基于B/S架構(gòu)的大型水力發(fā)電設(shè)備振動(dòng)擺度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)

劉立偉，白 潔，司冬雨

(1.哈動(dòng)國家水力發(fā)電設(shè)備工程技術(shù)研究中心有限公司，哈爾濱 150040;2黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院，哈爾濱 150040)

大型電力設(shè)備是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備能否安全運(yùn)行決定了電網(wǎng)是否能可靠運(yùn)行，2009年俄羅斯薩揚(yáng)－舒申克水電站機(jī)毀人亡的事故更是提醒人們發(fā)電設(shè)備的安全可靠運(yùn)行已成為電力系統(tǒng)的頭等大事［1］。為了防止機(jī)組安全事故的發(fā)生，國內(nèi)電廠大多采取計(jì)劃檢修的策略，這樣容易出現(xiàn)“維修不足”與“維修過?！钡那闆r，前者使設(shè)備容易損壞，后者會(huì)增加不必要的維修費(fèi)用［2］。目前，狀態(tài)檢修已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，它主要通過狀態(tài)監(jiān)測，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的隱患和缺陷，有目的進(jìn)行設(shè)備維修保養(yǎng)，然而狀態(tài)檢修需要依托各方面的知識，電廠專家必須能夠與制造廠家、科研院所等部門協(xié)作，充分利用異質(zhì)資源，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)同故障會(huì)診，因此，構(gòu)建發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測便顯得尤為重要［3］。本文構(gòu)建了基于瀏覽器/服務(wù)器(B/S)結(jié)構(gòu)的大型水力發(fā)電設(shè)備振動(dòng)擺度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，用戶注冊成功后，通過瀏覽器便可獲得權(quán)限允許范圍內(nèi)的運(yùn)行機(jī)組振動(dòng)擺度方面的信息，其中關(guān)鍵參數(shù)通過與建立的標(biāo)準(zhǔn)健康樣本進(jìn)行比對，能夠給予用戶直觀的預(yù)警提示。本系統(tǒng)界面友好，生動(dòng)直觀。同時(shí)，為各方面用戶提供了機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，大大降低了電廠及設(shè)備制造廠的維護(hù)成本，提高了機(jī)組診斷工作的效率。

1 系統(tǒng)的架構(gòu)組成

該系統(tǒng)依托三峽電站機(jī)組為試驗(yàn)工程，通過電力數(shù)字專線和 VPN(Virtual Private Network)［4］將電站機(jī)組運(yùn)行信號引入到本地服務(wù)器。為更好地復(fù)用數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了二次編碼處理。本地服務(wù)器按功能分類分為數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，Web應(yīng)用程序服務(wù)器及專家知識庫服務(wù)器，三者分別用于存儲遠(yuǎn)程傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)，程序代碼及評測機(jī)組性能的健康樣本。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，方便診斷專家遠(yuǎn)程監(jiān)測并分析發(fā)電設(shè)備的狀態(tài)。只要有網(wǎng)絡(luò)連接的地方，專家通過瀏覽器登陸本系統(tǒng)便可觀測到機(jī)組的運(yùn)行情況，這樣分析監(jiān)測系統(tǒng)便不再受地域空間的限制;同時(shí)系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)與升級只需在本地服務(wù)器端進(jìn)行，而客戶端只需要安裝瀏覽器即可，降低了客戶端對電腦硬件配置的要求同時(shí)解除了操作系統(tǒng)的限制［5］。機(jī)組振動(dòng)擺度遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)組振動(dòng)擺度遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Unit vibration swing remote monitoring system structure diagram

2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

基于B/S架構(gòu)的大型水力發(fā)電設(shè)備振動(dòng)擺度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)由JAVA和LabVIEW兩個(gè)編程工具協(xié)同完成。JAVA用來搭建系統(tǒng)的框架，Lab-VIEW負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理工作，包括時(shí)域波形展示及相應(yīng)頻譜分析等。

2.1LabVIEW與JAVA間的通訊

LabVIEW是一種優(yōu)秀的面向?qū)ο蟮膱D形化編程語言，使用圖標(biāo)代替文本代碼創(chuàng)建應(yīng)用程序，擁有大量與其他應(yīng)用程序通信的VI庫［6］。本系統(tǒng)以Webserver為橋梁，實(shí)現(xiàn)LabVIEW與JAVA間的數(shù)據(jù)交換，Webserver支持多種通訊協(xié)議且具有無與倫比的兼容性，可以實(shí)現(xiàn)跨平臺及不同編程語言間的通訊。JAVA將數(shù)據(jù)發(fā)布在Webserver，LabVIEW通過讀取Webserver發(fā)布時(shí)的WSDL地址獲取服務(wù)地址及請求參數(shù)，經(jīng)過SOAP協(xié)議綁定服務(wù)后，Lab-VIEW可以直接訪問Webserver的相關(guān)數(shù)據(jù)并做相應(yīng)的處理。

2.2 客戶端與LabVIEW間的調(diào)取

本系統(tǒng)利用TCP/IP，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程客戶端對本地服務(wù)器LabVIEW相關(guān)機(jī)組具體部件的實(shí)時(shí)波形調(diào)取功能。遠(yuǎn)程客戶端向服務(wù)器發(fā)出請求，應(yīng)用服務(wù)器中的LabVIEW程序針對請求作出相應(yīng)反應(yīng)。這里以發(fā)電機(jī)上機(jī)架振動(dòng)信號為例進(jìn)行說明，其中主VI接收客戶端機(jī)組信號并調(diào)取子VI，子VI讀取Webserver封裝后數(shù)據(jù)并進(jìn)行后期處理，包括頻譜分析及波形特征提取等，主程序流程及程序框圖如圖2、圖3所示。

