臺提供實時數(shù)據(jù)庫、邏輯數(shù)據(jù)庫和專用數(shù)據(jù)文件進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和管理。實時數(shù)據(jù)庫用于對各監(jiān)測設(shè)備實時采集的特征監(jiān)測數(shù)據(jù)和所需的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲管理:邏輯數(shù)據(jù)庫用于對部分離線測試數(shù)據(jù)、文檔型式的試驗報告或數(shù)據(jù)、相關(guān)配置文件等進(jìn)行存儲管理:專用數(shù)據(jù)文件用于存儲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的離線測試數(shù)據(jù)、樣本數(shù)據(jù)、故障案例數(shù)據(jù)及部分瞬態(tài)試驗數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)采用存儲特征數(shù)據(jù)和波形數(shù)據(jù)相結(jié)合方式,在盡可能降低數(shù)據(jù)量的同時,盡量保證機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)的完整性?；敬鎯Σ呗匀缦?（1）特征數(shù)據(jù):中心能長時間存儲所有監(jiān)測參數(shù)的特征數(shù)據(jù),同時特征數(shù)據(jù)存儲間隔根據(jù)機(jī)組特點可靈活設(shè)置。（2）波形數(shù)據(jù):存儲所有波形數(shù)據(jù)是不必要也是不可能的,中心存儲部分波形數(shù)據(jù):報警前后一定時間內(nèi)的波形數(shù)據(jù):事件發(fā)生時的波形數(shù)據(jù):過渡過程的波形數(shù)據(jù):典型平穩(wěn)工況一小段時間的波形數(shù)據(jù)。

3.5數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)采集平臺采用數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)庫的動態(tài)鏡像傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)接口機(jī)中數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心。針對專用數(shù)據(jù)文件存儲的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集平臺提供專用數(shù)據(jù)發(fā)送和接收軟件,并實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)帶寬相對寬松的時間段進(jìn)行滯后發(fā)送。在集控中心與各受控廠站通信中斷的情況下,數(shù)據(jù)采集平臺具備本地數(shù)據(jù)緩存功能,能存儲12h的采集數(shù)據(jù)。當(dāng)通信恢復(fù)后,能主動發(fā)送自中斷之時起的全部數(shù)據(jù)。

4系統(tǒng)應(yīng)用功能

4.1狀態(tài)監(jiān)測與分析

利用在線監(jiān)測的報警模塊判斷異常后,狀態(tài)分析模塊可采用有針對性的狀態(tài)分析方法分析設(shè)備當(dāng)前運行狀態(tài),為隨時掌握設(shè)備健康狀況提供參考。具體分析方法如下:（1）振動擺度狀態(tài)監(jiān)測分析。振動擺度狀態(tài)監(jiān)測分析模塊主要是對振動擺度量進(jìn)行狀態(tài)分析,主要有機(jī)組結(jié)構(gòu)主監(jiān)視圖、棒圖、波形圖等形式實時動態(tài)顯示所監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)。提供時域波形分析、頻域分析、軸心軌跡圖、空間軸線圖、瀑布圖、趨勢分析等多種專業(yè)分析手段,分析機(jī)組穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù),以評價機(jī)組在穩(wěn)態(tài)運行時的狀態(tài):提供相關(guān)性分析、瀑布圖分析、連續(xù)波形等多種分析手段用于分析和評價機(jī)組在啟停機(jī)、甩負(fù)荷、變勵磁、變負(fù)荷等過渡過程中的狀態(tài)。（2）壓力脈動狀態(tài)監(jiān)測分析。壓力脈動狀態(tài)監(jiān)測分析模塊主要是對壓力脈動進(jìn)行監(jiān)測,實時顯示壓力脈動的波形并分析壓力脈動的頻率成分以及壓力脈動隨工況的變化情況,分析各壓力脈動及其頻域特性與負(fù)荷、開度之間的關(guān)系:監(jiān)測機(jī)組運行過程中尾水壓力及壓力脈動的大小,分析引起機(jī)組異常振動的水力因素,如尾水管壓力脈動過大、尾水管渦帶。（3）發(fā)電機(jī)氣隙狀態(tài)監(jiān)測分析。發(fā)電機(jī)氣隙狀態(tài)監(jiān)測分析模塊主要用來分析定轉(zhuǎn)子氣隙的變化趨勢,從而對電機(jī)定轉(zhuǎn)子性能做出相應(yīng)判斷。通過獲取現(xiàn)地機(jī)組在線監(jiān)測裝置的發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子氣隙數(shù)據(jù),形成各種圖譜,監(jiān)測各磁極氣隙變化趨勢,分析判斷異常情況或故障,并通過一體化管控平臺進(jìn)行告警輸出:通過氣隙圖實時監(jiān)測機(jī)組運行過程中定轉(zhuǎn)子的最小氣隙、最大氣隙、平均氣隙及其發(fā)生的角度和磁極號,給出轉(zhuǎn)子中心和定子中心的偏移量,并模擬磁極周向形貌:真實描述發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)情況及其在機(jī)械和電氣影響下的運動情況:分析最小氣隙、最大氣隙以及平均氣隙的趨勢,提供豐富的信息,主要監(jiān)測磁極松動等異常情況。監(jiān)測包括開機(jī)、甩負(fù)荷、停機(jī)等工況轉(zhuǎn)換過程中各參數(shù)及其所反映的發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的變化過程:顯示定轉(zhuǎn)子圓度曲線、磁極形貌、工況轉(zhuǎn)換過渡過程曲線等,分析氣隙不均勻性。（4）發(fā)電機(jī)磁場強(qiáng)度狀態(tài)監(jiān)測分析。發(fā)電機(jī)磁場強(qiáng)度狀態(tài)監(jiān)測分析模塊主要是獲取磁場強(qiáng)度數(shù)據(jù)并與磁極的氣隙測量值對應(yīng),以數(shù)據(jù)

