淺談大數(shù)據(jù)技術(shù)在水電廠的研究和應(yīng)用

杜春新

（國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

淺談大數(shù)據(jù)技術(shù)在水電廠的研究和應(yīng)用

杜春新

（國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

從水電廠設(shè)備運(yùn)行監(jiān)視狀況及現(xiàn)有運(yùn)行監(jiān)視軟件等方面，分析了目前運(yùn)行監(jiān)視工作中面臨的問題。設(shè)計開發(fā)了基于PI實時數(shù)據(jù)庫的水電廠附屬設(shè)備輔助運(yùn)行監(jiān)視軟件，詳細(xì)介紹了軟件的設(shè)計思路、主要功能。軟件的應(yīng)用豐富了現(xiàn)有的監(jiān)視手段，取得了很好的應(yīng)用效果。

大數(shù)據(jù)；監(jiān)控系統(tǒng)；無人值班少人值守；智能診斷

大數(shù)據(jù)、云終端以及“互聯(lián)網(wǎng)+”，已進(jìn)入各行各業(yè)，改變著人們工作理念、辦公方式和管理流程。國家電網(wǎng)正在積極推動建設(shè)智能電網(wǎng)，而目前水電廠推行的“無人值班、少人值守”的管理模式對安全生產(chǎn)提出了更高要求。運(yùn)行人員的正確判斷和快速應(yīng)急反應(yīng)能力對電廠安全運(yùn)行是至關(guān)重要的。

縱觀傳統(tǒng)運(yùn)維檢修模式，存在更多“人”的因素。比如：傳統(tǒng)手工記錄的數(shù)據(jù)的完備性和正確性不足、個人技術(shù)水平不均衡、人力成本高、工作效率較低等問題。這讓我們更加認(rèn)清加快技術(shù)變革的迫切性，迫使運(yùn)行人員盡快的適應(yīng)新技術(shù)和運(yùn)用新技術(shù)，以便快速準(zhǔn)確的獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的第一手資料，做到對設(shè)備異常情況能先期預(yù)判，對設(shè)備故障原因迅速鎖定，以便快速響應(yīng)和處理。

1 傳統(tǒng)運(yùn)行工作存在的問題

1.1 傳統(tǒng)人工巡檢和監(jiān)視效果不佳

傳統(tǒng)日常人工巡檢是每天固定時段巡檢，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常存在偶然性；由于手工抄錄的數(shù)據(jù)有限，且運(yùn)行工作人員素質(zhì)不均衡，所以人工抄錄的數(shù)據(jù)完備性和正確性不足，不利于開展設(shè)備運(yùn)行分析；目前監(jiān)控值班人員通過H9000（4.0V）監(jiān)控系統(tǒng)實時告警窗及定時畫面巡視手段，監(jiān)視水電廠機(jī)電設(shè)備及電網(wǎng)線路的運(yùn)行狀態(tài)。但鑒于設(shè)備多、參數(shù)各異，監(jiān)視的工作量非常大，很難發(fā)現(xiàn)運(yùn)行于指標(biāo)邊緣的設(shè)備，監(jiān)視效果十分不理想。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)缺乏綜合分析能力

目前，水電廠都實現(xiàn)了對全廠機(jī)電設(shè)備的自動化監(jiān)視和控制。我廠也已進(jìn)行了兩輪監(jiān)控系統(tǒng)升級改造，但新監(jiān)控系統(tǒng)仍局限于簡單的對監(jiān)視點(diǎn)越限報警和對事故、故障信息的報警及生成整點(diǎn)時段的數(shù)據(jù)報表。它缺乏對設(shè)備的綜合分析能力，對異常情況的跟蹤分析只能依賴人，而生成的整點(diǎn)報表數(shù)據(jù)不能滿足設(shè)備運(yùn)行分析的連續(xù)性。另外故障信號刷屏?xí)?yán)重影響監(jiān)盤質(zhì)量，不利于安全生產(chǎn)。

