流域水電設(shè)備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李 軒，萬 欣

（1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038；2.國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610041）

1 引言

大型流域級的水電開發(fā)、電站運營管理工作涉及多個廠站，多種設(shè)備、不同類型數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)電力企業(yè)各類機(jī)電設(shè)備運檢類系統(tǒng)存在信息孤島問題，系統(tǒng)間信息和數(shù)據(jù)融合度、互動性差，設(shè)備健康狀態(tài)評估脫離現(xiàn)場運檢數(shù)據(jù)，嚴(yán)重影響了設(shè)備智能化管控的能力。針對傳統(tǒng)流域梯級水電開發(fā)公司機(jī)電設(shè)備管理現(xiàn)狀，結(jié)合大型水電開發(fā)企業(yè)管理經(jīng)驗，引入對比分析法、聚焦下鉆法、指標(biāo)分析法等多種大數(shù)據(jù)分析方法，對各機(jī)電設(shè)備管控要素進(jìn)行統(tǒng)計分析和綜合管理，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行信息分類，用以指導(dǎo)流域機(jī)電設(shè)備管控，進(jìn)而全面提升流域電站機(jī)電設(shè)備管理水平。

2 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計采取分層結(jié)構(gòu)為基本框架，分別由基礎(chǔ)設(shè)施層、應(yīng)用支撐層、數(shù)據(jù)中心層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層組成。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

項目開發(fā)采用標(biāo)準(zhǔn)的軟件工程開發(fā)流程，按照需求分析、功能設(shè)計、程序編碼、測試、部署的步驟分別完成各個業(yè)務(wù)模塊的開發(fā)工作，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)開發(fā)流程圖

系統(tǒng)設(shè)計采用通用功能模塊開發(fā)、典型電站示范應(yīng)用測試、流域其它電站基于本項目研發(fā)的核心功能模塊適應(yīng)開發(fā)的原則進(jìn)行研發(fā)。充分考慮系統(tǒng)二次定制開發(fā)需求，支持未來出現(xiàn)的新業(yè)務(wù)帶來的數(shù)據(jù)種類、數(shù)據(jù)量及并發(fā)訪問量的增長，支持新的評價指標(biāo)和評價模型的變化，并具有持續(xù)改進(jìn)的能力，提高數(shù)據(jù)資源共享水平，為可能的擴(kuò)展預(yù)留接口，合理確定技術(shù)方案。系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)過程中需重點關(guān)注系統(tǒng)框架的適應(yīng)性、核心功能模塊的通用性以及模型接口的標(biāo)準(zhǔn)化，以滿足未來在本系統(tǒng)基礎(chǔ)上快速建設(shè)不同流域、不同特點電站的應(yīng)用需求。

技術(shù)框架采用SOA（面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)，英文service-oriented architecture，SOA）體系架構(gòu)，以Java EE技術(shù)體系為核心，使用MVC軟件架構(gòu)設(shè)計模型，把業(yè)務(wù)邏輯控制、數(shù)據(jù)模型、信息展示進(jìn)行分離，采用開源的Spring、Spring MVC、Apache Shiro等技術(shù)框架進(jìn)行開發(fā)。表現(xiàn)層采用DataV、HTML5、Extjs4、ECharts等技術(shù)實現(xiàn)綜合展示，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

系統(tǒng)采用先進(jìn)的JavaEE平臺進(jìn)行開發(fā)。JavaEE平臺相對其它開發(fā)平臺優(yōu)勢突出，例如'編寫一次、隨處運行'的特性、方便存取數(shù)據(jù)庫的JDBC API以及能夠在Internet應(yīng)用中保護(hù)數(shù)據(jù)的安全模式等等。JavaEE包含許多組件，可簡化且規(guī)范應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)與部署，進(jìn)而提高可移植性、安全與再用價值。

3 設(shè)備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)

系統(tǒng)采用B/S模式，Spring MVC框架，使用Oracle數(shù)據(jù)庫，通過Apache提供Web服務(wù)。根據(jù)業(yè)務(wù)需求，將對流域級數(shù)據(jù)、電站級數(shù)據(jù)分別統(tǒng)計，進(jìn)行匯總展示，實現(xiàn)流域級水電設(shè)備管理的綜合管控。系統(tǒng)功能劃分如圖4所示。

圖4 業(yè)務(wù)架構(gòu)圖

3.1 流域水電設(shè)備關(guān)鍵KPI總覽

基于GIS技術(shù)展示方式，繪制流域圖；選取水電設(shè)備重要KPI指標(biāo)項，通過翻牌器、餅狀圖、柱狀圖、儀表盤、數(shù)據(jù)表格等數(shù)據(jù)可視化手段，體現(xiàn)流域水電設(shè)備運行的總體概況。

