水布埡電廠控制系統(tǒng)智能化建設(shè)

瞿森森，張 念，邢 丹

(湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443000)

水布埡電廠地處湖北省巴東縣境內(nèi)，主體工程由大壩、發(fā)電廠房、左岸溢洪道和右岸放空洞等組成。大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高233 m，為目前世界同類壩型之最。電站為引水式地下廠房，安裝4臺46萬kW水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)184萬kW，設(shè)計(jì)年發(fā)電39.84億kW·h，是清江干流上最大的梯級電站，電站調(diào)節(jié)性能好，在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，是湖北省乃至華中電網(wǎng)不可多得的多年調(diào)節(jié)電站，是華中電網(wǎng)骨干調(diào)峰調(diào)頻電站。

水布埡水庫正常蓄水位400 m，總庫容45.8億m3，預(yù)留防洪庫容5億m3，和下游隔河巖水庫預(yù)留防洪庫容聯(lián)合調(diào)度，可大大提高荊江河段的防洪標(biāo)準(zhǔn)。水布埡電廠與下游清江梯級電廠聯(lián)合運(yùn)行，可增加隔河巖、高壩洲發(fā)電量2.4億kW·h；與三峽、葛洲壩電站聯(lián)合調(diào)度，相互補(bǔ)償運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1 目前控制系統(tǒng)存在的弊端

水布埡電廠主要設(shè)備為2007年投入運(yùn)行，投運(yùn)初期受制國內(nèi)水電系統(tǒng)智能化程度還不夠，廠內(nèi)設(shè)備的自動化運(yùn)行控制還比較粗放?？刂葡到y(tǒng)只能完成基本控制功能，對設(shè)備的運(yùn)行狀況無法預(yù)判，對設(shè)備運(yùn)行次數(shù)無法自動統(tǒng)計(jì)，很多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)依賴于人工的抄表、記錄、計(jì)算。設(shè)備正常動作、設(shè)備異常動作情況高度依賴于值班人員的工作經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平以及工作責(zé)任心。由于水布埡水電站在電網(wǎng)中的重要作用及水能利用特點(diǎn)所決定，機(jī)組每天開停機(jī)頻繁，經(jīng)常處于熱備用狀態(tài)，每天增減負(fù)荷多次，機(jī)組頻繁穿越振動區(qū)。這就要求機(jī)組能在多種工況、寬廣的負(fù)荷變化范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，最大限度地滿足電網(wǎng)調(diào)度要求。設(shè)備的安全可靠是這一切的前提。目前的控制系統(tǒng)已經(jīng)不能夠滿足日益嚴(yán)格的控制要求了。具體體現(xiàn)在這幾個方面：

1)報(bào)文繁多，尤其是多臺機(jī)組同時(shí)啟停時(shí)，簡報(bào)窗口各種報(bào)警信息刷屏，不利于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常告警并作出響應(yīng)；

2)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)功能定義不明確，且人機(jī)界面執(zhí)行響應(yīng)遲鈍，系統(tǒng)資源占用率較高，當(dāng)大量簡報(bào)刷屏?xí)r，系統(tǒng)易發(fā)生卡頓導(dǎo)致漏報(bào)文事件，嚴(yán)重影響著電廠安全可靠運(yùn)行；

3)系統(tǒng)無自身資源可視化監(jiān)視畫面，無法監(jiān)視自身業(yè)務(wù)進(jìn)程執(zhí)行情況，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載太高時(shí)無主動告警，無法提請運(yùn)維人員及時(shí)干越；

4)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能不完善，設(shè)備運(yùn)行情況，統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告依賴工作人員手動查詢抄錄后人工計(jì)算分析；

5)系統(tǒng)缺少趨勢分析功能，不能把握設(shè)備運(yùn)行狀況，設(shè)備檢修計(jì)劃較為粗放。

2 智能化建設(shè)的目的

本項(xiàng)目旨在大數(shù)據(jù)的理念下完成電廠控制系統(tǒng)的智能化建設(shè)。依托先進(jìn)的算法、先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)、借助可靠的傳感器及自動化執(zhí)行元器件實(shí)現(xiàn)水電廠設(shè)備的智能化監(jiān)視、控制，為生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)一步完善水電廠“無人值班，少人值守”的理念。推動設(shè)備檢修方式由“計(jì)劃檢修”走向“狀態(tài)檢修”。