圖2 TCP/IP通訊流程圖Fig.2 Flow chart of TCP/IP communication

主VI采用生產(chǎn)者消費(fèi)者架構(gòu)。生產(chǎn)者循環(huán)與消費(fèi)者循環(huán)可以并行執(zhí)行且互不影響，兩者通過隊(duì)列的方式傳遞數(shù)據(jù)，而主VI和子VI則通過接口相連。

LabVIEW執(zhí)行程序是以數(shù)據(jù)流的形式，為避免主VI接收信號時(shí)出現(xiàn)死循環(huán)，這里通過延時(shí)和使用全局變量的方法來控制子VI運(yùn)行。

2.3 機(jī)組性能狀態(tài)評定

機(jī)組性能狀態(tài)評定是提取反映機(jī)組性能的特征參數(shù)(如機(jī)組某部件振動(dòng)峰峰值)，將其與用于評判機(jī)組性能的健康樣本進(jìn)行比對，通過比對將機(jī)組的性能狀態(tài)劃分為健康、警示和報(bào)警三種狀態(tài)，并分別以綠、橙及紅的警示燈顯示。健康樣本的建立必須遵守國際與國家標(biāo)準(zhǔn)(IEC、IEEE、GB)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合與電廠用戶簽訂的合同內(nèi)容要求，同時(shí)它也需要相關(guān)學(xué)科專家共同建立、修改、完善、審定。健康樣本不但可以對性能參數(shù)直接進(jìn)行分析，將參數(shù)帶入邏輯運(yùn)算中，還可以對故障進(jìn)行診斷，同時(shí)也是各方面專家知識的高度融合。

圖3 以“上機(jī)架”為例的主VI程序框圖Fig.3 Main VI program block diagram with“upper frame”as an example

2.4 系統(tǒng)安全機(jī)制認(rèn)證

通過前臺注冊后臺認(rèn)證的方法以及防火墻的使用保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性并對不同用戶提供不同的權(quán)限。一般權(quán)限用戶只能觀察遠(yuǎn)程機(jī)組的運(yùn)行情況，權(quán)限高的可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和擴(kuò)展系統(tǒng)功能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

本系統(tǒng)已經(jīng)基本搭建完畢，正在進(jìn)行試運(yùn)行階段?？蛻舳私缑嬗押?，操作簡便，結(jié)合相應(yīng)的Flash動(dòng)畫，顯示生動(dòng)直觀。該系統(tǒng)能對機(jī)組的運(yùn)行情況及提取的振動(dòng)特征參量進(jìn)行展示。

4 結(jié)語

本文結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)，借助JAVA及Lab-VIEW編程工具搭建了基于B/S架構(gòu)的大型水力發(fā)電設(shè)備振動(dòng)擺度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸及二次復(fù)用，能夠?qū)C(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測。而且本系統(tǒng)界面友好，交互靈活，安全性高，有利于減少電站維護(hù)設(shè)備的成本及提高工作效率。

［1］ 羅曼，覃國茂，董曉英，等.NGC2發(fā)電機(jī)局部放電在線檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.大電機(jī)技術(shù)，2010(5):14－18.LUO Man，TAN Guomao，DONG Xiaoying，et al.Large online monitoring system for generator partial discharge and its application［J］.Large Electric Machine and Hydraulic Turbine，2010(5):14－18.

［2］ 郭江，羅云，李朝暉.面向電廠維護(hù)的機(jī)組狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)視平臺構(gòu)建［J］.水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測，2005，29(1):29 －32.GUO Jiang，LUO Yun，LI Zhaohui.Maintenance － oriented remote supervision platform of hydro－electric generating units of hydropower plants［J］.Hydropower Automation and Dam Monitoring，2005，29(1):29 －32.

［3］ 余雄偉，李朝暉，艾友忠.水輪機(jī)調(diào)速器智能化交互式診斷系統(tǒng)研究［J］.水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測，2005，29(4):19－22.YU Xiongwei，LI Zhaohui，AI Youzhong.Intelligent interactive diagnosis for water turbine governors［J］.Hydropower Automation and Dam Monitoring，2005，29(4):19－22.

［4］ 趙世偉.VPN組網(wǎng)和業(yè)務(wù)開發(fā)的技術(shù)研究［D］.南京:南京郵件大學(xué)，2008:1－2.ZHAO Shiwei.Technical research on VPN organization and business development［D］.Nanjing:Nanjing University of Posts and Telecommunications，2008:1 －2.

［5］ 彭兵，城建，李友平，等.長江電力水力發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.水電廠自動(dòng)化，2013，34(1):33－36.PENG Bing，CHENG Jian，LI Youping，et al.Design and application of Yangtze River electric and hydropower generation equipment remote monitoring and fault diagnosis system ［J］.Hydropower Plant Automation，2013，34(1):33 －36.

［6］ 黃國興.基于LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)通信方法［J］.新技術(shù)新工藝，2008(10):40.HUANG Guoxing.Network communication based on Lab-VIEW［J］.New Technology and New Process，2008(10):40.