基于電廠標識系統(tǒng)的水電站信號編碼及應用

劉松林，向強銘

（中國長江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133）

0 引言

電廠標識系統(tǒng)（kraftwerk-kennzeichen-system，KKS）是由德國VGB 技術委員會創(chuàng)建，借鑒了歐洲各種類型電站的運行、維護、決策等特點，能夠依據功能、型號和安裝位置來明確標識發(fā)電廠中的系統(tǒng)、設備、組件和建筑物的編碼體系。具有適用性廣泛，編制程序規(guī)范，結構層次分明等優(yōu)點，對于電站的數字化與智能化有著重要意義。

我國于20 世紀90 年代開始使用KKS 編碼，經過30 多年的發(fā)展，KKS 編碼已成為電站數字化的規(guī)范標準，信息系統(tǒng)之間的紐帶。在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中，特別是大型水電站，所含系統(tǒng)數量多，系統(tǒng)中的設備分類龐雜。信號測點的編碼需要直觀的給運維人員反映出設備的相關重要信息，以便運維人員能夠快速準確的識別信號，定位故障。面對龐大的各類復雜的水電站監(jiān)控信號，將KKS 編碼有效運用至水電站監(jiān)控信號中成為水電站運維的關鍵。

1 KKS 編碼體系

目前電廠標識系統(tǒng)（KKS）分為工藝相關標識、安裝點標識和位置標識三種類型。每一種類型都統(tǒng)一劃分為四級標識，四級標識依據每級相關的工藝過程名稱不同而劃分[1]。對于水電站監(jiān)控系統(tǒng)中的信號，依據KKS 編碼法則可劃分為四級[2]：全廠碼、系統(tǒng)碼、設備碼、信號碼。

全廠碼用于標識電廠機組、建筑物和安裝項，由1～4 位大寫的英文字母或阿拉伯數字表示；系統(tǒng)碼標識上一級全廠碼對應的不同系統(tǒng)分類，一級系統(tǒng)由3 位大寫的英文字母表示，二級系統(tǒng)（子系統(tǒng)）由2 位阿拉伯數字表示；設備碼標識著上一級系統(tǒng)下對應的不同設備分類，用以區(qū)分機械和電氣設備，由3 位阿拉伯數字表示。設備附加碼由1 位大寫的英文字母表示，若無則可以省略；信號碼標識著各類信號狀態(tài)和信號類別，分別由2 位大寫的英文字母表示（圖1）。

圖1 KKS 編碼體系下的信號標識

由于KKS 編碼對電站中的系統(tǒng)、設備、信號之間的邏輯關系進行統(tǒng)一規(guī)劃，因此KKS 編碼中的對象信息具有唯一性。KKS 編碼中規(guī)范的運用阿拉伯數字和英文字母作為字符類型，使得其適用性廣泛，在各個類型的電站中都能夠使用[3，4]。

2 存在的問題及改進

2.1 存在的問題

在大型水電站監(jiān)控系統(tǒng)中，信號的種類多樣而且復雜。依據KKS 導則的信號編碼分為四級，包含全廠碼、系統(tǒng)碼、設備碼、信號碼。其中系統(tǒng)碼分為一級系統(tǒng)、二級系統(tǒng)，設備碼僅一級分類，無法體現出信號來源的控制盤以及設備下的部件種類。而在實際運維中，運維人員往往需要獲得信號的控制盤柜、詳細部件等信息來進行故障診斷和信號定位。采用KKS 編碼的信號標識不能直觀反映這些信息，不利于運維人員對實時信號進行迅速的判斷和對歷史信號的分類與診斷。

2.2 改進方法

為了解決KKS 編碼在信號標識上的問題，本文以KKS 編碼結構為基礎，在信號標識分級上新增兩級盤柜碼和部件碼，由全廠單元碼、系統(tǒng)碼、設備碼、盤柜碼、部件碼及信號碼組成共六級的信號編碼方法。用以直觀反映水電站監(jiān)控系統(tǒng)中信號、設備以及系統(tǒng)間的層級關系（圖2）。

圖2 改進的KKS 水電站監(jiān)控信號編碼

全廠單元碼為二段5 字符，第一段用3 個大寫的英文字符表示一個水電廠站單元的唯一標識，第二段為2 個阿拉伯數字的順序碼，表示相同類型的廠站單元的次序編號。

系統(tǒng)碼為二段5 個字符，其中第一段用3 個大寫的英文字符表示信號所屬的系統(tǒng)大類。第二段用2 個阿拉伯數字表示信號所屬系統(tǒng)大類下的子系統(tǒng)（如技術供水系統(tǒng)可以繼續(xù)劃分為主軸密封系統(tǒng)、純水系統(tǒng)等）。系統(tǒng)碼與KKS 編碼規(guī)則保持一致。

設備碼為二段5 個字符，第一段用2 個大寫的英文字符表示設備的分類。第二段用3 個阿拉伯數字表示同一設備分類下不同設備的細分。設備碼與KKS 編碼規(guī)則保持一致。

盤柜碼為用3 個大寫的英文字符表示一個信號來源控制盤柜的唯一標識，依據盤柜名稱而定義。

部件碼為二段4 個字符，第一段用2 個大寫的英文字符表示同一設備分類下的不同部件類別（如“閥門”設備分類下的不同部件有“蝶閥”和“電磁閥”）。第二段用2 個阿拉伯數字表示同類部件的次序編號。

