李華貴 王勇國 楊金華 張保華

[摘? ? 要 ]水電廠作為電力系統(tǒng)重要的電源，保障其安全經(jīng)濟(jì)運行有利于電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，而電廠自動化設(shè)備的可靠運行是保障其實現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)運行的基礎(chǔ)。本文通過對大數(shù)據(jù)的概念、水電廠自動化元件依托大數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)防性檢修的必要性進(jìn)行敘述，并結(jié)合水電廠的電力安全生產(chǎn)的特點對其實現(xiàn)的方法進(jìn)行描述，希望在此基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)水電廠的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，推進(jìn)水電廠的安全經(jīng)濟(jì)運行，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供有效保障。

[關(guān)鍵詞]水電廠;大數(shù)據(jù);自動化設(shè)備;預(yù)防性檢修

[中圖分類號]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）11–00–03

[Abstract]As an important power supply for power system， ensuring its safe and economic operation is beneficial to the stability of power system， and the reliable operation of power plant automation equipment is the basis to ensure its safe and economic operation. This paper describes the concept of big data， the necessity of preventive maintenance of automatic components of hydropower plant relying on big data， and describes the method of realizing it according to the characteristics of electric power safety production in hydropower plant.

[Keywords]hydropower plant; big data; automation equipment; preventive maintenance

1 大數(shù)據(jù)應(yīng)用背景

大數(shù)據(jù)（BigData）是指在數(shù)據(jù)分析處理時，不進(jìn)行數(shù)據(jù)抽樣分析，而是對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)化分析處理的一種技術(shù)。其核心技術(shù)是基于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析后進(jìn)行數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，將專業(yè)分析的結(jié)果以人們能直觀理解的方式呈現(xiàn)出來，為決策者提供實際的理論指導(dǎo)。

水電廠大數(shù)據(jù)主要來源于電力生產(chǎn)，其主要包括發(fā)電業(yè)務(wù)、檢修業(yè)務(wù)以及安全防護(hù)3個方面，大數(shù)據(jù)的分析主要基于對電力生產(chǎn)的歷史運行數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)化分析，為電力生產(chǎn)和檢修提供指導(dǎo)。

2 水電廠自動化設(shè)備預(yù)防性檢修的必要性

所謂的自動控制，是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置對機(jī)組各設(shè)備或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，使之達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)或性能要求。水電廠亦不例外，電力生產(chǎn)過程主要通過自動控制方式完成。

作為一個完整的自動控制系統(tǒng)，主要由控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對象以及反饋環(huán)節(jié)組成，如圖1所示。為了完成一個必要的控制過程，其各自動化元器件是必須且必要的，自動化元件的運行可靠性將直接決定整個控制的成敗。

針對某水電廠某年度機(jī)組非計劃停運情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)其因自動化設(shè)備故障導(dǎo)致機(jī)組非計劃停運次數(shù)占到全年度所有停運次數(shù)的60%～70%，大大影響了機(jī)組的運行經(jīng)濟(jì)性。

3 水電廠電力大數(shù)據(jù)的采集

水電廠所采集的大數(shù)據(jù)主要表現(xiàn)為各生產(chǎn)設(shè)備運行參數(shù)、發(fā)電量、電能質(zhì)量以及電壓參數(shù)等。其大數(shù)據(jù)主要采集渠道主要是依靠站內(nèi)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來完成，典型的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控下位機(jī)和監(jiān)控上位機(jī)組成，監(jiān)控下位機(jī)主要由各現(xiàn)地LCU、各終端數(shù)據(jù)采集裝置以及必要通信設(shè)備組成，監(jiān)控上位機(jī)主要由各主機(jī)、操作員站、通訊服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、GPS時鐘等組成，上下位機(jī)之間通過廠內(nèi)星型以太網(wǎng)連接通訊，詳見圖2。

在系統(tǒng)正常運行時，經(jīng)過各測點自動化設(shè)備（或裝置）采集各設(shè)備參數(shù)進(jìn)行控制，并將所采集的各設(shè)備參數(shù)自動存入歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器，進(jìn)而得到大批量的數(shù)據(jù)。

4 水電廠電力大數(shù)據(jù)處理

水電廠大數(shù)據(jù)處理主要是針對在系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其數(shù)據(jù)通過站內(nèi)星型以太網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)存儲于歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器工作組內(nèi)，一般存儲時間長度應(yīng)充分考慮完整的一次水電廠檢修周期的時間長度。數(shù)據(jù)的處理主要是針對元數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的分類管理，在有效保障數(shù)據(jù)穩(wěn)定的情況下對全部數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，尤其是針對在比對過程中發(fā)現(xiàn)的同一設(shè)備前后參數(shù)不一致時應(yīng)自動記錄異常，并增加對其分析的頻率，比如自動化設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)的數(shù)據(jù)刷新變慢、數(shù)據(jù)突變等情況，數(shù)據(jù)分析工具應(yīng)自動對其進(jìn)行分析和記錄，并將結(jié)果上送至檢修決策平臺;同時，增加必要的人機(jī)接口、數(shù)據(jù)共享平臺、日志審計、應(yīng)急備份、用戶接入控制等，并進(jìn)行必要的接口維護(hù)、模型維護(hù)、服務(wù)維護(hù)，以增強(qiáng)電力大數(shù)據(jù)的可靠性，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，其具體分析處理架構(gòu)詳見圖3。

