水電廠生產(chǎn)實時系統(tǒng)建設(shè)實踐

曾鵬飛

摘 要：為了進一步提高水電廠的生產(chǎn)管理水平，建立了包含水電特有生產(chǎn)業(yè)務(wù)的實時系統(tǒng)。該系統(tǒng)的建設(shè)實現(xiàn)了對所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)的及時、準(zhǔn)確掌握和綜合運用分析，該系統(tǒng)的建設(shè)實踐也為水電廠的智能化發(fā)展提供了指導(dǎo)和探索方向。

關(guān)鍵詞：水電廠；生產(chǎn)管理；實時系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號：TM621.6 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.014

1 概述

2008年，我公司提出了建設(shè)楓樹壩水電廠生產(chǎn)實時系統(tǒng)的設(shè)想，由于當(dāng)時最主要的生產(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功能，所以，該項目沒有立即啟動。隨著電廠自動化水平的不斷提高，逐漸增加了機組在線監(jiān)測、主變色譜分析和調(diào)度計劃曲線等系統(tǒng)，加之已有的監(jiān)控系統(tǒng)、水情防汛系統(tǒng)、大壩自動化監(jiān)測系統(tǒng)和電能計量系統(tǒng)等也在不斷更新、完善，技術(shù)管理人員需要經(jīng)常到廠區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)場查詢、抄錄和分析數(shù)據(jù)。因此，需要建立統(tǒng)一的生產(chǎn)實時系統(tǒng)，形成實時數(shù)據(jù)采集、儲存、處理和展現(xiàn)的有機平臺，以方便更多的技術(shù)和管理人員分析和決策。

2013年，生產(chǎn)實時系統(tǒng)的建設(shè)正式啟動，經(jīng)過一年的軟、硬件調(diào)試，目前，已具備應(yīng)用功能并實踐運行半年多。本文主要結(jié)合項目建設(shè)的實際情況，對系統(tǒng)建設(shè)過程中的難點、系統(tǒng)功能應(yīng)用亮點等方面進行了闡述和探討。

2 建設(shè)過程中的難點

目前，由于國內(nèi)還沒有先進、成熟的項目案例，各水電廠對生產(chǎn)實時系統(tǒng)的建設(shè)、智能化水電廠的建設(shè)等均處于摸索實踐階段，已建成的少數(shù)水電廠的生產(chǎn)實時系統(tǒng)也僅處于數(shù)據(jù)匯合階段，沒有二次開發(fā)。本項目中的生產(chǎn)實時系統(tǒng)建設(shè)無論從硬件的選擇、布置，還是從軟件的設(shè)計開發(fā)，都是電廠與系統(tǒng)軟件公司共同逐步、逐項探討和實踐的結(jié)果，在建設(shè)、實施的過程中，雙方技術(shù)人員投入了大量的時間和精力。

楓樹壩水電廠生產(chǎn)實時系統(tǒng)涵蓋了廠內(nèi)監(jiān)控、水情、大壩、

電量、振擺、色譜和調(diào)度曲線等。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)實時服務(wù)器同處于廠區(qū)現(xiàn)場，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)計開發(fā)中，避免功能與原獨立系統(tǒng)重復(fù)、數(shù)據(jù)的互相調(diào)用等也需要精細(xì)設(shè)計和考慮。

3 現(xiàn)場的硬件結(jié)構(gòu)

按照電力系統(tǒng)二次安全防護原則，生產(chǎn)實時系統(tǒng)在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)分別布置了1臺數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接口機和1臺正向隔離裝置，在Ⅲ區(qū)布置了1臺主服務(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。實時系統(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

水電生產(chǎn)實時系統(tǒng)的核心為消除企業(yè)內(nèi)部的信息孤島，最終建立廠級乃至集團流域統(tǒng)一的生產(chǎn)實時系統(tǒng)和歷史數(shù)據(jù)平臺，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)過程監(jiān)視、參數(shù)報警、機組狀態(tài)監(jiān)視、性能計算、電量管理和生產(chǎn)報表等，從而使企業(yè)各級管理人員及時、全面地了解企業(yè)的生產(chǎn)狀況，增強企業(yè)的應(yīng)變能力。下面結(jié)合實際，詳細(xì)說明電廠生產(chǎn)實時系統(tǒng)建設(shè)、開發(fā)和應(yīng)用中突出的亮點功能。