信號碼為二段4 個字符，第一段用2 個大寫的英文字符表示信號類別，可分類為：模擬量輸入（AI）、模擬量輸出（AO）、開關量輸入（DI）等。第二段用2個阿拉伯字符表示信號狀態(tài)，如用“01”表示打開、分閘，用“02”表示關閉、合閘等。

為了使信號編碼易于視覺上的辨認，全廠單元碼、系統(tǒng)碼、設備碼、部件碼以及盤柜碼之間使用點號作為分隔符，盤柜碼、部件碼以及信號碼之間使用下劃線作為分隔符。

3 水電站應用

目前該編碼方法已在湖北某大型水電站中得到運用，且應用效果良好。以該水電站為例，全廠單元碼可分為五類：發(fā)變組（GTU）、開關站及出線場（SWY）、廠用電（PPS）、公用系統(tǒng)（PUS）、泄洪系統(tǒng)（FDS）。

其中發(fā)變組單元包含的系統(tǒng)碼為：快速門(MEB)、技 術 供 水(PAB)、水 輪 機(MEA)、機 組LCU(CJA)、調 速 器(MEY)、發(fā) 電 機(MKA)、勵 磁 系統(tǒng)(MKC)、發(fā)變組出口設備(BAA)、發(fā)變組保護系統(tǒng)(CHA)、機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(CFB)、主變(BAT)。開關站及出線場單元包含的系統(tǒng)碼為：串設備（ACA）、母線（ACB）、線路保護(ARA)、進線保護(ARJ)、斷路器保護(ARB)、母線保護(ARC)、安全自動裝置（ARD）。廠用電單元包含的系統(tǒng)碼為：10 千伏系統(tǒng)(BBB)、35千伏系統(tǒng)(BBA)、400 伏及廠用直流(BFA)、柴油發(fā)電機（XJA）。公用系統(tǒng)包含的系統(tǒng)碼為：排水系統(tǒng)（GMA）、油水風系統(tǒng)(QEA)。泄洪系統(tǒng)包含的系統(tǒng)碼為：深孔（LPD）、排砂孔（LPE）、排漂孔（LPF）、沖砂閘（LPG）。設備碼依據各個系統(tǒng)所包含的具體設備而定，盤柜碼依據盤柜名稱而定，部件碼依據具體設備部件的名稱和編號而定。信號碼的代碼及其含義見表1。

表1 某大型水電站信號碼含義

以該電站中某個蝶閥開啟的信號為例，基于KKS 的信號改進編碼為GTU01.PAB10.AA001.PWV_DF13_DI01。其中GTU01 表示1 號機組發(fā)變組；PAB10 表示技術供水系統(tǒng)下的供水總管子系統(tǒng)；AA001 表示一個閥門設備；PWF 表示該信號的盤柜編號；DF13 表示13 號蝶閥；DI01 表示一個開啟的開關量。根據以上信號編碼信息，運維人員能快速準確的識別該信號來源的盤柜、產生信號的具體部件。

在監(jiān)控系統(tǒng)中對某些重點盤柜碼、部件碼進行報警級別的設置，可以提高監(jiān)屏、維護、分析診斷的效率。在機組的季度診斷分析報告中往往需要統(tǒng)計各設備部件的故障次數。運用改進的信號編碼，可對歷史報警信號中的部件碼進行篩選，直接得到次數統(tǒng)計。若按照傳統(tǒng)的KKS 信號編碼規(guī)則，只能按照設備碼篩選，還需要進一步人工判斷才能得到具體部件的報警次數統(tǒng)計。例如統(tǒng)計技術供水系統(tǒng)中電動閥的故障次數，按照KKS 編碼規(guī)則的設備碼只能細分到“閥門”，無法進一步區(qū)分“蝶閥”還是“電動閥”。運用改進后的信號編碼方法，則在數據庫中對系統(tǒng)碼、部件碼、信號碼分別依據“技術供水系統(tǒng)”、“電動閥”、“報警”篩選，即可達到目的，從而提高分析診斷的效率。

基于該套編碼也能實現監(jiān)控系統(tǒng)的智能報警。例如在監(jiān)控系統(tǒng)中的報警列表旁顯示電廠設備結構的樹形圖。當某個測點信號報警時，依據測點編碼所屬的系統(tǒng)、設備以及盤柜，在其對應的樹形結構圖中的節(jié)點進行閃爍示警，更利于電廠運行人員準確識別信號，不會遺漏報警信號。

4 結語

KKS 編碼具有層次結構分明，適用性廣泛、編制程序規(guī)范等特點。在大型水電站中，如何使用信號編碼表達復雜多樣的設備狀態(tài)信息成為監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵。本文以電廠標識系統(tǒng)為結構基礎，新增了兩級大型水電站中運維人員關注的盤柜碼和部件碼。在保證編碼設計與KKS 碼具有一致性規(guī)范性同時，擴展了其信號表達的內涵，使得信號與設備、系統(tǒng)、全廠之間的關系更為清晰直觀。應用結果表明，該種大型水電站信號編碼方法能夠滿足運維人員的需求，運用效果良好。