水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)智能報(bào)警研究

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摘要：以水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，篩選出能夠反映水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和故障現(xiàn)象等方面的特征數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)分析、故障分析及故障輔助決策研究；并以降低運(yùn)行人員工作強(qiáng)度，提高設(shè)備健康水平為目的，探討智能報(bào)警系統(tǒng)的建設(shè)及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能報(bào)警；運(yùn)行趨勢(shì)分析；故障分析；故障輔助決策

引言

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)視和控制全廠所有設(shè)備。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一般將開關(guān)量信號(hào)分為狀變信號(hào)、故障信號(hào)、事故信號(hào)等；而模擬量信號(hào)一般設(shè)置高、低限，越限時(shí)報(bào)警，需要運(yùn)行值班人員24h不間斷進(jìn)行監(jiān)視，設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)分析及故障處置均依賴于運(yùn)維人員的專業(yè)技能水平，并且無法做到實(shí)時(shí)在線分析預(yù)測(cè)，易因人員疏忽或技能水平不足而忽視重要信號(hào)，從而導(dǎo)致事故發(fā)生。建立智能報(bào)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(shù)和手段，實(shí)時(shí)分析設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)，及時(shí)定位故障原因，縮短故障處置時(shí)間，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。

1智能報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

智能報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則主要有以下四個(gè)方面：（1）智能報(bào)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(shí)時(shí)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(cè)、故障錄波、電能量采集和繼電保護(hù)信息管理系統(tǒng)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于信息管理大區(qū)。（2）智能報(bào)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(yùn)行和性能，系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、開放式的接口技術(shù)，便于后期的功能擴(kuò)展。軟件模塊根據(jù)功能發(fā)展逐步配置，新增加的設(shè)備和軟件不影響原有系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，應(yīng)滿足系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善的要求。（3）通過智能報(bào)警系統(tǒng)整合全站機(jī)電設(shè)備信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視分析，對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)已發(fā)生故障提供處置方案。（4）智能報(bào)警系統(tǒng)獲取了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)，系統(tǒng)要替代計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視功能，同時(shí)降低運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，需對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)必須運(yùn)維人員進(jìn)行干涉的狀況時(shí)智能報(bào)警系統(tǒng)才產(chǎn)生報(bào)警提示，報(bào)警信息單獨(dú)顯示，不與其他正常的事件信息同框。報(bào)警信息優(yōu)化原則如下：1）正常的狀變信號(hào)，如排水泵啟停、輪換等信號(hào)不進(jìn)行提示；2）開關(guān)量報(bào)警信號(hào)在一定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)復(fù)歸且不影響設(shè)備運(yùn)行的不進(jìn)行提示；3）發(fā)生事故時(shí)，報(bào)警信息只顯示啟動(dòng)事故停機(jī)的報(bào)警信號(hào)，其他伴隨事故而觸發(fā)的報(bào)警信號(hào)不在報(bào)警信息中顯示，可在下級(jí)菜單或其他報(bào)警框中查看。

2智能報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能報(bào)警系統(tǒng)布署在信息管理大區(qū)，采用分布式星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)建立獨(dú)立的歷史數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)接收和存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)組狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。計(jì)算服務(wù)器根據(jù)運(yùn)行趨勢(shì)分析邏輯和故障分析策略實(shí)時(shí)分析設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，通過機(jī)器自學(xué)習(xí)建立智能報(bào)警定值。工程師站用于系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)，報(bào)警工作站則將分析結(jié)果及故障處置策略推送給運(yùn)行維護(hù)人員。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3智能報(bào)警系統(tǒng)的功能

3.1運(yùn)行趨勢(shì)分析及預(yù)警

通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行相同工況下同一設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析，相同工況下同類設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析，不同工況下同一設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析，不同工況下同類設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析等，建立設(shè)備的健康圖譜、智能定值，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行人為調(diào)整。設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行數(shù)據(jù)超過歷史平均值的上限或下限時(shí)進(jìn)行預(yù)警，提示運(yùn)維人員進(jìn)行檢查，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備劣化趨勢(shì)。系統(tǒng)具有可自由組態(tài)的運(yùn)行趨勢(shì)分析工具，針對(duì)設(shè)備特定的運(yùn)行趨勢(shì)可自由選擇相關(guān)的特征數(shù)據(jù)，制定數(shù)據(jù)分析方法及預(yù)警條件，系統(tǒng)按設(shè)定的分析方法進(jìn)行趨勢(shì)分析，分析結(jié)果達(dá)到預(yù)警條件時(shí)進(jìn)行預(yù)警，分析設(shè)備參量單位時(shí)間變化幅度、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備啟動(dòng)間隔時(shí)間等。例如，排水系統(tǒng)可進(jìn)行如表1所示的運(yùn)行趨勢(shì)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(shè)備運(yùn)行維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)維人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)故障分析及輔助決策進(jìn)行組態(tài)。設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)可視化地展現(xiàn)故障原因，并根據(jù)故障報(bào)警信息、設(shè)備運(yùn)行工況及知識(shí)庫，給出故障報(bào)警原因及其可信度，輔助運(yùn)行人員快速、準(zhǔn)確定位設(shè)備故障部位及原因。根據(jù)故障原因及知識(shí)庫，推送故障處理建議及措施，緊急情況下推送相關(guān)的故障應(yīng)急預(yù)案，輔助運(yùn)維人員快速、正確地處理緊急異常事件。例如圖2所示的調(diào)速器系統(tǒng)PLC故障，系統(tǒng)根據(jù)“PLC-A運(yùn)行信號(hào)”“PLC-B運(yùn)行信號(hào)”消失或“主控PLC切換”信號(hào)判斷PLC故障，并給出了故障判斷的可信度及處理建議。

4結(jié)語

大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展成熟，為實(shí)現(xiàn)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)智能報(bào)警功能提供了便利條件。結(jié)合水電站現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可方便地建立智能報(bào)警系統(tǒng)，將繁雜的運(yùn)行監(jiān)視任務(wù)簡(jiǎn)化，最終實(shí)現(xiàn)“無人監(jiān)視”，可以大幅降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，助推水電站運(yùn)行管理模式的發(fā)展創(chuàng)新，為智慧水電的建設(shè)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