水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)智能報警研究與應用

高 國

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川成都610051）

0 引言

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)視和控制全廠所有設備。計算機監(jiān)控系統(tǒng)一般將開關量信號分為狀變信號、故障信號、事故信號等；而模擬量信號一般設置高、低限，越限時報警，需要運行值班人員24 h不間斷進行監(jiān)視，設備運行趨勢分析及故障處置均依賴于運維人員的專業(yè)技能水平，并且無法做到實時在線分析預測，易因人員疏忽或技能水平不足而忽視重要信號，從而導致事故發(fā)生。建立智能報警系統(tǒng)，取代人工監(jiān)視，可最大限度減少人為因素的影響，依賴可靠的分析技術和手段，實時分析設備運行趨勢，及時定位故障原因，縮短故障處置時間，提高設備運行可靠性。

1 智能報警系統(tǒng)的設計原則

智能報警系統(tǒng)的設計原則主要有以下四個方面：

（1）智能報警系統(tǒng)部署在信息管理大區(qū)，系統(tǒng)通過安全隔離裝置從控制區(qū)實時獲取監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、從非控制區(qū)獲取在線監(jiān)測、故障錄波、電能量采集和繼電保護信息管理系統(tǒng)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲于信息管理大區(qū)。

（2）智能報警系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取、處理的過程不影響現(xiàn)有系統(tǒng)的運行和性能，系統(tǒng)采用標準化、開放式的接口技術，便于后期的功能擴展。軟件模塊根據(jù)功能發(fā)展逐步配置，新增加的設備和軟件不影響原有系統(tǒng)的可靠運行，應滿足系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善的要求。

（3）通過智能報警系統(tǒng)整合全站機電設備信息，實現(xiàn)對機電設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)視分析，對可能發(fā)生的故障進行預測，對已發(fā)生故障提供處置方案。

（4）智能報警系統(tǒng)獲取了計算機監(jiān)控系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)，系統(tǒng)要替代計算機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視功能，同時降低運行人員的工作強度，需對報警信息進行優(yōu)化。當設備出現(xiàn)必須運維人員進行干涉的狀況時智能報警系統(tǒng)才產(chǎn)生報警提示，報警信息單獨顯示，不與其他正常的事件信息同框。報警信息優(yōu)化原則如下：1）正常的狀變信號，如排水泵啟停、輪換等信號不進行提示；2）開關量報警信號在一定時間內(nèi)自動復歸且不影響設備運行的不進行提示；3）發(fā)生事故時，報警信息只顯示啟動事故停機的報警信號，其他伴隨事故而觸發(fā)的報警信號不在報警信息中顯示，可在下級菜單或其他報警框中查看。

2 智能報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能報警系統(tǒng)布署在信息管理大區(qū)，采用分布式星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)建立獨立的歷史數(shù)據(jù)庫，實時接收和存儲計算機監(jiān)控系統(tǒng)、機組狀態(tài)在線監(jiān)測等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。計算服務器根據(jù)運行趨勢分析邏輯和故障分析策略實時分析設備的運行數(shù)據(jù)，并與歷史數(shù)據(jù)進行比較，通過機器自學習建立智能報警定值。工程師站用于系統(tǒng)升級和維護，報警工作站則將分析結(jié)果及故障處置策略推送給運行維護人員。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 智能報警系統(tǒng)的功能

3.1 運行趨勢分析及預警

通過對歷史數(shù)據(jù)進行相同工況下同一設備的運行數(shù)據(jù)趨勢分析，相同工況下同類設備的運行數(shù)據(jù)趨勢分析，不同工況下同一設備的運行數(shù)據(jù)趨勢分析，不同工況下同類設備的運行數(shù)據(jù)趨勢分析等，建立設備的健康圖譜、智能定值，并根據(jù)實際情況進行人為調(diào)整。設備當前運行數(shù)據(jù)超過歷史平均值的上限或下限時進行預警，提示運維人員進行檢查，提前發(fā)現(xiàn)設備劣化趨勢。

系統(tǒng)具有可自由組態(tài)的運行趨勢分析工具，針對設備特定的運行趨勢可自由選擇相關的特征數(shù)據(jù)，制定數(shù)據(jù)分析方法及預警條件，系統(tǒng)按設定的分析方法進行趨勢分析，分析結(jié)果達到預警條件時進行預警，分析設備參量單位時間變化幅度、設備運行時間、設備啟動間隔時間等。例如，排水系統(tǒng)可進行如表1所示的運行趨勢分析。

3.2 故障分析及輔助決策

系統(tǒng)的故障分析及輔助決策功能基于設備運行維護人員的經(jīng)驗，運維人員根據(jù)經(jīng)驗對系統(tǒng)故障分析及輔助決策進行組態(tài)。設備發(fā)生故障時，系統(tǒng)可視化地展現(xiàn)故障原因，并根據(jù)故障報警信息、設備運行工況及知識庫，給出故障報警原因及其可信度，輔助運行人員快速、準確定位設備故障部位及原因。根據(jù)故障原因及知識庫，推送故障處理建議及措施，緊急情況下推送相關的故障應急預案，輔助運維人員快速、正確地處理緊急異常事件。

例如圖2所示的調(diào)速器系統(tǒng)PLC故障，系統(tǒng)根據(jù)“PLC-A運行信號”“PLC-B運行信號”消失或“主控PLC切換”信號判斷PLC故障，并給出了故障判斷的可信度及處理建議。

表1 排水系統(tǒng)運行趨勢分析

圖2 調(diào)速器系統(tǒng)故障分析及輔助決策

4 結(jié)語

大數(shù)據(jù)技術、人工智能與機器學習技術的發(fā)展成熟，為實現(xiàn)水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)智能報警功能提供了便利條件。結(jié)合水電站現(xiàn)有的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，可方便地建立智能報警系統(tǒng)，將繁雜的運行監(jiān)視任務簡化，最終實現(xiàn)“無人監(jiān)視”，可以大幅降低人員勞動強度，同時提高設備運行可靠性，助推水電站運行管理模式的發(fā)展創(chuàng)新，為智慧水電的建設提供一定的參考。