1.3 人工分析效率低

月度的專業(yè)分析相對滯后，對故障設(shè)備的專題分析也是事后分析，同時人工分析過程中收集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)的工作量很大，效率低。對帶病運(yùn)行設(shè)備缺乏先期故障預(yù)判，存在安全風(fēng)險。

2 智能診斷軟件的開發(fā)

2.1 實時數(shù)據(jù)庫

PI數(shù)據(jù)庫應(yīng)用PI（Plant Information）是由美國OSI Software公司開發(fā)的1套基于C/S的商品化軟件應(yīng)用平臺，能以數(shù)據(jù)原形的方式在線存儲動態(tài)數(shù)據(jù)。它采集并存貯與流程相關(guān)的成千上萬點(diǎn)數(shù)據(jù),采用“旋轉(zhuǎn)門”壓縮技術(shù)可以節(jié)省大量的磁盤空間，同時能保證數(shù)據(jù)的精度和密度要求。PI數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要應(yīng)用工具PI DataLink和PI ProcessBook等模塊完全與Windows兼容，具有極好的擴(kuò)展性。目前緊水灘水電廠的PI數(shù)據(jù)庫存儲了水輪發(fā)電機(jī)、各類水泵系統(tǒng)等大量數(shù)據(jù)，用戶可根據(jù)需要通過PI客戶端工具對庫中所需數(shù)據(jù)進(jìn)行取用，利用PI數(shù)據(jù)庫獲取所需的實時及歷史數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)對水電廠水輪發(fā)電機(jī)機(jī)電設(shè)備異常狀態(tài)的監(jiān)視功能。系統(tǒng)框架如圖1。

圖1系統(tǒng)框架

2.2 常用辦公軟件Microsoft Excel

Excel是目前最為常用的電子表格軟件，具有表格制作方便、靈活、輸出數(shù)據(jù)美觀等優(yōu)點(diǎn)，同時還具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)檢索、查詢、排序、篩選等功能，另外Excel還擁有數(shù)量豐富、功能強(qiáng)大的內(nèi)置函數(shù)。

PI實時數(shù)據(jù)庫的PI-DataLink數(shù)據(jù)接口軟件為Excel提供實時數(shù)據(jù)的來源,使得Excel強(qiáng)大的電子表格功能與實時信息有效結(jié)合,可實現(xiàn)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)所不具備的功能。

2.3 智能診斷軟件設(shè)計

基于PI的實時歷史數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更廣闊的二次應(yīng)用，開發(fā)幫助運(yùn)行人員輔助診斷的監(jiān)視應(yīng)用工具。組織技術(shù)人員利用PI軟件工具對多年積累下來的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，針對不同測點(diǎn)分別建立正常運(yùn)行數(shù)據(jù)模型。開發(fā)設(shè)計各類監(jiān)視畫面，通過對實時采樣運(yùn)行數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)模型進(jìn)行實時比對，當(dāng)采樣數(shù)據(jù)超出數(shù)據(jù)模型的正常范圍時，依據(jù)邏輯判斷，監(jiān)視畫面自動實時聲光報警。此時運(yùn)行人員可點(diǎn)擊報警點(diǎn)調(diào)看綜合信息，第一時刻掌握設(shè)備故障信息，彌補(bǔ)人工巡檢工作中的不足和監(jiān)控系統(tǒng)缺乏綜合分析的短板，提高運(yùn)行人員設(shè)備分析水平和響應(yīng)速度。

3 軟件應(yīng)用

3.1 各類泵運(yùn)行監(jiān)視

通過監(jiān)視統(tǒng)計各類泵的啟停時間，判斷其是否打空泵或效率降低；記錄各類泵的啟動和停止動作值，并與整定的動作值進(jìn)行比對，判明各類泵是否存在動作值偏移問題，提醒檢修人員對動作值發(fā)生偏移的設(shè)備進(jìn)行維修或更換，避免不安全事件發(fā)生。

