智能報(bào)警在巨型水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張東峰，崔 敏，何宏江，劉 準(zhǔn)

(中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司白鶴灘水力發(fā)電廠，四川 寧南 615400)

水電站機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行操作過(guò)程中，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量事件及報(bào)警信息，對(duì)正常動(dòng)作信號(hào)和異常故障產(chǎn)生的事件報(bào)警無(wú)法自動(dòng)區(qū)別，產(chǎn)生大量的無(wú)效報(bào)警，會(huì)給運(yùn)行及維護(hù)人員帶來(lái)極大干擾，目前國(guó)內(nèi)多數(shù)發(fā)電廠單靠人工識(shí)別，不能快速定位故障，效率較低。

智能報(bào)警作為監(jiān)控系統(tǒng)中的最重要組成部分，連接了現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備和運(yùn)行及維護(hù)人員，直接關(guān)系和影響電力的安全生產(chǎn)，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。白鶴灘水電站為建設(shè)智慧水電站，按“無(wú)人值班，少人值守”原則設(shè)計(jì)，采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電站主要機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控及智能報(bào)警[1-3]。

1 巨型水電站設(shè)備的相關(guān)性研究及報(bào)警對(duì)象化分級(jí)

白鶴灘水電站對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的報(bào)警信息按設(shè)備進(jìn)行對(duì)象化智能分級(jí)，對(duì)設(shè)備的歸屬關(guān)系在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行建模，建立監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)報(bào)警對(duì)象樹(shù)。

1)關(guān)聯(lián)關(guān)系可通過(guò)報(bào)警腳本編寫(xiě)進(jìn)行體現(xiàn)。設(shè)備的相關(guān)性體現(xiàn)在橫、縱兩個(gè)層面，縱向即設(shè)備間的歸屬關(guān)系，橫向?yàn)樵O(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系，關(guān)聯(lián)關(guān)系可以是雙向也可以是單向。另外，設(shè)備的自診斷信息應(yīng)與設(shè)備對(duì)象進(jìn)行強(qiáng)關(guān)聯(lián)。例如：PLC的通信狀態(tài)應(yīng)關(guān)聯(lián)到由該P(yáng)LC采集所有設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)質(zhì)量信息中。

2)按設(shè)備報(bào)警嚴(yán)重程度將報(bào)警信息分為事件、異常、故障、事故等級(jí)，在系統(tǒng)報(bào)警主界面上可靈活配置顯示(如事件：綠色；異常：橙色；故障：紅色；事故：白色)。

如圖1所示，報(bào)警對(duì)象樹(shù)是采用面向?qū)ο蟮慕M織形式進(jìn)行展示[4]，在程序啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行初始化，每一個(gè)樹(shù)節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)報(bào)警標(biāo)志，搭建報(bào)警對(duì)象樹(shù)的意義在于既能反應(yīng)報(bào)警信息的重要程度，又能對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行快速識(shí)別定位。

圖1 報(bào)警對(duì)象樹(shù)圖

另外，根據(jù)歸屬設(shè)備的運(yùn)行工況或其它關(guān)聯(lián)關(guān)系條件可進(jìn)行條件報(bào)警，實(shí)現(xiàn)屏蔽或動(dòng)態(tài)改變報(bào)警級(jí)別，對(duì)某事件的報(bào)警等級(jí)自動(dòng)進(jìn)行升級(jí)或降級(jí)。

2 對(duì)冗余抖動(dòng)、重復(fù)報(bào)警信號(hào)的壓縮分組智能處理設(shè)計(jì)

為有效解決冗余抖動(dòng)、無(wú)效、低效報(bào)警頻繁動(dòng)作刷屏，極大的干擾運(yùn)維人員對(duì)重要信息的識(shí)別與判斷這個(gè)棘手問(wèn)題，白鶴灘電站設(shè)計(jì)了報(bào)警壓縮分組智能處理策略。