4.1 過程監(jiān)視和趨勢分析

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

在分析數(shù)據(jù)時可自定義趨勢，測點和時間段可任意組合、比對并作趨勢分析。此外，趨勢過程也可以圖形的方式再現(xiàn)過去某一時刻的運行狀況，使生產(chǎn)和事故分析過程更加直觀、有效，徹底改變了以往只能通過查看歷史趨勢和參數(shù)進行事故分析的方式，提高了事故分析能力和反應(yīng)速度。

4.2 告警預(yù)警實踐

原各獨立系統(tǒng)只有單一的測點越限告警等功能，生產(chǎn)實時系統(tǒng)建立后，可將所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)測點作為判斷條件進行綜合邏輯告警和趨勢預(yù)警。比如，機組軸承溫度逐步升高趨勢預(yù)警、庫區(qū)來水突然增大趨勢預(yù)警和機組負(fù)荷偏離調(diào)度曲線預(yù)警等。在滿足預(yù)警條件時，實時系統(tǒng)將提供實時預(yù)警顯示和預(yù)警記錄查詢，還可設(shè)置關(guān)鍵預(yù)警事件發(fā)生時以短信的形式發(fā)送至相關(guān)人員的功能。預(yù)警信息可提前預(yù)判現(xiàn)場設(shè)備的趨勢變化，將以往人工經(jīng)驗判斷轉(zhuǎn)為了系統(tǒng)自動判斷，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)定運行。

4.3 優(yōu)化調(diào)度探索

水是水電廠發(fā)電生產(chǎn)的根本，在無法準(zhǔn)確預(yù)判、掌握氣候、天氣等因素的情況下，統(tǒng)計、分析庫區(qū)來水情況、機組發(fā)電耗水和最優(yōu)工況出力等的優(yōu)化調(diào)度，即為水電廠提高生產(chǎn)經(jīng)營管理水平的關(guān)鍵。在生產(chǎn)實時系統(tǒng)建設(shè)探索的過程中，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)的同期對比，增加了機組實際負(fù)荷曲線、電壓曲線與調(diào)度計劃曲線的監(jiān)測比對，通過效率性能計算設(shè)計了不同水頭下的最優(yōu)出力和最優(yōu)耗水率比對曲線。具體如圖2所示。

應(yīng)用該系統(tǒng)后，對發(fā)電計劃申請和運行人員調(diào)控具有相當(dāng)大的實際操作指導(dǎo)意義。2014年底，經(jīng)統(tǒng)計，實際全年機組發(fā)電耗水率達(dá)到近10年來的最高水平，該項系統(tǒng)功能在今后將體現(xiàn)更大的作用和價值。

4.4 綜合性報表的開發(fā)

在保留各系統(tǒng)原有統(tǒng)計報表的基礎(chǔ)上，增加了許多與以往靠人工統(tǒng)計、計算和分析等不同的綜合性統(tǒng)計報表，比如技術(shù)監(jiān)督類統(tǒng)計報表、設(shè)備可靠性分析類報表和并網(wǎng)輔助考核類報表等。報表按照原有人工統(tǒng)計模版設(shè)計，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。通過查看報表，可一目了然地對數(shù)據(jù)進行判斷和總結(jié)，整個報表的設(shè)計開發(fā)體現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的綜合利用和深度挖掘。

5 存在的問題和不足

該系統(tǒng)中存在的問題和不足主要有以下2方面：①生產(chǎn)實時系統(tǒng)與原各獨立系統(tǒng)連接，存在數(shù)據(jù)采集不同步的問題，這對數(shù)據(jù)分析有一定影響。因此，需要在生產(chǎn)實時系統(tǒng)中增加實時設(shè)備，方便數(shù)據(jù)采集時增加時標(biāo)，以更加精確地應(yīng)用、比較和分析不同系統(tǒng)在同一時段的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。②由于各獨立系統(tǒng)已有監(jiān)視控制等界面和功能，生產(chǎn)實時系統(tǒng)在應(yīng)用功能的二次開發(fā)中，需進一步利用數(shù)據(jù)，不能只采集和匯總數(shù)據(jù)，也不能簡單地重復(fù)原獨立系統(tǒng)的功能，并在數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用上進一步開發(fā)新功能。

6 結(jié)束語

該系統(tǒng)經(jīng)過近半年的運行，減少了以往的人工統(tǒng)計和經(jīng)驗判斷。生產(chǎn)實時系統(tǒng)在遠(yuǎn)方實時畫面監(jiān)視、機組運行日志分析、優(yōu)化調(diào)度出力和技術(shù)監(jiān)督報表統(tǒng)計等方面發(fā)揮著越來越大的作用，明顯提高了企業(yè)的管理水平。目前，該系統(tǒng)的功能應(yīng)用還處于進一步探索和改進階段。

〔編輯：張思楠〕