基于SMA2000的龍羊峽水電站設(shè)備趨勢分析系統(tǒng)

顏現(xiàn)波，毛 琦，陳小松，顏增強，孫黎全，姚方祿

（1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038；3.青海黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司龍羊峽發(fā)電分公司，青海 海南 811800）

黃河龍羊峽水電站位于青海省藏族自治州境內(nèi)共和縣與貴南縣交界的龍羊峽谷入口處，電站以發(fā)電為主，兼有防洪、防凌、灌溉、養(yǎng)殖、旅游、航運等綜合功能，是西北電網(wǎng)主力調(diào)峰、調(diào)頻電廠。電站裝有4臺單機容量為320 MW的混流式水輪發(fā)電機，最大單機出力350 MW，總裝機容量1 280 MW，年平均利用小時數(shù)4 710 h，保證出力647 MW，設(shè)計年發(fā)電量60億kW·h。

龍羊峽水電站機電設(shè)備智能診斷分析系統(tǒng)主要是通過電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)，主要方法是完善設(shè)備數(shù)據(jù)庫的采集，引入設(shè)備數(shù)據(jù)生命周期理念,利用SMA2000軟件對電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采集的設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析判斷，每月自動生成設(shè)備運行狀態(tài)的分析報告，對設(shè)備的運行、檢修、維護(hù)提出相應(yīng)的意見及建議，從而提前了解設(shè)備狀態(tài)及時消除設(shè)備隱患,做到以設(shè)備管設(shè)備的目的[1-5]。

1 系統(tǒng)研究技術(shù)路線

1.1 如何提前了解設(shè)備狀態(tài)及時消除設(shè)備隱患

為提前了解設(shè)備狀態(tài)及時消除設(shè)備隱患問題，利用基于Python語言的智能報表系統(tǒng)，結(jié)合水電站設(shè)備運行數(shù)據(jù)，制定標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備運行模板。該報表系統(tǒng)可以自動生成分析報表，為運行維護(hù)人員提供可靠、有效的參考依據(jù)。

1.2 如何實現(xiàn)設(shè)備運行趨勢分析及故障診斷功能

2 系統(tǒng)設(shè)計原則及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 項目總體設(shè)計理念

在該系統(tǒng)設(shè)計過程中充分利用行業(yè)調(diào)研、實際需求分析、方法建模、模式匹配、數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)庫優(yōu)化技術(shù)等方式，并結(jié)合可視化技術(shù)及人機功能學(xué)方法，為系統(tǒng)提供人性化的分析界面及形象化的成果展示，整個系統(tǒng)設(shè)計思路如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計理念

2.2 系統(tǒng)主要功能需求分析

2.2.1 機電設(shè)備全生命周期分析

將全廠機電設(shè)備全生命周期功能作為軟件的一個子功能存在，需要滿足在多條件，多狀態(tài)，動態(tài)監(jiān)視電站設(shè)備。在生命周期子功能里，操作人員可以編輯設(shè)備報警、預(yù)警條件。

2.2.2 單一設(shè)備多種運行狀況條件分析

完成針對單一設(shè)備，多種運行狀況條件下，編輯報警或預(yù)測事項功能。

2.2.3 全廠機組經(jīng)濟(jì)運行分析

根據(jù)機組超聲波測流、機組負(fù)荷、導(dǎo)葉漏水量、耗水率、電量等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提高機組經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)。關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)量：機組超聲波測流、機組負(fù)荷、導(dǎo)葉漏水量、耗水率、電量、機組跨越振動區(qū)或在振動區(qū)間運行時機組各個部位最大振擺數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)。

2.2.4 機組壓油泵及漏油泵運行趨勢分析

(3)水旺莊礦區(qū)控礦深度超過-2200m，而長達(dá)110km的招平斷裂其他區(qū)域勘查深度多在-1500m左右，水旺莊深部找礦突破進(jìn)一步拓展了招平斷裂深部找礦的空間。

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)壓、漏油罐油壓，及機組負(fù)荷、AGC調(diào)節(jié)令、一次調(diào)頻動作等數(shù)據(jù)，分析機組壓、漏油泵運行趨勢。關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)量：壓油罐油壓、機組負(fù)荷、AGC調(diào)節(jié)令、一次調(diào)頻動作、上次啟、停泵時間、壓油泵打壓時間、總運行時間等數(shù)據(jù)。

2.2.5 風(fēng)機水泵油泵運行統(tǒng)計分析

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)低壓儲氣罐壓力、停機風(fēng)閘投退、檢修用氣等數(shù)據(jù)，分析風(fēng)機系統(tǒng)運行趨勢。根據(jù)水泵、油泵的啟、停泵時間及以往正常停泵間隔時間、每日的啟動次數(shù)等數(shù)據(jù)，分析水泵、油泵系統(tǒng)運行趨勢，分析模型如圖2。