3 控制系統(tǒng)智能化的主要實(shí)現(xiàn)方式

針對目前系統(tǒng)存在的主要問題，提出了一些智能化的實(shí)現(xiàn)方向，具體如下。

1)分布式數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)層面的功能分區(qū)。目前電廠監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫軟件運(yùn)行在系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)上，一套數(shù)據(jù)庫全部節(jié)點(diǎn)通用，通過系統(tǒng)層面的功能分區(qū)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、歷史數(shù)據(jù)存儲、設(shè)備趨勢分析功能分布在不同節(jié)點(diǎn)上，避免了單一設(shè)備故障導(dǎo)致整個系統(tǒng)不可用。同時(shí)因功能的分散，各工作節(jié)點(diǎn)的負(fù)載率較低，系統(tǒng)流暢度很高。實(shí)現(xiàn)了全圖形顯示響應(yīng)時(shí)間不大于1 s；在已顯示的畫面上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新時(shí)間從數(shù)據(jù)庫刷新后算起響應(yīng)時(shí)間不大于1 s；操作員發(fā)出執(zhí)行命令到控制單元回答顯示的響應(yīng)時(shí)間不超過1 s；報(bào)警或事件產(chǎn)生到畫面字符顯示和發(fā)出音響的響應(yīng)時(shí)間不超過1 s。在任何工況下，服務(wù)器CPU負(fù)載率不超過50%[1]。

2)采用Java設(shè)計(jì)通用友好的人機(jī)界面、實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面跨系統(tǒng)平臺通用。按照通用、個性化的要求，設(shè)計(jì)人機(jī)界面框架，各功能應(yīng)用通過組件方式集成，從而保證不同用戶的個性化定制。界面風(fēng)格和功能菜單都可以自由定制，不同的用戶使用各自的自定義界面。

畫面提供數(shù)據(jù)顯示、字符串變化、動態(tài)顏色、動態(tài)閃爍、動態(tài)大小、動態(tài)位移、動態(tài)物體、動畫、動態(tài)旋轉(zhuǎn)等豐富的展示手段及功能。

3)智能報(bào)警，能智能統(tǒng)計(jì)分析設(shè)備運(yùn)行規(guī)律，將規(guī)律用于前端告警，實(shí)現(xiàn)“異常動作時(shí)告警，正常動作時(shí)靜默”。結(jié)合簡報(bào)自定義過濾功能，可避免前臺大量信息刷屏。前期由人工錄入相關(guān)設(shè)備的啟動時(shí)間、運(yùn)行間隔，當(dāng)設(shè)備動作情況在設(shè)定的區(qū)間范圍以內(nèi)時(shí)，前端告警窗口對運(yùn)行信號不告警，后臺正常記錄動作情況便于統(tǒng)計(jì)分析。當(dāng)設(shè)備動作間隔變短或者變長、單次運(yùn)行時(shí)間過短或者過長，則前臺發(fā)相應(yīng)的告警信號，提醒運(yùn)維人員做出響應(yīng)。當(dāng)后期積累到一定量的數(shù)據(jù)后通過自身統(tǒng)計(jì)設(shè)備運(yùn)行規(guī)律，提醒運(yùn)維人員修改設(shè)備運(yùn)行情況[2]。

4)高度自定義報(bào)表功能，用戶只需做好報(bào)表模板便可一鍵生成相關(guān)設(shè)備統(tǒng)計(jì)報(bào)表，節(jié)省人力。

以往運(yùn)維人員需要查詢抄錄大量的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)手工錄入成電子表格后再按需要做成各類報(bào)表。實(shí)施過程中存在分辨率設(shè)置不合理導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度不夠、數(shù)據(jù)密度大導(dǎo)致人眼查看時(shí)錯行或錯列、數(shù)據(jù)量大導(dǎo)致數(shù)據(jù)錄入耗時(shí)。本項(xiàng)目中，用戶可以先借助excel或者wps等表格工具完成報(bào)告、報(bào)表模板的設(shè)計(jì)工作，在監(jiān)控系統(tǒng)中通過動態(tài)鏈接將數(shù)據(jù)源鏈接至報(bào)表后即可實(shí)現(xiàn)一鍵查詢生成報(bào)表。操作便捷無錯誤，人員可將更多精力投入數(shù)據(jù)分析中去，創(chuàng)造更多價(jià)值。

