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(fā)有限公司，四川 成都610051）

0 引言

2003年在電力系統(tǒng)領(lǐng)域美國和歐洲先后提出“智能電網(wǎng)”的概念。中國國家電網(wǎng)公司在2009年6月提出“建設(shè)統(tǒng)一堅強電網(wǎng)”概念，在2009年11月提出了“統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備（系統(tǒng)）研制規(guī)劃”，隨后國家電網(wǎng)公司逐步建設(shè)并投運了眾多智能變電站，為“智能電網(wǎng)”的建設(shè)和發(fā)展奠定了一些基礎(chǔ)[1]。“智能水電站”相關(guān)概念也隨之提出，而后水電站設(shè)計研究單位、水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)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(nèi)的部分電站也已實現(xiàn)“無人值班、少人值守”等重大管理突破，水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)近年來的快速發(fā)展與革新在其中起著至關(guān)重要的作用。但目前在水電站運行工作中設(shè)備監(jiān)視、報警處置、報表統(tǒng)計等眾多工作仍需花費大量人力、物力資源來實現(xiàn)。本文將基于現(xiàn)有水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特點，對水電站如何實現(xiàn)智能化進行一些功能的設(shè)想與探討。

1 當(dāng)前水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)簡介

當(dāng)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(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。計算機監(jiān)控系統(tǒng)按照分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了大量的設(shè)備運行數(shù)據(jù)采集，進而實現(xiàn)了對水電站全方位的集中監(jiān)視與控制。

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)備層次上一般分為現(xiàn)地控制單元層、廠站控制層、廠站信息層和信息發(fā)布層4層；網(wǎng)絡(luò)上分為電站控制網(wǎng)、電站信息網(wǎng)和信息發(fā)布網(wǎng)3層，即整個系統(tǒng)釆用“3網(wǎng)4層”的全冗余分層分布開放系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)[2]，如圖1所示。

圖1 水電站分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)廠站控制層中的操作員工作站在運行日常設(shè)備監(jiān)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(shù)據(jù)顯示，為遙控、遙調(diào)信息的下發(fā)與執(zhí)行提供操作窗口，同時監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)包含的SOE、事故追憶、數(shù)據(jù)查詢等功能也可以在操作員工作站上便捷的實現(xiàn)。

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

2 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化和功能設(shè)想

當(dāng)前水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)基本上都實現(xiàn)了大量的數(shù)據(jù)采集功能，將這些數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的計算與分析技術(shù)近些年迅速發(fā)展，將其運用于智能水電站的建設(shè)是后續(xù)水電行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

2.1 信號報警機制優(yōu)化

大容量水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號量大，準確高效的信號報警機制，可以提高監(jiān)控系統(tǒng)的有效性，還可以很大程度的減輕運行人員監(jiān)視工作的強度。模擬量數(shù)值或變化幅度超過其報警閾值范圍，開關(guān)量的常態(tài)和非常態(tài)轉(zhuǎn)變均會開出相關(guān)報警信號。

模擬量數(shù)值變化的連續(xù)性，可以更為直觀的表現(xiàn)運行設(shè)備的控制狀態(tài)和健康水平，優(yōu)化模擬量信號報警信息對設(shè)備狀態(tài)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(diào)速器系統(tǒng)壓力等重要模擬量信號設(shè)置多級報警信號，當(dāng)數(shù)值接近正常范圍上限或者下限時，進行預(yù)報警，能幫助運行人員提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備可能存在的異常。

報警信息與現(xiàn)地設(shè)備之間還包含著一定的邏輯制約關(guān)系。例如：對于模擬量和開關(guān)量同時存在的“機組和主變冷卻水流量”，當(dāng)機組或主變停運時，設(shè)備不再需要強迫冷卻，其冷卻水流量可能變?yōu)?，此時的報警信息已沒有實際意義，因此可不產(chǎn)生該模擬量和開關(guān)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(guān)系數(shù)據(jù)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(shè)備定值優(yōu)化

設(shè)備模擬量定值在有“預(yù)報警”功能的情況下，可能仍然不能更加準確地反映設(shè)備運行的健康水平，對其報警定值進行更深層次的優(yōu)化設(shè)定，更利于設(shè)備“在線監(jiān)測與診斷”。

例如：發(fā)電機定子繞組溫度直接表征著發(fā)電機的運行健康水平，發(fā)電機定子繞組溫度又與發(fā)電機負荷、環(huán)境溫度有著直接聯(lián)系，通過計算機對三者的歷史數(shù)據(jù)進行分析、對比、處理，計算出發(fā)電機定子繞組溫度與發(fā)電機負荷、環(huán)境溫度之間的制動關(guān)系，動態(tài)設(shè)定發(fā)電機定子繞組溫度報警和跳閘定值，實現(xiàn)發(fā)電機的動態(tài)在線監(jiān)視。發(fā)電機轉(zhuǎn)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(shè)定。

2.3 增設(shè)故障判別與定位功能

水電站電氣設(shè)備故障均有瞬發(fā)性和故障報警信息大量性的特點，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行要求在事故處置時應(yīng)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(jiān)控系統(tǒng)增設(shè)電氣設(shè)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(shè)備故障時的特征分量，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)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(guān)定位信息，同時，電站工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)自動切換至相關(guān)設(shè)備監(jiān)視畫面，運行人員便可在在第一時間掌握設(shè)備故障情況，進而準確快速處置故障。

2.4 增設(shè)故障處置建議系統(tǒng)

設(shè)備報警或故障時，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)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(guān)檢查與處置建議，運行人員可直接根據(jù)提示信息快速查找并處置故障。

2.5 人機界面優(yōu)化

監(jiān)控系統(tǒng)人機界面是運行人員獲取設(shè)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(shè)備信息獲取的快慢有著直接的影響。

監(jiān)控畫面自定義自動滾屏，監(jiān)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(shè)備信號對比顯示，設(shè)備定值懸浮顯示，設(shè)備模擬量歷史數(shù)據(jù)曲線圖快速查詢與導(dǎo)出，歷史事件快速查詢與導(dǎo)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(yōu)化報表功能

當(dāng)前水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)報表功能較為簡單，完全不能滿足運行監(jiān)視與分析要求，智能化水電站的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能提供豐富的報表自定義查詢與生成功能，能為設(shè)備長期運行的狀態(tài)提供最為直接的分析數(shù)據(jù)，同時相關(guān)數(shù)據(jù)也應(yīng)能快速便捷導(dǎo)出。

3 結(jié)語

水電站智能化建設(shè)是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，智能化的水電站才能實現(xiàn)真正的“無人值班”，這需要水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)在依托現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，運用更先進、更智能、更安全的技術(shù)和方法提升其智能化水平。本文在水電站智能化計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)的一些功能上進行了淺顯的設(shè)想與探討，為水電站智能化建設(shè)提供了一些細微的參考意見。