大崗山水電廠設備一體化智能管控平臺設計與應用

葛 嘉,彭 放,朱傳古,潘偉峰

[1.國電大渡河大崗山水電開發有限公司，四川省雅安市 625409 2.南瑞集團有限公司(國網電力科學研究院)，江蘇省南京市 211106]

0 引言

大渡河公司于2014年開始開展了“智慧企業”研究及建設，提出了基于大數據[1]和智能分析技術[2]構建信息決策“大腦”的“智慧企業”發展目標，充分運用云計算、大數據、物聯網、人工智能等新技術，有效變革和優化現有體系、流程、人、技術等企業要素，全面提高企業應對外部風險能力，全力實現“風險識別自動化、管理決策智能化，糾偏升級自主化”為核心的智慧管理。

大崗山電廠緊跟大渡河公司的發展戰略，根據“智慧電廠”[3][4][5]的實施規劃，按照大渡河公司的實施路線圖，以建設智能電站[6]、提高工業生產能力為迫切目標，以建設智慧電廠為長遠目標，改變電廠的管理模式，順應“智慧變革”的需求，努力實現可持續發展。近年來，大崗山電廠通過與南瑞集團合作，設計研發了基于智慧管理模式的設備一體化智能管控平臺[7][8]，為智慧電廠建設探索了一條行之有效的實踐方向。

1 設計方案

大渡河公司智慧企業整體架構中的“智慧電廠”單元包含三個層次——智能電站、智慧管理、智慧決策。設備一體化智能管控平臺在智慧電廠體系中的定位是智慧基礎平臺，它為智慧電廠提供技術手段和運行平臺，以建成“一中心四平臺”為建設目標，逐步改變傳統生產管理模式，實現時刻全面掌握生產現場信息，為運維、檢修、技改等工作提供全新平臺，并為推進智慧電廠管理變革打下堅實的技術基礎。

設備一體化智能管控平臺就是整個智慧電廠建設的技術支撐。通過設備一體化智能管控平臺逐步完成“一中心四平臺”的建設，構建起智慧電廠的技術架構（見圖1）。

2 平臺建設與應用

2.1 大崗山公司平臺架構

在滿足電力監控系統安全防護規定的前提下，結構設計總體原則為：以一體化管控平臺為核心，以可靠的光纖傳輸網絡為主干架構，以現地自動化系統終端為基礎，搭建面向服務的智能化分布式系統結構。Ⅰ區、Ⅱ區和Ⅲ區數據均實現“360度”無死角接入，平臺支持智能水電廠IEC 61850、IEC 104、Modbus、 Modbus-TCP、CDT等常用標準通信協議。設備一體化智能管控平臺對所有數據按照設備進行分類并實現“對象化”管理，各子系統之間通過智能組態形成聯動（見圖2）。

圖1 智慧電廠技術架構Figure 1 Technical architecture of smart hydropower plant

圖2 可組態設備 一體化智能管控平臺系統網絡結構圖Figure 2 Network structure of configurable device integrated intelligent control platform system

設備一體化智能管控平臺橫跨Ⅰ區、Ⅱ區和Ⅲ區，聯通各區域之間數據交互，最終在Ⅲ區實現全面匯聚。在Ⅰ區設置有數據匯聚及智能聯動服務器，主要獲取機組、主變壓器、500kV GIS及高壓電纜等主設備的實時數據；在Ⅱ區設置有通信服務器，主要獲取電能量采集系統、繼電保護信息管理系統等準實時系統數據，以及生產管理系統、圖檔管理系統、工業電視系統、點檢系統等管理類的數據；在Ⅲ區部署平臺的核心即“數據中心”，主要作為平臺的數據匯聚中心和應用支撐基礎；最終實現全電站設備的綜合展示、綜合分析、智能報警等功能，并實現工業電視、門禁系統等業務的聯動。

2.2 大崗山公司平臺功能部署

系統由統一數據采集平臺、統一數據匯聚中心、基礎服務與應用平臺、智能多系統聯動平臺、智能報警平臺、設備信息管理平臺、智能查詢展示平臺等部分組成。

（1）統一數據采集平臺采用標準化通用接口建立橫跨生產控制大區和管理信息大區的數據交換總線，實現平臺與各子系統(或裝置)的信息交換與共享。

（2）統一數據匯聚中心實現集中的數據匯集，提供統一的數據存儲服務，提供全景數據基礎支撐，并提供所有應用的數據訪問接口、數據同步、數據管理等服務。

（3）基礎支撐服務與應用采用分布式服務組件模式，提供統一開放的服務容器管理，能較好滿足系統集成和應用擴展的需要。

（4）智能告警平臺集中計算機監控系統、Oncall、生產管理信息系統、水情電量信息、電站運行管理日常定期工作等各方面的信息，根據預設的報警策略進行分級智能報警，并能按預定義的通知策略即時通知或提醒相應責任人，如閘門操作信息通過泄洪語音報警系統進行廣播通知。