5)系統(tǒng)資源管控的智能化、圖形化。以直觀的圖形界面顯示當(dāng)前設(shè)備的負(fù)載率、業(yè)務(wù)進(jìn)程的執(zhí)行情況?？梢绘I生成資源的自診斷報(bào)告，便于運(yùn)維人員分析。

因工控系統(tǒng)多采用LINUX及UNIX操作系統(tǒng)，系統(tǒng)管理及進(jìn)程監(jiān)視多采用命令行方式， 而運(yùn)行值守人員對LINUX及UNIX操作系統(tǒng)不熟悉，這就造成了人員對系統(tǒng)資源占用及業(yè)務(wù)進(jìn)程的運(yùn)行情況不能準(zhǔn)確的把控。本項(xiàng)目通過界面監(jiān)視和管理后臺進(jìn)程及系統(tǒng)資源。主要功能包括：①節(jié)點(diǎn)資源信息監(jiān)視和預(yù)警；②節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)程信息的監(jiān)視；③應(yīng)用進(jìn)程信息的監(jiān)視；④數(shù)據(jù)庫重載和進(jìn)程啟停；⑤節(jié)點(diǎn)異常報(bào)警和生自診斷報(bào)告；⑥平臺一鍵生成診斷功能；⑦應(yīng)用進(jìn)程列表配置。

6)基于104規(guī)約的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)與上級調(diào)度的自動對點(diǎn)功能。廠站層與集控層通訊點(diǎn)有近萬個，以往均為人工對點(diǎn)。因設(shè)備不能完全停運(yùn)，對點(diǎn)過程中不時(shí)有設(shè)備動作信號，兩邊對點(diǎn)人員要多次確認(rèn)信號名稱。而且因?yàn)樾盘枖?shù)量多，中間如果出現(xiàn)一個錯漏就會導(dǎo)致整個對點(diǎn)工作失敗需要重新開始，極為不便。在本次智能化工作中，通過對104通訊程序的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了一鍵將本地通訊點(diǎn)表傳送至集控側(cè)。

7)趨勢分析功能，能智能分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，給出設(shè)備檢修建議，為生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支撐。以往由于監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電廠設(shè)備的安全實(shí)時(shí)監(jiān)控，并不具備完善的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析和預(yù)測功能，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常狀況或潛在危險(xiǎn)，不能真正做到對重大危險(xiǎn)源的可控與在控。本項(xiàng)目出于生產(chǎn)中對水電站運(yùn)行監(jiān)視與事故分析的實(shí)際需要，采取對這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、挖掘和綜合的分析。從而方便、快捷、有效的把握設(shè)備運(yùn)行狀況，提高設(shè)備維修水平，促進(jìn)安全生產(chǎn)，提高設(shè)備管理工作，為優(yōu)化檢修方式、降低維修費(fèi)用提供了準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)[3]。

8)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。因電廠內(nèi)部小控制系統(tǒng)較多，采用的控制器及PLC種類及廠家也很多。各廠家設(shè)備之間因通訊協(xié)議及規(guī)約不同，設(shè)備之間直接互取數(shù)據(jù)難度較大。本項(xiàng)目利用各設(shè)備均與監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)有通訊，數(shù)據(jù)在上位機(jī)轉(zhuǎn)碼后再轉(zhuǎn)發(fā)至其余系統(tǒng)，大大的簡化了現(xiàn)場控制系統(tǒng)的通訊程序，程序運(yùn)行變得更加緊湊高效。同時(shí)因數(shù)據(jù)通過上位機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，現(xiàn)場也省去了很多通訊轉(zhuǎn)換模件，降低了系統(tǒng)成本也提高了小系統(tǒng)間彼此通訊的可靠性。

4 結(jié) 語

目前完成智能建設(shè)的監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行較為高效，改善了電廠上網(wǎng)電能質(zhì)量，2年來在華中電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行考核和輔助服務(wù)補(bǔ)償結(jié)算均為正收益。但是受制于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的不足，以及現(xiàn)場智能化監(jiān)測探頭配置不足，趨勢分析功能對設(shè)備運(yùn)行狀況判斷還不夠準(zhǔn)確。往后廠內(nèi)將分步實(shí)施逐步完善控制現(xiàn)場智能化元器件的加裝及改造替換。