為了去除冗余抖動(dòng)報(bào)警信息我們?cè)谠惺录?bào)警窗口上增加了報(bào)警壓縮分組的智能處理策略。如圖2、圖3所示，正常情況下，該報(bào)警窗口和普通窗口沒(méi)有區(qū)別，但在有大量事件涌入或者某些頻繁報(bào)警信息出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)分析處理機(jī)制將重復(fù)或者頻率過(guò)高的信息進(jìn)行分組壓縮，經(jīng)過(guò)處理的事件前面會(huì)有‘+’號(hào)標(biāo)志，表示該報(bào)警事件經(jīng)過(guò)壓縮分組智能處理，并提示壓縮之前的原有報(bào)警數(shù)量。為了不對(duì)信息造成損失，組內(nèi)保存了原始報(bào)警的所有信息可供操作人員事后追溯調(diào)查使用。

圖2 壓縮分組智能報(bào)警處理策略圖(展開(kāi)前)

圖3 壓縮分組智能報(bào)警處理策略圖(展開(kāi)后)

3 開(kāi)停機(jī)故障智能報(bào)警分析處理功能

白鶴灘電站采用綜合時(shí)序流程智能處理策略實(shí)現(xiàn)開(kāi)停機(jī)故障智能分析功能[5]，可以大大提高開(kāi)停機(jī)故障處理的響應(yīng)速度，縮短機(jī)組恢復(fù)備用的時(shí)間。

以白鶴灘開(kāi)機(jī)流程第六步綜合時(shí)序智能處理為例，正常的狀態(tài)下，第六步會(huì)按照預(yù)定的固有順序執(zhí)行并報(bào)告如下順序事件：

BHT.GTU01.CJA.01.EB001.SEQ__START_DI62 1F:開(kāi)機(jī)流程啟動(dòng)

開(kāi)機(jī)流程從此開(kāi)始

1.BHT.GTU01.CJA.01.EB001.STRT_STEP6_DI62 1F:開(kāi)機(jī)流程第6步啟動(dòng)(動(dòng)作)

2.BHT.GTU01.MEY.10.AE001.PG02_LM____DO12 1F:鎖定退出(動(dòng)作)

3.BHT.GTU01.MEY.10.AE001.PG02_SDTR__DI28 1F：鎖定投入狀態(tài)(復(fù)歸)

4.BHT.GTU01.MEY.10.AE001.PG02_SDTC__DI12 1F：鎖錠退出狀態(tài)(動(dòng)作)

5.BHT.GTU01.MKA.20.AU001.P104_KAUX02DI37 1F：制動(dòng)風(fēng)閘落下(動(dòng)作)

6.BHT.GTU01.CJA.01.EB001.STRT_STEP6_DI62 1F:開(kāi)機(jī)流程第6步啟動(dòng)(復(fù)歸)

開(kāi)機(jī)流程第六步到此結(jié)束

BHT.GTU01.CJA.01.EB001.STRT_STEP7_DI62 1F:開(kāi)機(jī)流程第7步啟動(dòng)(動(dòng)作)

如表1，綜合時(shí)序規(guī)則原理定義表中為每一個(gè)步驟定義了動(dòng)作含義和代表符號(hào)。

表1 開(kāi)機(jī)流程第六步綜合時(shí)序規(guī)則定義表

如圖4所示，流程字符串的‘s’執(zhí)行完后執(zhí)行‘t’并以此類(lèi)推，六條報(bào)警順序按照前面所述的定義方式進(jìn)行了標(biāo)注。

圖4 正常事件綜合時(shí)序流程規(guī)則智能處理前場(chǎng)景展示圖

若出現(xiàn)的事件及順序如圖4滿(mǎn)足我們預(yù)定模式字串的要求，系統(tǒng)自動(dòng)把滿(mǎn)足自定義字符串規(guī)則的一系列報(bào)警信息“綜合”成一條信息：“第六步開(kāi)機(jī)成功”，如圖5所示。

圖5 正常事件綜合時(shí)序流程規(guī)則智能處理后場(chǎng)景展示圖

如圖6所示，在異常事件智能分析處理中，同樣的開(kāi)機(jī)流程中，同正常的基線時(shí)序?qū)Ρ瓤梢园l(fā)現(xiàn)缺少了事件的第四步“鎖錠退出狀態(tài)復(fù)歸”，規(guī)則不滿(mǎn)足。