（5）智能多系統聯動平臺通過相應安全分區聯動服務器分別接入需進行聯動的各子系統，集中采集各子系統數據、統一調度聯動策略、下發各類聯動指令。

（6）智能查詢展示平臺包括Web發布、APP發布兩大功能模塊，Web模塊可在后臺自動生成各類設備分析報告，使用Web方式智能搜索設備動態手冊、自定義組態生產報表、自定義智能監視、動態視頻監控、智能診斷、查詢智能報警結果及智能聯動結果等，值班期間的運維人員可通過該平臺完成監控系統巡屏、工業電視巡屏、設備運行分析、設備臺賬記錄、定期工作、兩票統計等實際工作。系統組成如圖3所示。

2.3 大崗山公司平臺功能特點

2.3.1 策略可組態的設備智能聯動

可組態智能聯動主要分為工業電視墻、聯動記錄和聯動演示三個模塊，通過聯動服務器實現，聯動服務器控制聯動策略，聯動策略由后臺流程服務框架管理。平臺通過統一的聯動策略方案定義，將監控系統、微機五防系統、生產管理系統、門禁系統、工業電視系統、消防系統等接入聯動應用節點，根據聯動策略方案統一組織各服務節點的聯動動作。

圖3 系統組成框圖Figure 3 System composition block diagram

（1）工業電視墻。與中控室的大屏幕左側電視墻同步，6塊屏幕分別用來展示事故聯動顯示一/二、重要操作聯動顯示、告警信號聯動顯示、門禁聯動顯示和消防聯動顯示中工業電視動作情況（見圖4）。

圖4 工業電視墻顯示圖Figure 4 Industrial TV wall display

（2）聯動記錄模塊。可以記錄并保存每次聯動的策略、動作時間和動作狀態，同時也支持在線根據時間節點的選擇來查詢內容（見圖5）。

（3）聯動演示模塊。可將每條典型策略以流程圖動畫的形式顯示出來，查看相關聯動策略更直觀簡便（見圖6）。

圖5 聯動記錄查詢圖Figure 5 Linkage record query diagram

圖6 聯動演示圖Figure 6 Linkage diagram

圖7 電站電氣主接線綜合監視圖（彈窗可顯示關聯設備實時信息）Figure 7 Comprehensive monitoring diagram of the main electrical wiring of the power station (the popup window can display the real-time information of the associated equipment)

2.3.2 可自定義畫面的設備智能化綜合監視

設備智能化綜合監視功能主要由設備實時運行狀態監視、工業電視畫面監視與3D數字廠房場景組成[9]。針對原有監控技術手段存在分區局限、信息零散、缺乏統一性等不足，從整合、全面、準確、便捷等方面設置運行監視功能，利用平臺數據全面無死角優勢，跨系統、跨分區組合實時監控模塊，同時結合3D技術，建立“虛擬化云端電廠”。

（1）設備實時運行狀態監視。將電站所有實時數據劃分為主設備實時監視、輔助設備實時監視與在線監測數據監視3個部分，同時將同類型設備狀態參數部署在同一界面，便于數據的觀察對比；設置數據初步分析功能，對超限值項進行突出顯示（見圖7）。

（2）工業電視畫面監視。無縫接入電站生產區域所有實時視頻監控畫面，針對重點區域視頻監控設置了“一鍵畫面巡回”功能，實現無地域限制、無時間限制的巡回工作方式（見圖8）。

（3）3D數字廠房。以三維虛擬現實技術為主要手段，對電站所有區域場景與設備設施進行三維建模，結合運行仿真和檢修仿真技術，利用平臺數據接口，實現電站三維數字化綜合展示、虛擬設備在線演示、虛擬漫游、虛擬巡視、虛擬操作、運行及檢修仿真培訓等功能（見圖9）。

2.3.3 設備智能化診斷

設備智能化診斷是根據生產需求，對重要設備的動態參數進行篩選和處理后通過近幾個月的統計對比得出此動態參數的趨勢走向，從而分析出該設備的健康狀態[10]，主要包括定制化趨勢分析、相關性趨勢分析、通用趨勢分析和缺陷統計。

圖8 視屏監視圖Figure 8 Video surveillance map

圖9 3D數字廠房模擬圖Figure 9 3D Digital factory simulation

（1）定制化趨勢分析。根據不同負荷，對機組運行態下的重要參數指標如軸承油位、軸瓦溫度、機組振擺等進行趨勢分析（見圖10）。

（2）相關性趨勢分析。對給定時間段機組出力區間內不同機組的溫度、振擺進行統計并形成散點圖，方便運維人員更為直觀地對比分析不同機組的特征狀態參量（見圖11）。

（3）通用趨勢分析。運維人員可根據自身需求選擇任意歷史時間段和任何設備生產模擬量測點，進行統計分析得出其折線圖、散點圖和趨勢走向結果（見圖 12）。

（4）缺陷統計。根據缺陷類型形成當年未消除缺陷和已消除缺陷的柱狀觀察圖，并將各個機組的缺陷進行分類統計對比，同時也可根據時間節點自行進行缺陷查詢（見圖13）。

圖10 定制化趨勢分析圖Figure 10 Customized trend analysis chart

圖11 相關性趨勢分析圖Figure 11 Relevance trend analysis chart

圖12 通用趨勢分析圖Figure 12 General trend analysis chart

圖13 缺陷統計圖Figure 13 Defect statistics

2.3.4 設備運行智能分析報表

設備運行智能分析報表能夠自動采集并處理數據，定時生成報告及報表，可下載可瀏覽，主要由設備分析報告、生產報表、定期工作、設備臺賬、兩票信息等5個模塊組成。

（1）設備分析報告。通過預設時間，后臺可自動生成Word報告（有問題的數據自動標紅提醒，支持員工在線編輯修改）。同時增加審核流程功能，以方便報告在生產人員與管理人員之間的流轉和自動存儲（見圖14）。

