基于SMA2000的龍羊峽水電站設備趨勢分析系統

顏現波，毛 琦，陳小松，顏增強，孫黎全，姚方祿

（1.中國水利水電科學研究院，北京 100038；2.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038；3.青海黃河上游水電開發有限責任公司龍羊峽發電分公司，青海 海南 811800）

黃河龍羊峽水電站位于青海省藏族自治州境內共和縣與貴南縣交界的龍羊峽谷入口處，電站以發電為主，兼有防洪、防凌、灌溉、養殖、旅游、航運等綜合功能，是西北電網主力調峰、調頻電廠。電站裝有4臺單機容量為320 MW的混流式水輪發電機，最大單機出力350 MW，總裝機容量1 280 MW，年平均利用小時數4 710 h，保證出力647 MW，設計年發電量60億kW·h。

龍羊峽水電站機電設備智能診斷分析系統主要是通過電站計算機監控系統實現，主要方法是完善設備數據庫的采集，引入設備數據生命周期理念,利用SMA2000軟件對電站計算機監控系統采集的設備數據進行實時分析判斷，每月自動生成設備運行狀態的分析報告，對設備的運行、檢修、維護提出相應的意見及建議，從而提前了解設備狀態及時消除設備隱患,做到以設備管設備的目的[1-5]。

1 系統研究技術路線

1.1 如何提前了解設備狀態及時消除設備隱患

為提前了解設備狀態及時消除設備隱患問題，利用基于Python語言的智能報表系統，結合水電站設備運行數據，制定標準化設備運行模板。該報表系統可以自動生成分析報表，為運行維護人員提供可靠、有效的參考依據。

1.2 如何實現設備運行趨勢分析及故障診斷功能

2 系統設計原則及系統結構

2.1 項目總體設計理念

在該系統設計過程中充分利用行業調研、實際需求分析、方法建模、模式匹配、數據抽取、數據庫優化技術等方式，并結合可視化技術及人機功能學方法，為系統提供人性化的分析界面及形象化的成果展示，整個系統設計思路如圖1所示。

圖1 系統總體設計理念

2.2 系統主要功能需求分析

2.2.1 機電設備全生命周期分析

將全廠機電設備全生命周期功能作為軟件的一個子功能存在，需要滿足在多條件，多狀態，動態監視電站設備。在生命周期子功能里，操作人員可以編輯設備報警、預警條件。

2.2.2 單一設備多種運行狀況條件分析

完成針對單一設備，多種運行狀況條件下，編輯報警或預測事項功能。

2.2.3 全廠機組經濟運行分析

根據機組超聲波測流、機組負荷、導葉漏水量、耗水率、電量等數據進行分析，提高機組經濟運行狀態。關聯數據量：機組超聲波測流、機組負荷、導葉漏水量、耗水率、電量、機組跨越振動區或在振動區間運行時機組各個部位最大振擺數據等數據。

2.2.4 機組壓油泵及漏油泵運行趨勢分析

(3)水旺莊礦區控礦深度超過-2200m，而長達110km的招平斷裂其他區域勘查深度多在-1500m左右，水旺莊深部找礦突破進一步拓展了招平斷裂深部找礦的空間。

根據監控系統壓、漏油罐油壓，及機組負荷、AGC調節令、一次調頻動作等數據，分析機組壓、漏油泵運行趨勢。關聯數據量：壓油罐油壓、機組負荷、AGC調節令、一次調頻動作、上次啟、停泵時間、壓油泵打壓時間、總運行時間等數據。

2.2.5 風機水泵油泵運行統計分析

根據監控系統低壓儲氣罐壓力、停機風閘投退、檢修用氣等數據，分析風機系統運行趨勢。根據水泵、油泵的啟、停泵時間及以往正常停泵間隔時間、每日的啟動次數等數據，分析水泵、油泵系統運行趨勢，分析模型如圖2。

圖2 油泵、風機運行分析模型

2.3 軟件數據RAID存儲技術

2.3.1 RAID存儲技術原理

RAID磁盤存儲技術原理是將一組磁盤驅動器用某種邏輯方式聯系起來，作為邏輯上的一個磁盤驅動器來使用。目前主要有RAID0、RAID1、RAID5等多種存儲方式，為了得到更高的速度、穩定性、更大的存儲能力以及容錯能力，一般都采用集中RAID方式組合形式。

2.3.2 RAID存儲技術優勢

①采用快速數據校驗技術，保障較高的數據安全性和完整性。②超大容量和級聯的擴展技術，實現海量數據存儲。③采用磁盤陣列自帶CPU和內存技術，實現數據訪問的高速性。④配備雙機集群容錯軟件,保證作業連續性。⑤盤陣列采用級聯技術或SAN 存儲區域網技術，具有靈活的擴展能力。

3 狀態趨勢分析系統實現

3.1 以H9000 V4.5監控系統為應用支撐平臺

3.1.1 應用支撐平臺

應用支撐平臺是連接基礎硬件設施和應用服務的橋梁，是以應用服務器、中間件技術為核心的基礎軟件技術支撐平臺，其作用是實現資源的有效共享和應用服務的互聯互通，為應用系統的功能實現提供技術支持、多種服務及運行環境，是實現應用系統之間、應用系統與其他平臺之間進行信息交換、傳輸、共享的核心。

3.1.2 平臺主要功能

應用平臺主要完成如下功能：完成系統實時、歷史數據存儲和管理，并對相關服務提供根據對象進行索引的數據存儲、訪問接口；提供統一的報警平臺；提供統一軟件接口規范和軟件管理規范，為相關服務軟件提供松耦合的運行環境。

3.2 以SMA2000及iReport智能報表為工具

以SMA2000趨勢分析軟件及iReport智能報表為工具，建立數據模型及分析模型。結合水電站設備運行數據，制定標準化設備運行模板。

監視報表實現智能化處理，采集數據完成基本處理后，可根據預定策略進行自動生成智能化周期報表。根據運行經驗定制智能策略，如對于油泵、水泵等設備，可根據其啟停次數、時間變化，液位、液壓趨勢等規律的變化監視并判斷設備的運行狀態，在運行異常時給出報警和建議。

3.3 趨勢分析人機交互界面

用戶交互界面示例如圖3、圖4所示。

圖3 用戶交互界面示例1

圖4 用戶交互界面示例2

3.4 智能報表軟件示例

智能報表示例如圖5、圖6所示。

圖5 智能報表示例1

圖6 智能報表示例2

4 結論

文章主要介紹了龍羊峽水電站基于SMA2000的設備狀態趨勢分析系統。該軟件基于H9000 V4.5環境及支持平臺，利用數據挖掘技術實現了數據不同展示方式，主要有曲線、散點圖、柱狀圖、餅圖、表格等；該軟件建立的電廠泵設備遠程診斷分析子系統，為水電站發電機組、油泵、水泵、開關等設備提供了狀態監測與跟蹤分析診斷功能。

另外利用Python開發語言設計了iReport智能報表軟件，該軟件不僅實現了設備運行狀態的在線監測和故障分析，可及時發現設備可能存在的隱患，為檢修決策與故障分析提供技術依據；還能對歷史數據庫記錄的大量設備運行狀態數據進行追憶和分析，可為設備檢修人員提供豐富的有用信息，能很好地滿足運行監視與事故分析的實際需要。