水電廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐

曾鵬飛

摘 要：為了進(jìn)一步提高水電廠(chǎng)的生產(chǎn)管理水平，建立了包含水電特有生產(chǎn)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確掌握和綜合運(yùn)用分析，該系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)踐也為水電廠(chǎng)的智能化發(fā)展提供了指導(dǎo)和探索方向。

關(guān)鍵詞：水電廠(chǎng)；生產(chǎn)管理；實(shí)時(shí)系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.014

1 概述

2008年，我公司提出了建設(shè)楓樹(shù)壩水電廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)想，由于當(dāng)時(shí)最主要的生產(chǎn)業(yè)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)中已有1套WEB服務(wù)器可提供基本的查詢(xún)功能，所以，該項(xiàng)目沒(méi)有立即啟動(dòng)。隨著電廠(chǎng)自動(dòng)化水平的不斷提高，逐漸增加了機(jī)組在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、主變色譜分析和調(diào)度計(jì)劃曲線(xiàn)等系統(tǒng)，加之已有的監(jiān)控系統(tǒng)、水情防汛系統(tǒng)、大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和電能計(jì)量系統(tǒng)等也在不斷更新、完善，技術(shù)管理人員需要經(jīng)常到廠(chǎng)區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)查詢(xún)、抄錄和分析數(shù)據(jù)。因此，需要建立統(tǒng)一的生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存、處理和展現(xiàn)的有機(jī)平臺(tái)，以方便更多的技術(shù)和管理人員分析和決策。

2013年，生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的建設(shè)正式啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)一年的軟、硬件調(diào)試，目前，已具備應(yīng)用功能并實(shí)踐運(yùn)行半年多。本文主要結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際情況，對(duì)系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中的難點(diǎn)、系統(tǒng)功能應(yīng)用亮點(diǎn)等方面進(jìn)行了闡述和探討。

2 建設(shè)過(guò)程中的難點(diǎn)

目前，由于國(guó)內(nèi)還沒(méi)有先進(jìn)、成熟的項(xiàng)目案例，各水電廠(chǎng)對(duì)生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的建設(shè)、智能化水電廠(chǎng)的建設(shè)等均處于摸索實(shí)踐階段，已建成的少數(shù)水電廠(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)也僅處于數(shù)據(jù)匯合階段，沒(méi)有二次開(kāi)發(fā)。本項(xiàng)目中的生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)建設(shè)無(wú)論從硬件的選擇、布置，還是從軟件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，都是電廠(chǎng)與系統(tǒng)軟件公司共同逐步、逐項(xiàng)探討和實(shí)踐的結(jié)果，在建設(shè)、實(shí)施的過(guò)程中，雙方技術(shù)人員投入了大量的時(shí)間和精力。

楓樹(shù)壩水電廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)涵蓋了廠(chǎng)內(nèi)監(jiān)控、水情、大壩、

電量、振擺、色譜和調(diào)度曲線(xiàn)等。這些系統(tǒng)中有的服務(wù)器屬于生產(chǎn)控制Ⅰ區(qū)，有的屬于生產(chǎn)非控制Ⅱ區(qū)、管理信息Ⅲ區(qū)，有的與生產(chǎn)實(shí)時(shí)服務(wù)器同處于廠(chǎng)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)，有的系統(tǒng)服務(wù)器在市區(qū)以外。

硬件的位置和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)安全防護(hù)需要綜合考慮。各系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信接口的規(guī)格并不一致，有的系統(tǒng)采用IEC61850通信協(xié)議，有的采用串口Modbus通信協(xié)議。在軟件功能的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，避免功能與原獨(dú)立系統(tǒng)重復(fù)、數(shù)據(jù)的互相調(diào)用等也需要精細(xì)設(shè)計(jì)和考慮。

3 現(xiàn)場(chǎng)的硬件結(jié)構(gòu)

按照電力系統(tǒng)二次安全防護(hù)原則，生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)分別布置了1臺(tái)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接口機(jī)和1臺(tái)正向隔離裝置，在Ⅲ區(qū)布置了1臺(tái)主服務(wù)器和防火墻，所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)最終在Ⅲ區(qū)服務(wù)器匯總并展示。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的整體設(shè)備結(jié)構(gòu)拓?fù)淙鐖D1所示。

4 系統(tǒng)功能的應(yīng)用亮點(diǎn)

水電生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的核心為消除企業(yè)內(nèi)部的信息孤島，最終建立廠(chǎng)級(jí)乃至集團(tuán)流域統(tǒng)一的生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)和歷史數(shù)據(jù)平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上建立一系列的綜合應(yīng)用功能，比如生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視、參數(shù)報(bào)警、機(jī)組狀態(tài)監(jiān)視、性能計(jì)算、電量管理和生產(chǎn)報(bào)表等，從而使企業(yè)各級(jí)管理人員及時(shí)、全面地了解企業(yè)的生產(chǎn)狀況，增強(qiáng)企業(yè)的應(yīng)變能力。下面結(jié)合實(shí)際，詳細(xì)說(shuō)明電廠(chǎng)生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)建設(shè)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用中突出的亮點(diǎn)功能。

4.1 過(guò)程監(jiān)視和趨勢(shì)分析

該系統(tǒng)提供了與所有原獨(dú)立業(yè)務(wù)系統(tǒng)一致、同步的實(shí)時(shí)畫(huà)面和參數(shù)變化，真正實(shí)現(xiàn)了過(guò)程監(jiān)控從控制室到桌面的延伸，可使管理人員不在現(xiàn)場(chǎng)、不依賴(lài)生產(chǎn)人員，便可以了解整個(gè)生產(chǎn)和運(yùn)行的情況，從而完成設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集和分析。