圖14 設備分析報告圖Figure 14 Device analysis report

（2）生產報表。主要有統計表（PLC記錄）和趨勢分析表（平均、最大、最小、同比、環比），可按時間段查詢、下載并打印（見圖15）。

圖15 生產報表圖Figure 15 Production report diagram

（3）定期工作。可查詢、在線編輯及下載各種定期工作表格（表格中的異常數據會自動標紅提醒），包含：電氣、水工、綜合維護定期工作和對標系統的數據錄入工作（見圖16）。

（4）設備臺賬。包含自動、監控、保護、通信設備臺賬，可在線編輯和查閱（見圖17）。

圖16 定期工作填報圖Figure 16 Regular work report

圖17 設備臺賬檢修維護記錄圖Figure 17 Equipment account maintenance maintenance record

（5）兩票信息。接入生產管理系統的操作票和工作票記錄，通過時間節點和兩票類別的選擇可以查詢兩票的詳細信息（見圖18）。

圖18 兩票信息查詢統計圖Figure 18 Two-ticket information query chart

2.3.5 動態化設備手冊

動態化設備手冊（智能手冊）面向水電廠設備部件和設備整體的統一對象進行建模，以建立基于狀態監測數據、功能監控數據以及生產管理數據等多元信息融合的水電設備狀態指標體系為目標，以設備樹為基礎，將設備相關的靜態參數、動態參數、兩票信息、缺陷記錄、圖紙資料掛靠在設備樹的三級目錄中進行歸一化整理，右側設計了快速導航菜單，可迅速轉至想看的參數模塊（見圖19）。

圖19 智能手冊調速器參數圖Figure 19 Smart manual governor parameter map

2.3.6 可組態智能化告警

智能告警[11]包括：當前報警、歷史報警、信息發送及ONCALL信息。

（1）當前報警。統計當前所有報警信息，按照故障和異常等級顯示數量，詳細故障信息在頁面中滾動播放（報警時間，級別，ONCALL、綜合報警或趨勢報警）（見圖20）。

圖20 當前告警統計圖Figure 20 Current alarm chart

（2）歷史報警。可按時間、設備和報警等級進行組態查詢，便于精準定位異常設備的具體故障；首頁中加入4臺機組分等級的實時報警數量統計表（見圖21）。

圖21 歷史報警統計圖Figure 21 Historical alarm chart

（3）ONCALL信息。記錄ONCALL短信內容及發送時間，同時可以查看屏蔽的ONCALL信息（見圖 22）。

圖22 ONCALL信息顯示圖Figure 22 ONCALL information display

（4）信息發送。暫時具備自動填寫數據定時手動發送，后期實現每日自動發送，信息可按每日電量信息、事發處理信息、泄洪信息及歷史信息進行分類（見圖 23）。

圖23 信息發送電能量水情短信圖Figure 23 Information transmission electric energy water situation SMS

2.3.7 智能化搜索

借鑒百度搜索功能，智能化搜索可以實現站內所有設備實時狀態信息、設備生產指標信息、發電運行信息、歷史數據資料等信息的快速檢索和智能查詢（見圖24）。智能查詢分為上下兩部分：上部顯示智能搜索框，根據設備名稱檢索，檢索到設備樹中包含的所有信息，點擊詳情，可查看完整信息；下部顯示其他系統鏈接，如電站Web、內部辦公、生產管理、電力市場、電能量采集等系統鏈接，減少多個網址登錄。

圖24 智能查詢首頁圖Figure 24 Smart query home page

3 結束語

本文詳細介紹了可組態設備一體化管控平臺在大崗山電廠的應用，并對平臺的建設與應用進行詳細描述。平臺自上線以來，運行穩定可靠，為電站日常運維和設備管控提供有價值的應用支撐，極大地提升了運維人員的工作效率和工作準確性，提高了電站的設備運行管理水平，具有一定的推廣價值。結合大渡河公司智慧電廠實施路線圖，大崗山電廠通過該平臺的建設，建立了生產數據中心，實現了智能電站多系統聯動，建立起了智能電站的運行監測預警平臺，接入了大渡河本部的設備與檢修平臺，基本滿足了智慧基礎平臺的要求，在不久的將來，隨著大渡河公司設備模型、檢修模型、調度模型、安全模型和運行模型的深入研究和實踐，本平臺將持續不斷的為五大智慧水電模型落地服務。