圖6 異常事件綜合時(shí)序流程規(guī)則智能處理前場(chǎng)景展示圖

系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)分析機(jī)制并把定位故障結(jié)果報(bào)告出來(lái)，如圖7所示，是流程缺少d即缺少“鎖錠退出狀態(tài)復(fù)歸”。該智能處理策略可以實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確的定位開(kāi)停機(jī)過(guò)程中的故障，縮短故障定位時(shí)間，極大地提高故障處理效率。

圖7 異常事件綜合時(shí)序流程規(guī)則智能處理后場(chǎng)景展示圖

4 建立智能報(bào)警模型庫(kù)

白鶴灘電站設(shè)計(jì)了軸瓦溫度智能報(bào)警處理分析策略，建立軸瓦溫度報(bào)警模型庫(kù)，然后以可視化方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警組態(tài)集成，輸出智能診斷分析結(jié)果[6-7]。

如圖8所示，以水導(dǎo)軸瓦溫度為例，監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到機(jī)組水導(dǎo)5號(hào)溫度點(diǎn)溫度高報(bào)警(≥75℃)，智能報(bào)警模型系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)查詢(xún)水導(dǎo)5號(hào)溫度點(diǎn)近30 d的趨勢(shì)是否緩慢增加，臨近2個(gè)點(diǎn)水導(dǎo)4號(hào)、6號(hào)溫度值是否超過(guò)報(bào)警值，水導(dǎo)X、Y方向擺渡值是否達(dá)到一級(jí)報(bào)警，若5號(hào)溫度點(diǎn)近30 d的變化趨勢(shì)緩慢增加，鄰近2個(gè)點(diǎn)超過(guò)報(bào)警值，當(dāng)時(shí)水導(dǎo)擺度值報(bào)警，系統(tǒng)報(bào)故障“水導(dǎo)5號(hào)溫度點(diǎn)溫度高報(bào)警屬實(shí)，請(qǐng)盡快處理”；若該點(diǎn)溫度近30 d的趨勢(shì)未緩慢增加，鄰近2個(gè)溫度點(diǎn)沒(méi)有達(dá)到報(bào)警，或水導(dǎo)擺度值未報(bào)警，則直接報(bào)“水導(dǎo)5號(hào)溫度點(diǎn)傳感器或者回路故障”。

圖8 水導(dǎo)軸瓦溫度智能報(bào)警處理分析原理圖

按照原理圖，建立通用的水導(dǎo)瓦溫報(bào)警模型庫(kù)如圖9，輸入定義和系統(tǒng)定義數(shù)據(jù)按照智能報(bào)警策略處理，在輸出定義對(duì)應(yīng)輸出智能分析結(jié)果。

圖9 水導(dǎo)軸瓦溫度智能報(bào)警模型庫(kù)圖

5 結(jié) 語(yǔ)

在白鶴灘電站監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警功能優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，重點(diǎn)考慮了以下幾個(gè)方面：

1)對(duì)報(bào)警信息與設(shè)備進(jìn)行智能關(guān)聯(lián)性研究及處理，建立報(bào)警對(duì)象樹(shù)；

2)對(duì)冗余抖動(dòng)、重復(fù)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行壓縮分組智能處理，有效解決無(wú)效、低效及重復(fù)報(bào)警；

3)實(shí)現(xiàn)開(kāi)停機(jī)故障智能分析功能，讓報(bào)警系統(tǒng)審查分析開(kāi)停機(jī)流程實(shí)時(shí)信息及事件之間關(guān)聯(lián)邏輯，快速精確識(shí)別定位故障，自動(dòng)生成智能報(bào)警結(jié)果；

4)考慮對(duì)軸瓦溫度報(bào)警的智能分析處理，建立了軸瓦溫度報(bào)警模型庫(kù)。

白鶴灘水電站監(jiān)控系統(tǒng)智能報(bào)警功能的成功實(shí)施，有助于推動(dòng)國(guó)內(nèi)大型水電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提高，有利于節(jié)約人力資源成本，提高水電站智能化程度。