在分析數(shù)據(jù)時(shí)可自定義趨勢(shì)，測(cè)點(diǎn)和時(shí)間段可任意組合、比對(duì)并作趨勢(shì)分析。此外，趨勢(shì)過(guò)程也可以圖形的方式再現(xiàn)過(guò)去某一時(shí)刻的運(yùn)行狀況，使生產(chǎn)和事故分析過(guò)程更加直觀、有效，徹底改變了以往只能通過(guò)查看歷史趨勢(shì)和參數(shù)進(jìn)行事故分析的方式，提高了事故分析能力和反應(yīng)速度。

4.2 告警預(yù)警實(shí)踐

原各獨(dú)立系統(tǒng)只有單一的測(cè)點(diǎn)越限告警等功能，生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)建立后，可將所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)作為判斷條件進(jìn)行綜合邏輯告警和趨勢(shì)預(yù)警。比如，機(jī)組軸承溫度逐步升高趨勢(shì)預(yù)警、庫(kù)區(qū)來(lái)水突然增大趨勢(shì)預(yù)警和機(jī)組負(fù)荷偏離調(diào)度曲線(xiàn)預(yù)警等。在滿(mǎn)足預(yù)警條件時(shí)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)將提供實(shí)時(shí)預(yù)警顯示和預(yù)警記錄查詢(xún)，還可設(shè)置關(guān)鍵預(yù)警事件發(fā)生時(shí)以短信的形式發(fā)送至相關(guān)人員的功能。預(yù)警信息可提前預(yù)判現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的趨勢(shì)變化，將以往人工經(jīng)驗(yàn)判斷轉(zhuǎn)為了系統(tǒng)自動(dòng)判斷，便于提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷和安全隱患，從而保障生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3 優(yōu)化調(diào)度探索

水是水電廠(chǎng)發(fā)電生產(chǎn)的根本，在無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)判、掌握氣候、天氣等因素的情況下，統(tǒng)計(jì)、分析庫(kù)區(qū)來(lái)水情況、機(jī)組發(fā)電耗水和最優(yōu)工況出力等的優(yōu)化調(diào)度，即為水電廠(chǎng)提高生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理水平的關(guān)鍵。在生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)建設(shè)探索的過(guò)程中，加入了水情數(shù)據(jù)與電量數(shù)據(jù)日、月、年重要指標(biāo)數(shù)據(jù)的同期對(duì)比，增加了機(jī)組實(shí)際負(fù)荷曲線(xiàn)、電壓曲線(xiàn)與調(diào)度計(jì)劃曲線(xiàn)的監(jiān)測(cè)比對(duì)，通過(guò)效率性能計(jì)算設(shè)計(jì)了不同水頭下的最優(yōu)出力和最優(yōu)耗水率比對(duì)曲線(xiàn)。具體如圖2所示。

應(yīng)用該系統(tǒng)后，對(duì)發(fā)電計(jì)劃申請(qǐng)和運(yùn)行人員調(diào)控具有相當(dāng)大的實(shí)際操作指導(dǎo)意義。2014年底，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，實(shí)際全年機(jī)組發(fā)電耗水率達(dá)到近10年來(lái)的最高水平，該項(xiàng)系統(tǒng)功能在今后將體現(xiàn)更大的作用和價(jià)值。

4.4 綜合性報(bào)表的開(kāi)發(fā)

在保留各系統(tǒng)原有統(tǒng)計(jì)報(bào)表的基礎(chǔ)上，增加了許多與以往靠人工統(tǒng)計(jì)、計(jì)算和分析等不同的綜合性統(tǒng)計(jì)報(bào)表，比如技術(shù)監(jiān)督類(lèi)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、設(shè)備可靠性分析類(lèi)報(bào)表和并網(wǎng)輔助考核類(lèi)報(bào)表等。報(bào)表按照原有人工統(tǒng)計(jì)模版設(shè)計(jì)，可以在辦公局域網(wǎng)瀏覽，也可保存為電子格式或直接打印。通過(guò)查看報(bào)表，可一目了然地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和總結(jié)，整個(gè)報(bào)表的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)體現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的綜合利用和深度挖掘。

5 存在的問(wèn)題和不足

該系統(tǒng)中存在的問(wèn)題和不足主要有以下2方面：①生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)與原各獨(dú)立系統(tǒng)連接，存在數(shù)據(jù)采集不同步的問(wèn)題，這對(duì)數(shù)據(jù)分析有一定影響。因此，需要在生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)中增加實(shí)時(shí)設(shè)備，方便數(shù)據(jù)采集時(shí)增加時(shí)標(biāo)，以更加精確地應(yīng)用、比較和分析不同系統(tǒng)在同一時(shí)段的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。②由于各獨(dú)立系統(tǒng)已有監(jiān)視控制等界面和功能，生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)在應(yīng)用功能的二次開(kāi)發(fā)中，需進(jìn)一步利用數(shù)據(jù)，不能只采集和匯總數(shù)據(jù)，也不能簡(jiǎn)單地重復(fù)原獨(dú)立系統(tǒng)的功能，并在數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新功能。

6 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近半年的運(yùn)行，減少了以往的人工統(tǒng)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)判斷。生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)在遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)畫(huà)面監(jiān)視、機(jī)組運(yùn)行日志分析、優(yōu)化調(diào)度出力和技術(shù)監(jiān)督報(bào)表統(tǒng)計(jì)等方面發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，明顯提高了企業(yè)的管理水平。目前，該系統(tǒng)的功能應(yīng)用還處于進(jìn)一步探索和改進(jìn)階段。

〔編輯：張思楠〕