水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

劉小云

（五凌電力有限公司，湖南長沙 410004）

1 水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)組成

水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，通過采集、分析、處理及存儲水電機組的各類信號，數(shù)據(jù)采集器能夠提取機組運行狀態(tài)的特征參數(shù)，對機組故障進行預(yù)警和報警，并且通過網(wǎng)絡(luò)將所得到機組狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器及鏡像數(shù)據(jù)服務(wù)器，以便進一步對機組的運行狀態(tài)進行診斷。

除了與GPS和監(jiān)控系統(tǒng)進行通信外，狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器還負責(zé)管理和存儲從各數(shù)據(jù)采集箱傳輸而來的水電機組歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)、實時狀態(tài)數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)。除了與MIS系統(tǒng)進行通信，鏡像數(shù)據(jù)服務(wù)器也負責(zé)管理和存儲從各數(shù)據(jù)采集箱傳輸而來的水電機組歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)、實時狀態(tài)數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)，存儲的數(shù)據(jù)可以和狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器互相備份。

圖1 水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

整個系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測內(nèi)網(wǎng)由各數(shù)據(jù)采集站和狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)成，而狀態(tài)監(jiān)測內(nèi)網(wǎng)與鏡像數(shù)據(jù)服務(wù)器間設(shè)有單向網(wǎng)絡(luò)隔離裝置，以此確保數(shù)據(jù)的單向傳輸，即智能由狀態(tài)監(jiān)測內(nèi)網(wǎng)流向鏡像數(shù)據(jù)服務(wù)器。在MIS網(wǎng)和鏡像數(shù)據(jù)服務(wù)器件設(shè)有硬件防火墻，在保證網(wǎng)絡(luò)透明性的同時，實現(xiàn)了對非法信息的隔離。工程師工作站供現(xiàn)場工程師對機組數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和分析。WEB服務(wù)器用于進行狀態(tài)監(jiān)測相關(guān)網(wǎng)頁發(fā)布。MIS網(wǎng)用戶可以通過IE瀏覽器登錄WEB服務(wù)器瀏覽相關(guān)網(wǎng)頁，實現(xiàn)對機組狀態(tài)的監(jiān)測和分析。同時，WEB服務(wù)器還可以將數(shù)據(jù)通過Internet傳送到遠程診斷中心，從而實現(xiàn)遠程分析和診斷。

2 水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)功能劃分

系統(tǒng)的功能不應(yīng)該只簡單地定位為對水電機組故障的診斷和分析，要在安全運行和指導(dǎo)檢修等方面發(fā)揮作用。具體說來，水電機組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)應(yīng)具有6個功能。

（1）機組運行狀態(tài)的實時記錄、監(jiān)測和分析。通過對諸如壓力脈動、大軸擺度等機組穩(wěn)定性參數(shù)的實時采集、計算、分析和特征提取，系統(tǒng)能夠?qū)⑻幚砗蟮臄?shù)據(jù)以棒圖、結(jié)構(gòu)示意圖、曲線和數(shù)據(jù)表格等形式在數(shù)據(jù)采集站、工程師站以及網(wǎng)絡(luò)所關(guān)聯(lián)的有關(guān)工作終端上進行顯示。

（2）基于水電機組運行狀態(tài)的預(yù)警和報警。水電機組運行的狀況比較復(fù)雜，受到安裝條件、操作因素和地質(zhì)條件等多種因素的影響，在不同運行狀況下各個參數(shù)將會存在很大的差異，因此僅設(shè)定一個限值來決定系統(tǒng)是否發(fā)出警報是不太恰當(dāng)?shù)模菀桩a(chǎn)生誤報警和漏報警的情況。鑒于此，系統(tǒng)將針對機組不同的運行工況來設(shè)定不同的限值，從而提高報警的準確性。此外，系統(tǒng)將根據(jù)所監(jiān)測到的相關(guān)參數(shù)的變化，在報警發(fā)生前預(yù)先發(fā)現(xiàn)機組運行中存在的缺陷或者是故障，從而向操作人員發(fā)出預(yù)警提示。

（3）故障、缺陷的分析和診斷。無論是通過系統(tǒng)的預(yù)警功能發(fā)現(xiàn)水電機組潛在的缺陷，還是通過性能分析找到水電機組的故障，都需要采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)去深層次的挖掘故障和缺陷產(chǎn)生的原因。系統(tǒng)具有故障診斷模塊和知識庫編輯模塊，向用戶提供了豐富且直觀的分析和診斷工具，確保用戶能夠通過故障診斷知識庫來進行自動或者是人工咨詢診斷，從而快速準確的定位故障原因。

（4）機組性能的評估和分析。系統(tǒng)能夠?qū)λ姍C組在線運行的各種數(shù)據(jù)進行準確地采集和記錄，利用一系列性能分析功能，方便地實現(xiàn)機組大修后的各種常規(guī)試驗，了解機組大修后的動穩(wěn)態(tài)特性。與此同時，用戶還可以通過系統(tǒng)定期制作的狀態(tài)報告，隨時了解機組運行狀態(tài)的變化，便于用戶全面掌握機組的性能和特性。

