水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)智能報警研究

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摘要：以水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎，篩選出能夠反映水輪發(fā)電機組及其輔助設備運行狀態(tài)和故障現(xiàn)象等方面的特征數(shù)據(jù)，進行設備運行趨勢分析、故障分析及故障輔助決策研究；并以降低運行人員工作強度，提高設備健康水平為目的，探討智能報警系統(tǒng)的建設及應用。

關鍵詞：智能報警；運行趨勢分析；故障分析；故障輔助決策

引言

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)視和控制全廠所有設備。計算機監(jiān)控系統(tǒng)一般將開關量信號分為狀變信號、故障信號、事故信號等；而模擬量信號一般設置高、低限，越限時報警，需要運行值班人員24h不間斷進行監(jiān)視，設備運行趨勢分析及故障處置均依賴于運維人員的專業(yè)技能水平，并且無法做到實時在線分析預測，易因人員疏忽或技能水平不足而忽視重要信號，從而導致事故發(fā)生。建立智能報警系統(tǒng)，取代人工監(jiān)視，可最大限度減少人為因素的影響，依賴可靠的分析技術和手段，實時分析設備運行趨勢，及時定位故障原因，縮短故障處置時間，提高設備運行可靠性。

1智能報警系統(tǒng)的設計原則

智能報警系統(tǒng)的設計原則主要有以下四個方面：（1）智能報警系統(tǒng)部署在信息管理大區(qū)，系統(tǒng)通過安全隔離裝置從控制區(qū)實時獲取監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、從非控制區(qū)獲取在線監(jiān)測、故障錄波、電能量采集和繼電保護信息管理系統(tǒng)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲于信息管理大區(qū)。（2）智能報警系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取、處理的過程不影響現(xiàn)有系統(tǒng)的運行和性能，系統(tǒng)采用標準化、開放式的接口技術，便于后期的功能擴展。軟件模塊根據(jù)功能發(fā)展逐步配置，新增加的設備和軟件不影響原有系統(tǒng)的可靠運行，應滿足系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善的要求。（3）通過智能報警系統(tǒng)整合全站機電設備信息，實現(xiàn)對機電設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)視分析，對可能發(fā)生的故障進行預測，對已發(fā)生故障提供處置方案。（4）智能報警系統(tǒng)獲取了計算機監(jiān)控系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)，系統(tǒng)要替代計算機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視功能，同時降低運行人員的工作強度，需對報警信息進行優(yōu)化。當設備出現(xiàn)必須運維人員進行干涉的狀況時智能報警系統(tǒng)才產生報警提示，報警信息單獨顯示，不與其他正常的事件信息同框。報警信息優(yōu)化原則如下：1）正常的狀變信號，如排水泵啟停、輪換等信號不進行提示；2）開關量報警信號在一定時間內自動復歸且不影響設備運行的不進行提示；3）發(fā)生事故時，報警信息只顯示啟動事故停機的報警信號，其他伴隨事故而觸發(fā)的報警信號不在報警信息中顯示，可在下級菜單或其他報警框中查看。

2智能報警系統(tǒng)的結構

智能報警系統(tǒng)布署在信息管理大區(qū)，采用分布式星型網(wǎng)絡結構，系統(tǒng)建立獨立的歷史數(shù)據(jù)庫，實時接收和存儲計算機監(jiān)控系統(tǒng)、機組狀態(tài)在線監(jiān)測等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。計算服務器根據(jù)運行趨勢分析邏輯和故障分析策略實時分析設備的運行數(shù)據(jù)，并與歷史數(shù)據(jù)進行比較，通過機器自學習建立智能報警定值。工程師站用于系統(tǒng)升級和維護，報警工作站則將分析結果及故障處置策略推送給運行維護人員。系統(tǒng)結構如圖1所示。

3智能報警系統(tǒng)的功能

3.1運行趨勢分析及預警

通過對歷史數(shù)據(jù)進行相同工況下同一設備的運行數(shù)據(jù)趨勢分析，相同工況下同類設備的運行數(shù)據(jù)趨勢分析，不同工況下同一設備的運行數(shù)據(jù)趨勢分析，不同工況下同類設備的運行數(shù)據(jù)趨勢分析等，建立設備的健康圖譜、智能定值，并根據(jù)實際情況進行人為調整。設備當前運行數(shù)據(jù)超過歷史平均值的上限或下限時進行預警，提示運維人員進行檢查，提前發(fā)現(xiàn)設備劣化趨勢。系統(tǒng)具有可自由組態(tài)的運行趨勢分析工具，針對設備特定的運行趨勢可自由選擇相關的特征數(shù)據(jù)，制定數(shù)據(jù)分析方法及預警條件，系統(tǒng)按設定的分析方法進行趨勢分析，分析結果達到預警條件時進行預警，分析設備參量單位時間變化幅度、設備運行時間、設備啟動間隔時間等。例如，排水系統(tǒng)可進行如表1所示的運行趨勢分析。

3.2故障分析及輔助決策

系統(tǒng)的故障分析及輔助決策功能基于設備運行維護人員的經驗，運維人員根據(jù)經驗對系統(tǒng)故障分析及輔助決策進行組態(tài)。設備發(fā)生故障時，系統(tǒng)可視化地展現(xiàn)故障原因，并根據(jù)故障報警信息、設備運行工況及知識庫，給出故障報警原因及其可信度，輔助運行人員快速、準確定位設備故障部位及原因。根據(jù)故障原因及知識庫，推送故障處理建議及措施，緊急情況下推送相關的故障應急預案，輔助運維人員快速、正確地處理緊急異常事件。例如圖2所示的調速器系統(tǒng)PLC故障，系統(tǒng)根據(jù)“PLC-A運行信號”“PLC-B運行信號”消失或“主控PLC切換”信號判斷PLC故障，并給出了故障判斷的可信度及處理建議。

4結語

大數(shù)據(jù)技術、人工智能與機器學習技術的發(fā)展成熟，為實現(xiàn)水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)智能報警功能提供了便利條件。結合水電站現(xiàn)有的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，可方便地建立智能報警系統(tǒng)，將繁雜的運行監(jiān)視任務簡化，最終實現(xiàn)“無人監(jiān)視”，可以大幅降低人員勞動強度，同時提高設備運行可靠性，助推水電站運行管理模式的發(fā)展創(chuàng)新，為智慧水電的建設提供一定的參考。

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作者：高國 單位：雅礱江流域水電開發(fā)有限公司