水電廠生產實時系統建設實踐

曾鵬飛

摘 要：為了進一步提高水電廠的生產管理水平，建立了包含水電特有生產業務的實時系統。該系統的建設實現了對所有生產數據的及時、準確掌握和綜合運用分析，該系統的建設實踐也為水電廠的智能化發展提供了指導和探索方向。

關鍵詞：水電廠；生產管理；實時系統；數據采集

中圖分類號：TM621.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.014

1 概述

2008年，我公司提出了建設楓樹壩水電廠生產實時系統的設想，由于當時最主要的生產業務監控系統中已有1套WEB服務器可提供基本的查詢功能，所以，該項目沒有立即啟動。隨著電廠自動化水平的不斷提高，逐漸增加了機組在線監測、主變色譜分析和調度計劃曲線等系統，加之已有的監控系統、水情防汛系統、大壩自動化監測系統和電能計量系統等也在不斷更新、完善，技術管理人員需要經常到廠區生產現場查詢、抄錄和分析數據。因此，需要建立統一的生產實時系統，形成實時數據采集、儲存、處理和展現的有機平臺，以方便更多的技術和管理人員分析和決策。

2013年，生產實時系統的建設正式啟動，經過一年的軟、硬件調試，目前，已具備應用功能并實踐運行半年多。本文主要結合項目建設的實際情況，對系統建設過程中的難點、系統功能應用亮點等方面進行了闡述和探討。

2 建設過程中的難點

目前，由于國內還沒有先進、成熟的項目案例，各水電廠對生產實時系統的建設、智能化水電廠的建設等均處于摸索實踐階段，已建成的少數水電廠的生產實時系統也僅處于數據匯合階段，沒有二次開發。本項目中的生產實時系統建設無論從硬件的選擇、布置，還是從軟件的設計開發，都是電廠與系統軟件公司共同逐步、逐項探討和實踐的結果，在建設、實施的過程中，雙方技術人員投入了大量的時間和精力。

楓樹壩水電廠生產實時系統涵蓋了廠內監控、水情、大壩、

電量、振擺、色譜和調度曲線等。這些系統中有的服務器屬于生產控制Ⅰ區，有的屬于生產非控制Ⅱ區、管理信息Ⅲ區，有的與生產實時服務器同處于廠區現場，有的系統服務器在市區以外。

硬件的位置和數據業務安全防護需要綜合考慮。各系統數據通信接口的規格并不一致，有的系統采用IEC61850通信協議，有的采用串口Modbus通信協議。在軟件功能的設計開發中，避免功能與原獨立系統重復、數據的互相調用等也需要精細設計和考慮。

3 現場的硬件結構

按照電力系統二次安全防護原則，生產實時系統在Ⅰ區和Ⅱ區分別布置了1臺數據業務接口機和1臺正向隔離裝置，在Ⅲ區布置了1臺主服務器和防火墻，所有業務系統數據最終在Ⅲ區服務器匯總并展示。實時系統的整體設備結構拓撲如圖1所示。

4 系統功能的應用亮點

水電生產實時系統的核心為消除企業內部的信息孤島，最終建立廠級乃至集團流域統一的生產實時系統和歷史數據平臺，并在此基礎上建立一系列的綜合應用功能，比如生產過程監視、參數報警、機組狀態監視、性能計算、電量管理和生產報表等，從而使企業各級管理人員及時、全面地了解企業的生產狀況，增強企業的應變能力。下面結合實際，詳細說明電廠生產實時系統建設、開發和應用中突出的亮點功能。

4.1 過程監視和趨勢分析

該系統提供了與所有原獨立業務系統一致、同步的實時畫面和參數變化，真正實現了過程監控從控制室到桌面的延伸，可使管理人員不在現場、不依賴生產人員，便可以了解整個生產和運行的情況，從而完成設備運行數據的收集和分析。

在分析數據時可自定義趨勢，測點和時間段可任意組合、比對并作趨勢分析。此外，趨勢過程也可以圖形的方式再現過去某一時刻的運行狀況，使生產和事故分析過程更加直觀、有效，徹底改變了以往只能通過查看歷史趨勢和參數進行事故分析的方式，提高了事故分析能力和反應速度。

4.2 告警預警實踐

原各獨立系統只有單一的測點越限告警等功能，生產實時系統建立后，可將所有生產數據測點作為判斷條件進行綜合邏輯告警和趨勢預警。比如，機組軸承溫度逐步升高趨勢預警、庫區來水突然增大趨勢預警和機組負荷偏離調度曲線預警等。在滿足預警條件時，實時系統將提供實時預警顯示和預警記錄查詢，還可設置關鍵預警事件發生時以短信的形式發送至相關人員的功能。預警信息可提前預判現場設備的趨勢變化，將以往人工經驗判斷轉為了系統自動判斷，便于提前發現設備缺陷和安全隱患，從而保障生產設備的穩定運行。

4.3 優化調度探索

水是水電廠發電生產的根本，在無法準確預判、掌握氣候、天氣等因素的情況下，統計、分析庫區來水情況、機組發電耗水和最優工況出力等的優化調度，即為水電廠提高生產經營管理水平的關鍵。在生產實時系統建設探索的過程中，加入了水情數據與電量數據日、月、年重要指標數據的同期對比，增加了機組實際負荷曲線、電壓曲線與調度計劃曲線的監測比對，通過效率性能計算設計了不同水頭下的最優出力和最優耗水率比對曲線。具體如圖2所示。

應用該系統后，對發電計劃申請和運行人員調控具有相當大的實際操作指導意義。2014年底，經統計，實際全年機組發電耗水率達到近10年來的最高水平，該項系統功能在今后將體現更大的作用和價值。

4.4 綜合性報表的開發

在保留各系統原有統計報表的基礎上，增加了許多與以往靠人工統計、計算和分析等不同的綜合性統計報表，比如技術監督類統計報表、設備可靠性分析類報表和并網輔助考核類報表等。報表按照原有人工統計模版設計，可以在辦公局域網瀏覽，也可保存為電子格式或直接打印。通過查看報表，可一目了然地對數據進行判斷和總結，整個報表的設計開發體現了對數據的綜合利用和深度挖掘。

5 存在的問題和不足

該系統中存在的問題和不足主要有以下2方面：①生產實時系統與原各獨立系統連接，存在數據采集不同步的問題，這對數據分析有一定影響。因此，需要在生產實時系統中增加實時設備，方便數據采集時增加時標，以更加精確地應用、比較和分析不同系統在同一時段的生產數據。②由于各獨立系統已有監視控制等界面和功能，生產實時系統在應用功能的二次開發中，需進一步利用數據，不能只采集和匯總數據，也不能簡單地重復原獨立系統的功能，并在數據的綜合應用上進一步開發新功能。

6 結束語

該系統經過近半年的運行，減少了以往的人工統計和經驗判斷。生產實時系統在遠方實時畫面監視、機組運行日志分析、優化調度出力和技術監督報表統計等方面發揮著越來越大的作用，明顯提高了企業的管理水平。目前，該系統的功能應用還處于進一步探索和改進階段。

〔編輯：張思楠〕