水電站電力監(jiān)控系統(tǒng)信息化建設(shè)探討

張俊嶺

（許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000）

0 引言

當前的社會發(fā)展中，自動化、可視化的電力操作系統(tǒng)受到社會各界的歡迎。首先是在生產(chǎn)安全方面，可視化的電力監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠通過信息、數(shù)據(jù)的實時傳輸減輕工作負擔，切實將人性化與科技化作為電力行業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容。隨著當前中國的飛速發(fā)展，水電站的電力監(jiān)控系統(tǒng)也在不斷升級完善，在降低人工成本的同時保證技術(shù)多走路、走科學之路，進一步以技術(shù)引領(lǐng)電力監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展，是社會發(fā)展的大勢所趨。

1 水電站常規(guī)化的電力監(jiān)控系統(tǒng)

水電站是關(guān)乎國計民生的行業(yè)，國家在其信息化方面的投入是持續(xù)性，現(xiàn)如今電力信息化已成效顯著，滲透到了電力生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)。當前，水電站較為普及的電力監(jiān)控系統(tǒng)[1]主要有：電能計量系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、自動抄表系統(tǒng)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、故障錄波系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)等。在近些年水電站的籌建與改造升級中，這些系統(tǒng)基本上都是其標準配置，做到了設(shè)備運行、過程控制、信息處理、信息管理、決策建議五大方面的全覆蓋，實現(xiàn)了水電站自動化與可靠而安全運行水準的全面提升。但現(xiàn)實情況是，電力信息化建設(shè)一直處于飛速發(fā)展階段，水電站現(xiàn)有的電力監(jiān)控系統(tǒng)信息化技術(shù)也不能故步自封，需要不斷更新升級。水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)擴展后的功能框圖。

2 水電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的擴展規(guī)劃

2.1 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)擴展設(shè)計

在水電站電力監(jiān)控系統(tǒng)中，計算機監(jiān)控系統(tǒng)[2]是其關(guān)鍵性的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，它直接參與到對水電站的主輔設(shè)備的掌控之中，屬于全面實現(xiàn)水電站自動化過程控制的核心系統(tǒng)。就目前而言，水電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與運行都已相當成熟，不只是可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與設(shè)備控制，還能做趨勢分析。因為監(jiān)控系統(tǒng)處于水電站系統(tǒng)的核心地位，這些年不斷呈現(xiàn)出其功能的擴展，具體涵蓋：機房動力環(huán)境控制系統(tǒng)、培訓仿真系統(tǒng)、智能綜合管控平臺、工單自動生成系統(tǒng)等。下面就這四個方面的擴展功能進行逐一闡述。

2.1.1 機房動力環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計

通常情況下，常規(guī)化的水電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計并未對機房物理環(huán)境與設(shè)備供電電源這兩個板塊有嚴苛的要求，但是當計算機監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展到一定程度時，比如系統(tǒng)多采用通用計算機以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它們對供電電源與機房物理環(huán)境要求都較高。常規(guī)水電站往往在巡檢對機房溫度與濕度以及UPS電源系統(tǒng)展開檢查并做好記錄，根本無法做到實時監(jiān)控?，F(xiàn)如今，大部分水電站已將機房動力環(huán)境系統(tǒng)囊括進計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計范圍內(nèi)。有了這種系統(tǒng)建設(shè)，可以實現(xiàn)對機房運行情況的實時監(jiān)控，包含對設(shè)備電源、機房溫度、機房濕度等的監(jiān)控。同時，徹底解除了節(jié)假日以及夜間盲點，隨時能夠及時解除突發(fā)事故。

2.1.2 培訓仿真系統(tǒng)

在水電站電力監(jiān)控系統(tǒng)中，培訓仿真系統(tǒng)屬于原有培訓仿真功能的擴充版本。監(jiān)控系統(tǒng)在過往的設(shè)計中只有1到2臺培訓工作站實施對運行人員的培訓，培訓功能太過簡易不夠強大。更麻煩的是由于培訓工作站與監(jiān)控系統(tǒng)處在同一網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備誤操作的現(xiàn)象時有發(fā)生。而當前的培訓仿真系統(tǒng)，它實現(xiàn)了與監(jiān)控系統(tǒng)的物理隔離，與監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了一體化的平臺設(shè)計與運行，數(shù)據(jù)來自監(jiān)控系統(tǒng)。同時，培訓仿真系統(tǒng)的功能操作界面與控制邏輯與監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)高度統(tǒng)一狀態(tài)，便于運行人員培訓、設(shè)備操作模擬以及事故應(yīng)急預案演練等功能的呈現(xiàn)。