圖2 油泵、風(fēng)機運行分析模型

2.3 軟件數(shù)據(jù)RAID存儲技術(shù)

2.3.1 RAID存儲技術(shù)原理

RAID磁盤存儲技術(shù)原理是將一組磁盤驅(qū)動器用某種邏輯方式聯(lián)系起來，作為邏輯上的一個磁盤驅(qū)動器來使用。目前主要有RAID0、RAID1、RAID5等多種存儲方式，為了得到更高的速度、穩(wěn)定性、更大的存儲能力以及容錯能力，一般都采用集中RAID方式組合形式。

2.3.2 RAID存儲技術(shù)優(yōu)勢

①采用快速數(shù)據(jù)校驗技術(shù)，保障較高的數(shù)據(jù)安全性和完整性。②超大容量和級聯(lián)的擴展技術(shù)，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)存儲。③采用磁盤陣列自帶CPU和內(nèi)存技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問的高速性。④配備雙機集群容錯軟件,保證作業(yè)連續(xù)性。⑤盤陣列采用級聯(lián)技術(shù)或SAN 存儲區(qū)域網(wǎng)技術(shù)，具有靈活的擴展能力。

3 狀態(tài)趨勢分析系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1 以H9000 V4.5監(jiān)控系統(tǒng)為應(yīng)用支撐平臺

3.1.1 應(yīng)用支撐平臺

應(yīng)用支撐平臺是連接基礎(chǔ)硬件設(shè)施和應(yīng)用服務(wù)的橋梁，是以應(yīng)用服務(wù)器、中間件技術(shù)為核心的基礎(chǔ)軟件技術(shù)支撐平臺，其作用是實現(xiàn)資源的有效共享和應(yīng)用服務(wù)的互聯(lián)互通，為應(yīng)用系統(tǒng)的功能實現(xiàn)提供技術(shù)支持、多種服務(wù)及運行環(huán)境，是實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)之間、應(yīng)用系統(tǒng)與其他平臺之間進(jìn)行信息交換、傳輸、共享的核心。

3.1.2 平臺主要功能

應(yīng)用平臺主要完成如下功能：完成系統(tǒng)實時、歷史數(shù)據(jù)存儲和管理，并對相關(guān)服務(wù)提供根據(jù)對象進(jìn)行索引的數(shù)據(jù)存儲、訪問接口；提供統(tǒng)一的報警平臺；提供統(tǒng)一軟件接口規(guī)范和軟件管理規(guī)范，為相關(guān)服務(wù)軟件提供松耦合的運行環(huán)境。

3.2 以SMA2000及iReport智能報表為工具

以SMA2000趨勢分析軟件及iReport智能報表為工具，建立數(shù)據(jù)模型及分析模型。結(jié)合水電站設(shè)備運行數(shù)據(jù)，制定標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備運行模板。

監(jiān)視報表實現(xiàn)智能化處理，采集數(shù)據(jù)完成基本處理后，可根據(jù)預(yù)定策略進(jìn)行自動生成智能化周期報表。根據(jù)運行經(jīng)驗定制智能策略，如對于油泵、水泵等設(shè)備，可根據(jù)其啟停次數(shù)、時間變化，液位、液壓趨勢等規(guī)律的變化監(jiān)視并判斷設(shè)備的運行狀態(tài)，在運行異常時給出報警和建議。

3.3 趨勢分析人機交互界面

用戶交互界面示例如圖3、圖4所示。

圖3 用戶交互界面示例1

圖4 用戶交互界面示例2

3.4 智能報表軟件示例

智能報表示例如圖5、圖6所示。

圖5 智能報表示例1

圖6 智能報表示例2

4 結(jié)論

文章主要介紹了龍羊峽水電站基于SMA2000的設(shè)備狀態(tài)趨勢分析系統(tǒng)。該軟件基于H9000 V4.5環(huán)境及支持平臺，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)不同展示方式，主要有曲線、散點圖、柱狀圖、餅圖、表格等；該軟件建立的電廠泵設(shè)備遠(yuǎn)程診斷分析子系統(tǒng)，為水電站發(fā)電機組、油泵、水泵、開關(guān)等設(shè)備提供了狀態(tài)監(jiān)測與跟蹤分析診斷功能。

另外利用Python開發(fā)語言設(shè)計了iReport智能報表軟件，該軟件不僅實現(xiàn)了設(shè)備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測和故障分析，可及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備可能存在的隱患，為檢修決策與故障分析提供技術(shù)依據(jù)；還能對歷史數(shù)據(jù)庫記錄的大量設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行追憶和分析，可為設(shè)備檢修人員提供豐富的有用信息，能很好地滿足運行監(jiān)視與事故分析的實際需要。