（5）指導(dǎo)機組的精細檢修。通過采集水電機組的測試數(shù)據(jù)，能夠便于用戶對水電機組的運行狀態(tài)進行全面掌握，確認機組是否處于最優(yōu)狀態(tài)中，通過對一些機組的精確調(diào)整來改善其運行狀態(tài)，降低事故率。與此同時，利用系統(tǒng)記錄的檢修后各種相關(guān)數(shù)據(jù)，可以對檢修效果進行綜合分析，評價機組各部件的運行狀態(tài)，這樣當(dāng)機組某個部件出現(xiàn)故障時，用戶可以通過系統(tǒng)所提供的各種專家級分析工具，來輔助分析故障發(fā)生的原因，從而指導(dǎo)機組的精細檢修。

（6）其他功能。除了上述功能外，系統(tǒng)還具有以下功能：諸如盤車軸線的測量、動平衡計算法等多種實用功能；在INTERNET/INTRANET上實現(xiàn)機組狀態(tài)的遠程診斷和管理，并能夠與其他外部設(shè)備進行通信以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享；對事故發(fā)生前10 min和事故發(fā)生后5 min的詳細數(shù)據(jù)進行追憶；預(yù)覽和打印；各種歷史數(shù)據(jù)的存放按自動壓縮方式進行，當(dāng)數(shù)據(jù)存滿硬盤后能夠自動報警；完善的授權(quán)管理功能；防火墻功能；人機界面友好且漢化，非常容易操作和維護，并且具有在線幫助功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 預(yù)處理計算機

由于系統(tǒng)涉及的設(shè)備較多，需要采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)較多，因此要使用多臺預(yù)處理計算機，它們所監(jiān)測的內(nèi)容和分析算法不同，但是數(shù)據(jù)處理的結(jié)構(gòu)和流程都是一樣的。為了確保整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一致的，預(yù)處理計算機都采用WINDOWS2003平臺，其最終數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要包括：狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器為預(yù)處理計算機提高的少量配置數(shù)據(jù)、傳感器采集的水電機組原始時域數(shù)據(jù)、經(jīng)FFT算法提取出的特征數(shù)據(jù)。圖2為預(yù)處理計算機的數(shù)據(jù)流。

3.2 狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器

狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器對特征數(shù)據(jù)進行存在，其各功能模塊功能分明且獨立開來。為了滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析處理、聯(lián)機事務(wù)處理系統(tǒng)、在電力企業(yè)和Internet上發(fā)布數(shù)據(jù)的需求，系統(tǒng)采用SQL Server作為狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫軟件，并且數(shù)據(jù)庫接口采用雙10/100/1000 M以太網(wǎng)接口。狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，包括預(yù)處理計算機傳送的數(shù)據(jù)和綜合分析結(jié)果等數(shù)據(jù)。狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)，能夠反映出水電機組正規(guī)壽命周期的運行狀態(tài)，但是數(shù)據(jù)的密度可能比較小，其中的特征量數(shù)據(jù)均是以趨勢曲線的形式來存儲的，但密度較低。

圖2 預(yù)處理計算機的數(shù)據(jù)流

3.3 WEB服務(wù)器

為了確保用戶在任意客戶端都能夠獲得一致的服務(wù)，系統(tǒng)的設(shè)計采用Web/Server模式。采用Web/Server模式，現(xiàn)場用戶、電廠MIS用戶和遠程用戶，都可以通過Microsoft IE網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進行監(jiān)測和分析，從而獲得WEB服務(wù)器的監(jiān)測、診斷、分析和系統(tǒng)維護服務(wù)。在水電廠局域網(wǎng)內(nèi)，WEB服務(wù)器主要提供2個功能：一是發(fā)布WEB頁面，確保不同的終端用戶都能夠直接通過IE瀏覽器來對WEB服務(wù)器進行訪問；二是提供監(jiān)測、診斷、分析和系統(tǒng)維護服務(wù)。

3.4 用戶終端

作為瘦客戶端軟件，用戶終端上需要設(shè)置監(jiān)測和故障診斷軟件，其特點是在首次在指定網(wǎng)址下載后不需要安裝就可以直接使用。監(jiān)測和故障診斷軟件可以自動下載監(jiān)測畫面文件，并且能夠自動實現(xiàn)與WEB服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信，不斷顯示和刷新畫面實時數(shù)據(jù)和曲線。用戶終端不需要存儲大量的數(shù)據(jù)，其所顯示的數(shù)據(jù)都是通過WEB服務(wù)器從狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器獲得的，因此可以將其視為WEB服務(wù)器的一個顯示窗口。

4 結(jié)語

隨著幾座裝機百萬千瓦的水電機組相繼投產(chǎn)，我國水電機組向著更大容量和更高水頭的方向發(fā)展，這使得傳統(tǒng)的計劃檢修和定期維修已經(jīng)難以滿足水電安全穩(wěn)定生產(chǎn)的需要。相較于傳統(tǒng)的計劃檢修和定期維修，狀態(tài)檢修極大降低了水電廠的成本，并且提高了其自動化管理水平，因此開發(fā)水電機組狀態(tài)檢修及故障診斷系統(tǒng)勢在必行。

［1］肖濤.水電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)應(yīng)用探析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（12）:130.

［2］茹欣.水電機組在線監(jiān)測及故障診斷技術(shù)研究［J］.農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2016（20）:60.

［3］代紅，王成江.水電機組在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.中國電力教育，2011（30）:141-142.