表格、棒圖、磁場強(qiáng)度比較圖等方式進(jìn)行顯示,直觀監(jiān)測磁場強(qiáng)度的變化:形成磁場強(qiáng)度隨時間變化的趨勢圖及磁場強(qiáng)度隨負(fù)荷等工況變化的"工況-磁場強(qiáng)度"相關(guān)趨勢圖:通過分析各磁極磁通密度的絕對值和相對變化,判斷轉(zhuǎn)子繞組匝間短路現(xiàn)象和磁通量不平衡故障。

4.2歷史趨勢分析

系統(tǒng)可動態(tài)生成餅狀圖、柱狀圖,實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測趨勢圖形化顯示:實現(xiàn)溫度、液位、壓力、振動、流量等過程量的偏差分析、相關(guān)量分析、趨勢分析,利用直方圖、散點圖等工具進(jìn)行分析并給出分析結(jié)果:提供電站事故、故障或異常情況歷史追溯,方便生產(chǎn)管理人員調(diào)用各歷史數(shù)據(jù)曲線并進(jìn)行直觀分析、判斷:通過定期趨勢分析,及時發(fā)現(xiàn)異常,提出預(yù)警,做好預(yù)控,避免發(fā)生設(shè)備非停,如通過分析測點數(shù)據(jù)序列的變化趨勢,對油槽設(shè)備緩慢漏油、軸瓦損壞造成的瓦溫緩慢上升等隱患進(jìn)行分析。

4.3報警與預(yù)警

系統(tǒng)具有報警功能,即當(dāng)測量得到的參數(shù)超過設(shè)定限值后發(fā)出報警信號,系統(tǒng)提供實時的機(jī)組報警信息一覽表,從中可方便瀏覽到機(jī)組的報警信息。系統(tǒng)的報警/預(yù)警平臺應(yīng)基于一體化管控平臺開發(fā),當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)報警/預(yù)警或系統(tǒng)模塊出現(xiàn)故障時,報警平臺窗口將自動彈出,并以醒目的顏色變化提示相關(guān)人員注意,同時系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)報警信息提供相應(yīng)的處理意見和可能的故障。系統(tǒng)所有報警事件均會自動存儲,用戶可通過事件列表調(diào)取事件記錄。

5遠(yuǎn)程診斷中心建設(shè)規(guī)劃

建設(shè)遠(yuǎn)程分析診斷中心,是為了進(jìn)行水電站不同類型機(jī)組設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的集中研究。基于集控中心建設(shè)遠(yuǎn)程診斷中心具備以下優(yōu)勢:（1）利用集控中心數(shù)據(jù)集成的優(yōu)勢,實現(xiàn)各受控廠站不同監(jiān)測系統(tǒng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺,建設(shè)遠(yuǎn)程診斷的數(shù)據(jù)中心。（2）依托設(shè)備廠家、科研機(jī)構(gòu)建設(shè)遠(yuǎn)程診斷中心的分析中心,可通過集控中心組織設(shè)備廠家、科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行各電站機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測研究分析工作,實現(xiàn)WEB遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測、查詢、分析,便于專家遠(yuǎn)程診斷分析。（3）依托集控中心平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)和成果的展示以及診斷分析決策的統(tǒng)一出口管理,可為流域電站機(jī)組檢修提出統(tǒng)籌安排的建議。

6結(jié)語

建設(shè)水電站設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)機(jī)組狀態(tài)檢修、故障預(yù)防和故障診斷,有效保障水輪發(fā)電機(jī)組的正常運行,具有非常重要的意義。同時,依托集控中心建設(shè)數(shù)據(jù)中心,能夠為設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程分析診斷及其他高級應(yīng)用提供數(shù)據(jù)源支撐,為建設(shè)集控模式下的遠(yuǎn)程診斷中心奠定基礎(chǔ)。