2.1.3 智能綜合管控平臺

智能綜合管控平臺[3]的作用體現(xiàn)在兩個方面：一是便于用戶掌控監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的運行情況；二是便于對監(jiān)控系統(tǒng)的安全進行審計，本質(zhì)上就是在原有監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上擴充了自診斷功能。智能綜合管控平臺借助于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對系統(tǒng)內(nèi)部的服務(wù)器主機等設(shè)備實施集中監(jiān)管，對預警各系統(tǒng)設(shè)備的應(yīng)用、進程、CPU、磁盤、端口、電源等運行狀態(tài)執(zhí)行實時監(jiān)測，以及審計歷史記錄。

2.1.4 工單自動生成系統(tǒng)

對海量監(jiān)控系統(tǒng)報警數(shù)據(jù)實施智能化的快速篩選是工單自動生成系統(tǒng)的強大功能，針對符合現(xiàn)場實際的缺陷數(shù)據(jù)，借助于運行人員的缺陷確認，從而生成缺陷工單，隨后自動流轉(zhuǎn)。工單自動生成系統(tǒng)產(chǎn)生的缺陷工單與設(shè)備有極大關(guān)聯(lián)，依托運行維護人員的實時跟蹤與監(jiān)控系統(tǒng)信號恢復這兩個重要確認手段，能啟動對缺陷的閉環(huán)控制，同時對設(shè)備運行狀態(tài)執(zhí)行統(tǒng)計解析。

2.2 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的出現(xiàn)也是電力監(jiān)控系統(tǒng)信息化升級的一個主流方向，它主要用于對水電站設(shè)備的在線監(jiān)測。因為水電站設(shè)備是在不斷改造、更新、升級的，比如水電站的單機和總裝機在容量上持續(xù)增大，那么水電站必須確保生產(chǎn)設(shè)備的無故障且安全的運轉(zhuǎn)，需要實時監(jiān)測設(shè)備的運行情況，這時就非常有必要采用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。目前，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的配置主要是機組振擺監(jiān)測系統(tǒng)、主變壓器油氣在線監(jiān)測系統(tǒng)、發(fā)電機氣隙在線監(jiān)測系統(tǒng)等。伴隨著設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)的持續(xù)變革，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)存在擴展籌劃問題，它涵蓋新的子系統(tǒng)功能設(shè)計、不同在線監(jiān)測子系統(tǒng)之間的統(tǒng)籌規(guī)劃等，最終呈現(xiàn)唯一界面、統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用共享的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，為水電站設(shè)備狀態(tài)診斷預估以及確立檢修方案提供數(shù)據(jù)與決策依托。

2.2.1 新增在線監(jiān)測子系統(tǒng)規(guī)劃

近幾年，光纖／紅外測溫技術(shù)有較大突破，一些水電站開始啟用對勵磁設(shè)備與1OkV、400V等廠用電設(shè)備進行測溫的子系統(tǒng)，極大的彌補了在這些設(shè)備的關(guān)鍵性部位進行測溫監(jiān)控的漏洞。主要增加了主變直流偏磁系統(tǒng)、高壓電纜狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等。 此外，智能化電站逐漸興起，越來越多的二次系統(tǒng)在線監(jiān)測子系統(tǒng)投入健身，比如對勵磁、調(diào)速系統(tǒng)增加設(shè)備運行情況的在線監(jiān)測子系統(tǒng)，遠程收集二次系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)指標與設(shè)備故障，以補充這些設(shè)備自身存在的分析功能的缺失。