3.2 油位監(jiān)視

對壓油槽、集油箱和漏油箱油位跟蹤監(jiān)視計算，并進(jìn)行油位趨勢分析，判明壓力油系統(tǒng)是否存在漏油現(xiàn)象；篩選多個測點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，依據(jù)邏輯判據(jù)，對相同運(yùn)行工況下的水輪機(jī)組推力油槽、下導(dǎo)油槽油位進(jìn)行跟蹤比對，智能診斷推力油槽油冷器、下導(dǎo)油槽油冷器是否存在漏點(diǎn)或破裂，防止因機(jī)械設(shè)備故障發(fā)生機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)事故。

3.3 溫度監(jiān)視

通過增加邏輯判據(jù)，篩選出同等運(yùn)行工況下的推力瓦溫、下導(dǎo)瓦溫、定子線圈溫度和空冷器溫度進(jìn)行比對分析，判明冷卻水壓力是否正常。

3.4 滲漏水監(jiān)視

通過監(jiān)視滲漏集水井來水和滲漏水泵運(yùn)行工況來控制發(fā)生水淹廠房事故的風(fēng)險。通過計算滲漏水泵啟動間隔時間T1來反推集水井靜態(tài)平均來水流量Q，利用這一流量數(shù)據(jù)與一臺滲漏水泵抽水流量Q1和2臺滲漏水泵抽水流量Q2比較，通過分析流量差與水位上升速率、及考慮運(yùn)行人員反映時間之間的關(guān)系，確定邏輯判斷條件，達(dá)到對水淹廠房事件的提前預(yù)判，提早采取防控措施。

4 軟件應(yīng)用效果

軟件開發(fā)的相關(guān)圖表應(yīng)用，做到了對不同運(yùn)行工況下重要設(shè)備油位的下降或上升趨勢的報警；能自動生成各類水機(jī)數(shù)據(jù)報表；對各類泵的輪換運(yùn)行及啟停過程監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常自動報警并給出診斷結(jié)果。使運(yùn)行人員對故障判斷一目了然，也為后期新人員的技術(shù)培訓(xùn)提供詳細(xì)資料；作為水輪發(fā)電機(jī)及附屬設(shè)備巡視的輔助手段，適當(dāng)減輕運(yùn)行員工勞動強(qiáng)度，提高工作效率。同時通過對軟件的學(xué)習(xí)運(yùn)用，提高了運(yùn)行人員對設(shè)備的綜合分析能力。

通過幾年的應(yīng)用，我們有效的避免了多起不安全事件的發(fā)生。正如圖2所示，2013年我們及時發(fā)現(xiàn)了3號機(jī)漏油泵頻繁啟動，根據(jù)軟件提示提早發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，有效減少了廠用電量。

圖2緊站3號機(jī)漏油泵監(jiān)視報警圖

圖3緊站3號機(jī)組主用水電磁閥故障提示報警圖

又如圖3所示，軟件對3號機(jī)組主用水電磁閥未全開動作故障第一時間做出提示報警，并給出了故障分析結(jié)果。經(jīng)運(yùn)行人員現(xiàn)場檢查驗證了其正確性，同時由于及早發(fā)現(xiàn)和正確處理，避免了一起機(jī)組跳閘事故的發(fā)生。

5 結(jié)論

當(dāng)我們還在為流域水電站安全生產(chǎn)管理上的諸多困難而糾結(jié)時，大數(shù)據(jù)已悄然為我們打開了一扇通往“本質(zhì)安全”的大門。作為一種新興的數(shù)據(jù)管理模式，大數(shù)據(jù)技術(shù)不僅解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理方面存在的問題，而且使數(shù)據(jù)管理趨于智能化，數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性也更加強(qiáng)大?；诂F(xiàn)代水電企業(yè)“無人值班（少人值守）”、“一廠多地”等特有的生產(chǎn)運(yùn)營模式，深入挖掘大數(shù)據(jù)技術(shù)在流域水電站安全生產(chǎn)管理方面的潛在價值，可以有力地推進(jìn)流域水電站安全生產(chǎn)管理水平。

[1]史興華.供電企業(yè)實時/歷史數(shù)據(jù)庫PI典型應(yīng)用案例[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]林卓然.VB程序設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

TV736

A

1672-5387（2017）11-0059-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.022

2017-08-25

杜春新（1976-），男，工程師，從事水電廠運(yùn)行工作。