銀盤水電廠機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)遠程監(jiān)控技術改造的應用與分析

唐亞波 謝京洪

摘要：文章從銀盤水電廠機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)有結構出發(fā)，分析了進行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)遠程技術改造的實施要點，著重對改造的核心技術如實時數(shù)據(jù)庫技術、數(shù)據(jù)遠程傳輸技術、異常自動識別技術等進行闡述。

關鍵詞：水電廠；狀態(tài)監(jiān)測；遠程監(jiān)控；數(shù)據(jù)遠程傳輸；技術改造；水電機組

中圖分類號：TV734 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）08-0035-03

銀盤水電廠地處重慶市武隆縣，是烏江干流水電開發(fā)規(guī)劃的第十一個梯級，安裝4臺150MW軸流轉槳式水輪發(fā)電機組，是發(fā)電兼顧彭水水電廠的反調(diào)節(jié)任務和渠化航道的樞紐工程。水電廠機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是監(jiān)視、預測和分析診斷水電機組運行過程中的故障現(xiàn)象的重要電氣設備。銀盤水電廠機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、服務器及相關網(wǎng)絡設備、TN8000軟件等組成。為了充分利用湖南電力試驗研究院的專家組力量，通過應用狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)遠程監(jiān)控技術，將銀盤水電廠1-4號機組的振動、擺度等機組狀態(tài)數(shù)據(jù)實時發(fā)送至湖南電力試驗研究院，迅速組織專家對機組故障進行分析和診斷，從而避免破壞性事故的發(fā)生。本次技術改造將對保障銀盤水電廠機組安全穩(wěn)定運行起到積極的作用。

1 遠程監(jiān)控改造前銀盤水電廠狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

結構

銀盤水電廠狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)分為上位機、現(xiàn)地數(shù)據(jù)采集站、傳感器三層結構。

1.1 上位機

1.1.1 狀態(tài)數(shù)據(jù)服務器。狀態(tài)數(shù)據(jù)服務器采用IBM X3400服務器，用于存儲和管理從各數(shù)據(jù)采集站傳送過來的機組實時狀態(tài)數(shù)據(jù)、歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)及各特征數(shù)據(jù)。

1.1.2 WEB服務器。WEB服務器采用IBM X3400服務器，負責將狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送給MIS系統(tǒng)，并能在MIS系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)瀏覽和查詢。

1.1.3 工程師工作站。工程師工作站采用DELL 380MT系列工作站，供現(xiàn)場工程師監(jiān)測和分析機組的有關信息。

1.2 現(xiàn)地數(shù)據(jù)采集站

主要由TN8000數(shù)據(jù)采集箱構成，負責各種信號的采集、存儲和數(shù)據(jù)處理，并進行實時監(jiān)測和分析，同時對相關數(shù)據(jù)進行特征參數(shù)提取，得到機組狀態(tài)數(shù)據(jù)，完成機組故障的預警，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳至數(shù)據(jù)服務器，供進一步的狀態(tài)監(jiān)測分析和診斷。

1.3 傳感器

1.3.1 擺度和鍵相傳感器。測量大軸擺度的電渦流傳感器采用德國申克公司的IN-081一體化渦流傳感器。

1.3.2 振動傳感器。測量上機架、下機架、頂蓋和定子機座的振動傳感器采用北京豪瑞斯公司生產(chǎn)的低頻速度傳感器，型號為MLS-9H（水平）和MLS-9V（垂直）。

1.3.3 壓力傳感器。監(jiān)測蝸殼差壓的差壓變送器選用美國ROSEMOUNT3051CD差壓變送器。各壓力（脈動）傳感器采用瑞士KELLER公司的21R系列壓力傳感器。

1.3.4 空氣間隙傳感器。用于監(jiān)測發(fā)電機定轉子之間空氣間隙的傳感器由平板電容傳感器和信號調(diào)理器組成。

1.3.5 局放監(jiān)測裝置。局放監(jiān)測裝置采用加拿大IRIS公司的HYDROTRAC系統(tǒng)，包括電容藕合傳感器、HYDROTRAC在線局部放電監(jiān)測儀。

2 遠程監(jiān)控改造后系統(tǒng)結構及改造實施要點

2.1 改造后狀態(tài)監(jiān)測遠程監(jiān)控系統(tǒng)結構

改造后狀態(tài)監(jiān)測遠程監(jiān)控系統(tǒng)由電廠側監(jiān)測層、數(shù)據(jù)中心服務器層和數(shù)據(jù)應用層三層結構構成。

2.1.1 電廠側監(jiān)測層。電廠側監(jiān)測層即由上位機、現(xiàn)地數(shù)據(jù)采集站、傳感器三層結構構成的電廠側狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，電廠側監(jiān)測層負責采集1-4號機組的狀態(tài)數(shù)據(jù)并進行處理后通過WEB服務器實現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心服務器層的數(shù)據(jù)交換。