3.2 流域水電設(shè)備運行狀態(tài)管控

主要針對流域電站各機(jī)電設(shè)備的運行指標(biāo)監(jiān)測、機(jī)組健康度統(tǒng)計、主輔設(shè)備狀態(tài)預(yù)警、風(fēng)險預(yù)警情況等信息的集中展示。同時具備統(tǒng)計設(shè)備運行指標(biāo)功能，包括備用時間、運行時間、空載時間、振動區(qū)運行時間、跨越振動區(qū)次數(shù)等,類似圖5機(jī)組健康度評價圖所示。

圖5 機(jī)組健康度評價圖

3.3 流域水電設(shè)備缺陷隱患管控

通過分析缺陷隱患類型分布的情況，可以促進(jìn)各電力生產(chǎn)單位在設(shè)備管理上發(fā)現(xiàn)不足和短板，采取有效的改進(jìn)措施，進(jìn)一步提升設(shè)備健康水平和可靠性。尤其是I、II、III類缺陷的分布情況，以及典型重復(fù)缺陷的跟蹤治理情況可以直接反映出各電力生產(chǎn)單位的日常運維工作情況。運用設(shè)備缺陷管控對標(biāo)模型，選取缺陷環(huán)比/同比量、消缺率、發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患、設(shè)備一類障礙、重復(fù)缺陷和基于FMEA的4M1E矩陣設(shè)備缺陷分析6項指標(biāo)進(jìn)行對標(biāo)管控；同時也可評價發(fā)電企業(yè)的日常運維工作水平，亦可應(yīng)用于電站的績效考核依據(jù)。

3.4 流域水電設(shè)備檢修技改管控

綜合設(shè)備運行狀態(tài)、缺陷管控指標(biāo)、設(shè)備健康度、設(shè)備完好率、失效指標(biāo)，歷史檢修情況建立檢修策略決策模型，根據(jù)檢修策略制定出全流域主設(shè)備檢修計劃。對各電站檢修進(jìn)度把控，對關(guān)鍵點見證情況、重大技改項目執(zhí)行情況、典型重復(fù)缺陷治理情況、重大隱患治理情況進(jìn)行跟蹤。流域設(shè)備檢修技改執(zhí)行分析情況如圖6所示。

圖6 河流域設(shè)備檢修技改執(zhí)行分析

3.5 機(jī)電物資管理

流域水電設(shè)備庫存狀態(tài)管控主要是分為兩大類進(jìn)行，一是備品備件管理，主要針對重要機(jī)電設(shè)備的備品庫存情況是否低于保障日常正常發(fā)電業(yè)務(wù)的數(shù)量進(jìn)行跟蹤預(yù)警；二是針對流域各電站物資備品、工程材料儲備金額上限進(jìn)行管控，對物資儲備金額接近管控上限的電站進(jìn)行預(yù)警。

圖7 設(shè)備物資管控界面圖

3.6 機(jī)電工程管理

對流域內(nèi)各個電站按擬建、在建、投產(chǎn)等類別進(jìn)行分類管理；為處于基建期間電站的機(jī)電設(shè)備的定型、采購、安裝調(diào)試以及驗收等階段的工作提供相應(yīng)的信息支持和相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理。

4 結(jié)論

本項目通過B/S模式、Spring MVC框架，結(jié)合Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫，成功構(gòu)建流域設(shè)備數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，以Web頁面形式展示了流域機(jī)電設(shè)備的綜合信息。

（1）通過結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析方法，有效實現(xiàn)對電站各管控要素趨勢性、系統(tǒng)性問題的統(tǒng)計分析、預(yù)判預(yù)警、決策支持和綜合管理，有效指導(dǎo)流域機(jī)電設(shè)備管控，全面提升流域電站機(jī)電設(shè)備管理水平。

（2）通過構(gòu)建大流域設(shè)備數(shù)據(jù)管理支持平臺，有效解決傳統(tǒng)系統(tǒng)間信息和數(shù)據(jù)融合度、互動性差，設(shè)備健康狀態(tài)評估與現(xiàn)場運檢數(shù)據(jù)脫離等問題，提升了設(shè)備智能化管控的能力。

（3）設(shè)備數(shù)據(jù)管理支持平臺的搭建，有效整合了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，形成機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)池，實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備狀態(tài)預(yù)警指標(biāo)管理、設(shè)備缺陷隱患管控、設(shè)備檢修技改管理、機(jī)電物資管理以及機(jī)電工程管理等功能，滿足對流域各在建及投運電站機(jī)電設(shè)備智能管控的需求。

（4）設(shè)備數(shù)據(jù)管理支持平臺的搭建，實現(xiàn)流域級數(shù)據(jù)、電站級數(shù)據(jù)的統(tǒng)計；以DataV前端UI框架，對統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行大屏綜合展示，豐富了展示效果。