2.2.2 不同在線監(jiān)測子系統(tǒng)的統(tǒng)籌規(guī)劃

水電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)不是一步到位的，而是逐步建設(shè)起來，相當一部分監(jiān)測系統(tǒng)處于試點與建設(shè)交錯的局面，也就是說系統(tǒng)建設(shè)根本沒有統(tǒng)一標準的約束。這就造成在不同階段構(gòu)建的在線監(jiān)測系統(tǒng)無法完全一致，各個子系統(tǒng)相對獨立，它們的數(shù)據(jù)格式各不相同，并且互不通信，數(shù)據(jù)共享也無法實現(xiàn)，甚至各個子系統(tǒng)的登陸界面與分析軟件都是獨立的，這樣一來所有數(shù)據(jù)的采用和分析都極為不便。由此，對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)規(guī)劃板塊來講，新、老水電站籌劃也會不一樣。老水電站需要整合不同在線監(jiān)測子系統(tǒng)，改造原有的各自為政的子系統(tǒng)，在其上層構(gòu)建一套便于大數(shù)據(jù)處理的一體化狀態(tài)監(jiān)測分析系統(tǒng)，科學而統(tǒng)一的規(guī)劃各個子系統(tǒng)的接入方案，將數(shù)據(jù)集中分析與診斷優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，體現(xiàn)智能化應(yīng)用，高效剖析整個水電站設(shè)備運行狀況。對新電站而言，只需要提前規(guī)劃，并統(tǒng)一設(shè)計，對不同子系統(tǒng)的建設(shè)與接入進行科學約束。

2.3 水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的擴展規(guī)劃

水電站的初期建設(shè)，只存在常規(guī)的圖像監(jiān)控系統(tǒng)，只是用于對水電站的關(guān)鍵設(shè)備和場所進行實時圖像監(jiān)視。但近幾年，國際風云變幻莫測，水電站有了反恐意識，在水電站內(nèi)部增加了反恐綜合防護系統(tǒng)[4]。當然，這也促進了流域梯級水電站的開發(fā)，流域梯級集中控制中心甚至集團級的視頻監(jiān)控集成系統(tǒng)的籌建。水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的擴展規(guī)劃主要涉及以下三個方面的設(shè)計。

2.3.1 水電站反恐綜合防護系統(tǒng)設(shè)計

水電站的上級主管部門早已出臺了相關(guān)政策，比如《電力行業(yè)反恐怖防范標準 》、《電力設(shè)施治安風險等級和安全防范要求 》等。依據(jù)相關(guān)規(guī)定，水電站需要構(gòu)建一套涵蓋生產(chǎn)區(qū)域視頻監(jiān)控、門禁、巡查管理車輛與人員出入情況以及入侵報警等功能的水電站反恐綜合防護系統(tǒng)。水電站原先的常規(guī)的圖像監(jiān)控系統(tǒng)需要改造，它與需要籌建的水電站反恐綜合防護系統(tǒng)之間存在一些交叉重合功能。同時為了節(jié)省開支，需要認真剖析兩個系統(tǒng)的統(tǒng)一性，做到統(tǒng)一規(guī)劃、資源共享 。

2.3.2 流域梯級集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

當前，一些較大的公司均有流域梯級集控中心的設(shè)置。水電站也開始有類似設(shè)置，比如流域電站無人或少人值班、“調(diào)控一體化”的集控中心等，都是為了提升水電站運營的可靠性，確保安全生產(chǎn)。因此，水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能必須要擴展到集控中心[5]。集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以現(xiàn)場為主的，具體流程就是：依托VPN廣域網(wǎng)或2M網(wǎng)絡(luò)專線，將水電站生產(chǎn)現(xiàn)場的視頻圖像資料遠距離的傳輸至集控中心，讓集控中心的值班人員可以全天候監(jiān)控并記錄水電站的設(shè)備運行與安全情況，實時監(jiān)控事故并妥善處理。

3 結(jié)語

常規(guī)的電力監(jiān)控系統(tǒng)根本無法徹底滿足水電站用戶的需要，因此水電站電力監(jiān)控系統(tǒng)信息化的一系列工作一直處于動態(tài)局面，新的系統(tǒng)與功能不但涌現(xiàn)，但這些新的系統(tǒng)與功能一直處于只能部分的滿足用戶需求的狀態(tài)。造成這種局面的根本原因就是大多數(shù)新的系統(tǒng)與功能的研發(fā)都是因為水電站的需求推動。長期以來，對水電站電力監(jiān)控系統(tǒng)信息化的一系列研發(fā)都缺乏一個全局思維的考量，沒有全局性的思考與設(shè)計，信息孤島式的重復設(shè)計與建設(shè)就一直存在。此文在最后提出這個突出問題，希望引起廣大水電站一線人員以及從事水電站電力監(jiān)控系統(tǒng)信息化研發(fā)的科研人員的重視，讓我們國家的相關(guān)產(chǎn)業(yè)越來越規(guī)范與興旺。