2.1.2 數(shù)據(jù)中心服務器層。數(shù)據(jù)中心服務器層由一臺IBM X3650服務器構成，安裝于湖南電力試驗研究所內(nèi)，該服務器托管于INTERNET骨干網(wǎng)，主要用于接收電站W(wǎng)EB服務器發(fā)送上來的機組實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，并集中存儲形成機組狀態(tài)數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)中心服務器同時具備數(shù)據(jù)發(fā)布的功能，終端用戶只要具備上網(wǎng)環(huán)境就可以隨時隨地訪問該數(shù)據(jù)服務器數(shù)據(jù)。

2.1.3 數(shù)據(jù)應用層。數(shù)據(jù)應用層即終端客戶端，通過從數(shù)據(jù)中心服務器獲取電廠狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析和處理。

2.2 改造已經(jīng)具備的條件

銀盤水電廠目前安裝的TN8000機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)具備了數(shù)據(jù)遠程監(jiān)測的基本條件，只需要將WEB服務器開通訪問INTERNET，安裝相應的軟件，并在湖南電力試驗研究院設立相應的中心數(shù)據(jù)服務器即可。

2.3 改造需要增加的設備

2.3.1 數(shù)據(jù)中心服務器。湖南電力試驗研究院需要增加一臺數(shù)據(jù)中心服務器。

2.3.2 租用電信帶寬。租用電信公司帶寬（4M），連接電廠側WEB服務器和湖南電力試驗研究院數(shù)據(jù)中心服務器，將數(shù)據(jù)從電廠傳送到湖南電力試驗研究院。

3 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)遠程監(jiān)控技術改造核心技術

3.1 實時數(shù)據(jù)庫技術

對狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)遠程監(jiān)控中心而言，數(shù)據(jù)存儲和管理策略是需解決的核心技術。筆者認為關系數(shù)據(jù)庫（sqlserver或者oralce）無法滿足機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)遠程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)存儲需求。原因有以下兩點：

3.1.1 關系數(shù)據(jù)庫主要的功能定位在于管理靜態(tài)信息之間的關聯(lián)性，主要應用在信息管理系統(tǒng)、財務系統(tǒng)等靜態(tài)信息應用系統(tǒng)中。工業(yè)現(xiàn)場傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的是以時間為序的序列動態(tài)數(shù)據(jù)，用處理靜態(tài)信息的關系數(shù)據(jù)庫來存儲傳感器產(chǎn)生的動態(tài)數(shù)據(jù)顯然不合適。傳感器24小時分分秒秒都在產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)，關系數(shù)據(jù)庫無法大量存儲這些數(shù)據(jù)，只能采用間隔時間稀釋數(shù)據(jù)的辦法，人為地丟棄部分數(shù)據(jù)，客觀上無法避免地造成了關鍵數(shù)據(jù)的丟失。

3.1.2 關系數(shù)據(jù)庫的查詢功能無法滿足時序動態(tài)數(shù)據(jù)的查詢要求。由于關系數(shù)據(jù)庫的設計功能定位本來就不是處理工業(yè)現(xiàn)場傳感器數(shù)據(jù)存儲的，因此機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)使用關系數(shù)據(jù)庫就會使單個數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)容量巨大，關系數(shù)據(jù)庫能夠高效地檢索多表之間的關鍵字關聯(lián)信息，但是對單個數(shù)據(jù)容量太大的表，其信息檢索性能會大大降低，這就是在使用某些系統(tǒng)進行歷史數(shù)據(jù)查詢時系統(tǒng)長時間沒有響應的原因。

所以要想長時間存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)并且獲取較高的檢索效率，最佳方案是采用“實時數(shù)據(jù)庫”。

銀盤水電廠狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用的具有高效壓縮比的TN8000Real實時數(shù)據(jù)庫，能夠適應狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)遠程監(jiān)控的數(shù)據(jù)存儲要求，現(xiàn)場數(shù)據(jù)以平均2秒的間隔發(fā)送，中心數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)不做任何人為稀釋丟棄處理，全部存儲下來，以備后續(xù)的數(shù)據(jù)挖掘應用。

TN8000Real實時數(shù)據(jù)庫具有以下特點：

（1）實時數(shù)據(jù)庫的TAG容量可達100000點，存儲周期可以達到1秒，以每臺機800個點計算，至少可存儲100臺機組的數(shù)據(jù)，可滿足中心所屬電站的數(shù)據(jù)存儲需要。

（2）數(shù)據(jù)壓縮和存儲效率高。按1臺機組穩(wěn)定性參數(shù)40個測點計算，采用連續(xù)存儲方式，利用原始數(shù)據(jù)壓縮技術壓縮后而未經(jīng)過實時數(shù)據(jù)庫壓縮前的1臺機組年數(shù)據(jù)量約為80G，經(jīng)過實時數(shù)據(jù)庫壓縮后，1臺主機的年數(shù)據(jù)量約為20G。