5 水電廠電力大數(shù)據(jù)在自動化設(shè)備檢修中的應(yīng)用

經(jīng)過大數(shù)據(jù)處理分析工具對水電廠生產(chǎn)運行所形成的實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并在發(fā)現(xiàn)水電廠內(nèi)同一自動化設(shè)備發(fā)現(xiàn)參數(shù)與原有采集數(shù)據(jù)采樣發(fā)生變化時，將該異常進(jìn)行準(zhǔn)確記錄并上送至檢修決策平臺，例如在水電廠中振動擺度數(shù)據(jù)對水輪發(fā)電機(jī)組的安全運行至關(guān)重要，它直接反映機(jī)組實時運行的情況，其普通監(jiān)控系統(tǒng)中采樣的數(shù)據(jù)相對分散、資源整合度不夠、參考意義不強(qiáng)，無法形成定性的結(jié)果。但是若依托大數(shù)據(jù)分析處理平臺，可以將每一次測量的異常均進(jìn)行記錄，并前后比對分析，可以很好地整合分散的資源，得出可靠并且合理的結(jié)果，為每年的機(jī)組檢修和自動化元件維護(hù)提供有力的依據(jù)。

因此，在水電廠內(nèi)進(jìn)行大數(shù)據(jù)技術(shù)的分析應(yīng)用，將很好地為水電廠自動化設(shè)備預(yù)防性檢修提供有力的參考，提前對自動化設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，降低每年因自動化設(shè)備（或元件）異常導(dǎo)致的機(jī)組非計劃停運次數(shù)，增強(qiáng)水電廠機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運行。

6 水電廠電力大數(shù)據(jù)智能化趨勢分析報警的應(yīng)用

系統(tǒng)利用與計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的信息交互接口，獲取生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)視、數(shù)據(jù)匯總及存儲、數(shù)據(jù)分析、智能報警及智能報表等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示：

數(shù)據(jù)分析功能：本功能實現(xiàn)對采集來的各種不同類型的數(shù)據(jù)依據(jù)要求進(jìn)行自動加工處理，其結(jié)果供報表或再加工，提供如下功能。

（1）對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性和正確性檢查，更新實時數(shù)據(jù)庫。

（2）從采集的實時數(shù)據(jù)（含模擬量、累積量等）到時段、小時、日、旬、月、年數(shù)據(jù)計算。其中時段數(shù)據(jù)的最小間隔為5 min（可以為10、15、30 min），小時、日、旬、月、年數(shù)據(jù)（包括開始點、平均值、最大值、最小值及其發(fā)生時間等特征量）。

（3）根據(jù)某些需要權(quán)重計算的指標(biāo)進(jìn)行計算。其中時段數(shù)據(jù)的最小間隔為5 min（可以為10、15、30 min），小時、日、旬、月年數(shù)據(jù)。

（4）自動實現(xiàn)對遲到數(shù)據(jù)的處理。

（5）常規(guī)數(shù)據(jù)處理的計算方法、計算周期長度、參與計算的測點等可以按照需要進(jìn)行配置組態(tài)。

經(jīng)過對大數(shù)據(jù)的綜合分析，生成智能報表并自動保存記錄，根據(jù)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行趨勢化智能報警，提升電廠自動化運行水平。

7 結(jié)束語

水電廠作為電力系統(tǒng)重要的電源生產(chǎn)地，在現(xiàn)代化大數(shù)據(jù)技術(shù)的沖擊下，水電廠應(yīng)進(jìn)行必要的改革，學(xué)習(xí)并利用新的設(shè)備和技術(shù)，提高水力發(fā)電廠運行效率和穩(wěn)定性，建立科學(xué)化的電力大數(shù)據(jù)系統(tǒng)預(yù)防性檢修管理平臺，必要時應(yīng)有針對性的進(jìn)行電力大數(shù)據(jù)模型計算、仿真計算，進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)利用準(zhǔn)確性，最終建立起大數(shù)據(jù)時代下智能化電力系統(tǒng)，彰顯新技術(shù)應(yīng)用帶來的顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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[2] 趙云山，劉煥煥.大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用研究[J].電信科學(xué)，2014（1）：29-30.