智能化水電站計算機監控系統的功能設想與探討

曠 熊，彭興東，張皓月，周小建，蘇 蕾，張軍威

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都610051）

0 引言

2003年在電力系統領域美國和歐洲先后提出“智能電網”的概念。中國國家電網公司在2009年6月提出“建設統一堅強電網”概念，在2009年11月提出了“統一堅強智能電網關鍵設備（系統）研制規劃”，隨后國家電網公司逐步建設并投運了眾多智能變電站，為“智能電網”的建設和發展奠定了一些基礎[1]。“智能水電站”相關概念也隨之提出，而后水電站設計研究單位、水電站計算機監控系統研制單位、水電站運行及管理單位也在大力開展水電站智能化的研究與試點。我國包括二灘水電站在內的部分電站也已實現“無人值班、少人值守”等重大管理突破，水電站計算機監控系統技術近年來的快速發展與革新在其中起著至關重要的作用。但目前在水電站運行工作中設備監視、報警處置、報表統計等眾多工作仍需花費大量人力、物力資源來實現。本文將基于現有水電站計算機監控系統的結構和功能特點，對水電站如何實現智能化進行一些功能的設想與探討。

1 當前水電站計算機監控系統簡介

當前大中型水電站基本上都嚴格按照“無人值班、少人值守”原則進行計算機監控系統的設計。計算機監控系統按照分層分布式網絡結構設計，實現了大量的設備運行數據采集，進而實現了對水電站全方位的集中監視與控制。

水電站計算機監控系統在設備層次上一般分為現地控制單元層、廠站控制層、廠站信息層和信息發布層4層；網絡上分為電站控制網、電站信息網和信息發布網3層，即整個系統釆用“3網4層”的全冗余分層分布開放系統總體結構[2]，如圖1所示。

圖1 水電站分層分布式網絡結構圖

水電站計算機監控系統廠站控制層中的操作員工作站在運行日常設備監視與控制中起著重要作用，為遙信、遙測提供直觀的信息和數據顯示，為遙控、遙調信息的下發與執行提供操作窗口，同時監控系統應包含的SOE、事故追憶、數據查詢等功能也可以在操作員工作站上便捷的實現。

雖然目前水電站計算機監控系統已經實現“四遙”（遙信、遙測、遙控、遙調），甚至還實現了包括“遙視”在內“五遙”功能。其中“遙信”、“遙測”包含的信息與數據均是經過基本的A/D或D/A轉換后在相關設備監視畫面直接顯示。運行人員為了深度掌握各類設備的運行狀態，除了通過監控系統報警信息以外，一般還需要通過查看翻閱大量監控畫面，以及對比、分析、計算各類運行參數等方式后才能獲取與知曉。然而水電站運行人員對現場設備運行狀態的掌握程度有著極高的要求，深度掌握設備運行狀態對于設備運行方式及時調整、設備故障快速處置等工作有著極大的幫助。當前水電站計算機監控系統實現的監視控制功能還不能完全地提供設備深度運行狀態等信息，這些限制阻礙了智能化水電站的建設與發展。

2 水電站計算機監控系統優化和功能設想

當前水電站計算機監控系統基本上都實現了大量的數據采集功能，將這些數據通過計算機進一步地深度計算與分析將為水電站運行工作提供極大便利。大數據的計算與分析技術近些年迅速發展，將其運用于智能水電站的建設是后續水電行業發展的必然趨勢。

2.1 信號報警機制優化

大容量水電站計算機監控系統數據信號量大，準確高效的信號報警機制，可以提高監控系統的有效性，還可以很大程度的減輕運行人員監視工作的強度。模擬量數值或變化幅度超過其報警閾值范圍，開關量的常態和非常態轉變均會開出相關報警信號。

模擬量數值變化的連續性，可以更為直觀的表現運行設備的控制狀態和健康水平，優化模擬量信號報警信息對設備狀態的深度掌握有著重要意義。例如：為母線電壓、機組和主變冷卻水流量、調速器系統壓力等重要模擬量信號設置多級報警信號，當數值接近正常范圍上限或者下限時，進行預報警，能幫助運行人員提早發現設備可能存在的異常。

報警信息與現地設備之間還包含著一定的邏輯制約關系。例如：對于模擬量和開關量同時存在的“機組和主變冷卻水流量”，當機組或主變停運時，設備不再需要強迫冷卻，其冷卻水流量可能變為0，此時的報警信息已沒有實際意義，因此可不產生該模擬量和開關量的報警信息[3]。將各類信號進行歸納整理，形成報警信號閉鎖制約關系數據庫，過濾刪除無意義的報警信息，可提高報警信息的有效性。

2.2 設備定值優化

設備模擬量定值在有“預報警”功能的情況下，可能仍然不能更加準確地反映設備運行的健康水平，對其報警定值進行更深層次的優化設定，更利于設備“在線監測與診斷”。

例如：發電機定子繞組溫度直接表征著發電機的運行健康水平，發電機定子繞組溫度又與發電機負荷、環境溫度有著直接聯系，通過計算機對三者的歷史數據進行分析、對比、處理，計算出發電機定子繞組溫度與發電機負荷、環境溫度之間的制動關系，動態設定發電機定子繞組溫度報警和跳閘定值，實現發電機的動態在線監視。發電機轉子繞組溫度、變壓器繞組溫度等定值均可按照此方法分析和計算后設定。

2.3 增設故障判別與定位功能

水電站電氣設備故障均有瞬發性和故障報警信息大量性的特點，電力系統的安全穩定運行要求在事故處置時應迅速、準確。上述特點和要求在事故處置時會對運行人員造成干擾，影響運行人員的正確判斷與決策。計算機監控系統增設電氣設備常見典型故障判別與定位功能可有效幫助運行人員及時、準確處置故障。

例如：通過綜合分析多個電壓互感器、電流互感器在一次設備故障時的特征分量，監控系統根據預先設定的故障判斷算法智能判斷，快速定位故障位置，并給出相關定位信息，同時，電站工業電視監控系統自動切換至相關設備監視畫面，運行人員便可在在第一時間掌握設備故障情況，進而準確快速處置故障。

2.4 增設故障處置建議系統

設備報警或故障時，監控系統根據報警或故障信息，提供可能引起該報警或故障的原因信息，并提供相關檢查與處置建議，運行人員可直接根據提示信息快速查找并處置故障。

2.5 人機界面優化

監控系統人機界面是運行人員獲取設備運行信息的最基本的途徑之一，其人機界面是否友好，對設備信息獲取的快慢有著直接的影響。

監控畫面自定義自動滾屏，監控事件信號分類、分顏色、分屏、分窗口同時顯示，不同機組同類型設備信號對比顯示，設備定值懸浮顯示，設備模擬量歷史數據曲線圖快速查詢與導出，歷史事件快速查詢與導出等更加友好的人機界面將為運行工作更高效開展提供便利。

2.6 優化報表功能

當前水電站計算機監控系統報表功能較為簡單，完全不能滿足運行監視與分析要求，智能化水電站的監控系統應能提供豐富的報表自定義查詢與生成功能，能為設備長期運行的狀態提供最為直接的分析數據，同時相關數據也應能快速便捷導出。

3 結語

水電站智能化建設是行業發展的必然趨勢，智能化的水電站才能實現真正的“無人值班”，這需要水電站計算機監控系統在依托現有技術的基礎上，運用更先進、更智能、更安全的技術和方法提升其智能化水平。本文在水電站智能化計算機監控系統應實現的一些功能上進行了淺顯的設想與探討，為水電站智能化建設提供了一些細微的參考意見。