（3）實時數(shù)據(jù)庫TAG點表根據(jù)電廠和機組的序號自動生成，不需人工逐一創(chuàng)建。實時數(shù)據(jù)庫內(nèi)嵌1個關系型數(shù)據(jù)庫，可便于檢索和查詢。

（4）實時數(shù)據(jù)庫占用的CPU的資源比較少，一般的負荷僅為CPU的5%～10%。

（5）實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)讀取效率高，在10M以太網(wǎng)環(huán)境下測試，客戶端隨機讀取實時數(shù)據(jù)庫的測點10000條記錄，平均讀取時間小于2秒。

（6）實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供開放的數(shù)據(jù)接口，可便于其他系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和調(diào)用。

3.2 狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)遠程傳輸技術

銀盤水電廠狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)遠程監(jiān)控技術改造項目在數(shù)據(jù)遠程傳輸方面有兩項關鍵技術：

3.2.1 Base To Base。數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)庫的動態(tài)鏡像傳輸技術。電廠側數(shù)據(jù)服務器和中心側數(shù)據(jù)服務器都裝有TN8000Real實時數(shù)據(jù)庫，并且其測點一一對應，只有當電廠側某個測點的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，該測點的數(shù)據(jù)才會被發(fā)送到中心側的數(shù)據(jù)庫上，否則數(shù)據(jù)不會發(fā)送。這種機制保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡帶寬的最小占用，是專門針對廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)集成的效率最高的數(shù)據(jù)處理技術。

3.2.2 數(shù)據(jù)雙重壓縮技術。TN8000系統(tǒng)根據(jù)機組狀態(tài)數(shù)據(jù)的特性，對數(shù)據(jù)進行壓縮處理，即原始數(shù)據(jù)壓縮和實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)壓縮。經(jīng)過雙重壓縮處理后的數(shù)據(jù)在保證數(shù)據(jù)不失真的前提下，使數(shù)據(jù)占用的存儲空間減少至20%左右，為遠程中心的大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲提供了必要的技術

條件。

3.3 中間件技術

TN8000系統(tǒng)采用中間件技術進行數(shù)據(jù)的讀取和預處理。傳統(tǒng)的B/S和C/S模式由于客戶機和服務器直接連接，服務器將消耗大部分資源用于處理與客戶端的連接工作和頻繁應付客戶端的連接請求，從而降低了系統(tǒng)處理能力，導致系統(tǒng)整體運行效率大幅度降低。中間件主要用于在客戶端和服務器之間傳送數(shù)據(jù)、協(xié)調(diào)客戶與服務器之間的數(shù)據(jù)交換、實現(xiàn)跨平臺和語言的無障礙通訊。

3.4 TN8000遠程系統(tǒng)異常狀態(tài)自動識別技術

TN8000遠程監(jiān)控系統(tǒng)能自動根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對聯(lián)網(wǎng)機組異常狀態(tài)進行識別并對異常狀態(tài)進行報警，便于試驗研究人員對機組故障或缺陷進行早期識別，避免機組狀態(tài)進一步惡化。

TN8000遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用多種預警技術用于識別機組運行狀態(tài)和及時發(fā)現(xiàn)故障早期征兆，主要包括矢量靶圖報警、頻譜靶圖報警和趨勢預警等方式。系統(tǒng)預警技術基于按工況分類（負荷、水頭等）的樣本數(shù)據(jù)，并結合了來自于計算機監(jiān)控系統(tǒng)的其他工況參數(shù)，可避免誤報和漏報，具有很好的實用性。TN8000遠程系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常后，可通過顯示界面進行提示，并可通過配置相應的設備以短信方式第一時間通知相關人員。

4 結語

銀盤水電廠通過實施狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)遠程監(jiān)控改造后，將機組狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時送至湖南電力試驗研究院進行專家會診，能夠及時識別機組的狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)故障的早期征兆，對故障原因、嚴重程度、發(fā)展趨勢做出準確判斷，可及早消除故障隱患，避免事故的發(fā)生。同時通過對設備健康狀態(tài)進行全面的評估與判斷，做出合理的機組檢修安排或建議。因此銀盤水電廠進行本次改造對于提高機組運行的安全可靠性，降低維修成本，延長設備使用壽命，提高電站的經(jīng)濟效益和競爭力，提升水電廠現(xiàn)代化管理水平，有著非常重要的意義和作用。

作者簡介：唐亞波（1987—），男，湖南人，重慶大唐國際武隆水電開發(fā)有限公司助理工程師，研究方向：水電廠機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、水電廠自動化。

（責任編輯：文 森）