基于B/S架构的大型水力发电设备振动摆度远程实时监测系统

刘立伟，白 洁，司冬雨

(1.哈动国家水力发电设备工程技术研究中心有限公司，哈尔滨 150040;2黑龙江省农垦科学院，哈尔滨 150040)

大型电力设备是电力系统中的重要设备能否安全运行决定了电网是否能可靠运行，2009年俄罗斯萨扬－舒申克水电站机毁人亡的事故更是提醒人们发电设备的安全可靠运行已成为电力系统的头等大事［1］。为了防止机组安全事故的发生，国内电厂大多采取计划检修的策略，这样容易出现“维修不足”与“维修过剩”的情况，前者使设备容易损坏，后者会增加不必要的维修费用［2］。目前，状态检修已成为国内外研究的热点，它主要通过状态监测，及早发现设备存在的隐患和缺陷，有目的进行设备维修保养，然而状态检修需要依托各方面的知识，电厂专家必须能够与制造厂家、科研院所等部门协作，充分利用异质资源，实现远程协同故障会诊，因此，构建发电设备远程状态监测便显得尤为重要［3］。本文构建了基于浏览器/服务器(B/S)结构的大型水力发电设备振动摆度远程实时监测系统，用户注册成功后，通过浏览器便可获得权限允许范围内的运行机组振动摆度方面的信息，其中关键参数通过与建立的标准健康样本进行比对，能够给予用户直观的预警提示。本系统界面友好，生动直观。同时，为各方面用户提供了机组实时运行信息，大大降低了电厂及设备制造厂的维护成本，提高了机组诊断工作的效率。

1 系统的架构组成

该系统依托三峡电站机组为试验工程，通过电力数字专线和 VPN(Virtual Private Network)［4］将电站机组运行信号引入到本地服务器。为更好地复用数据，对数据进行了二次编码处理。本地服务器按功能分类分为数据存储服务器，Web应用程序服务器及专家知识库服务器，三者分别用于存储远程传输的实时数据，程序代码及评测机组性能的健康样本。系统采用B/S架构，方便诊断专家远程监测并分析发电设备的状态。只要有网络连接的地方，专家通过浏览器登陆本系统便可观测到机组的运行情况，这样分析监测系统便不再受地域空间的限制;同时系统的开发、维护与升级只需在本地服务器端进行，而客户端只需要安装浏览器即可，降低了客户端对电脑硬件配置的要求同时解除了操作系统的限制［5］。机组振动摆度远程监测系统结构如图1所示。

图1 机组振动摆度远程监测系统结构图Fig.1 Unit vibration swing remote monitoring system structure diagram

2 系统功能实现

基于B/S架构的大型水力发电设备振动摆度远程实时检测系统由JAVA和LabVIEW两个编程工具协同完成。JAVA用来搭建系统的框架，Lab-VIEW负责实时数据的处理工作，包括时域波形展示及相应频谱分析等。

2.1LabVIEW与JAVA间的通讯

LabVIEW是一种优秀的面向对象的图形化编程语言，使用图标代替文本代码创建应用程序，拥有大量与其他应用程序通信的VI库［6］。本系统以Webserver为桥梁，实现LabVIEW与JAVA间的数据交换，Webserver支持多种通讯协议且具有无与伦比的兼容性，可以实现跨平台及不同编程语言间的通讯。JAVA将数据发布在Webserver，LabVIEW通过读取Webserver发布时的WSDL地址获取服务地址及请求参数，经过SOAP协议绑定服务后，Lab-VIEW可以直接访问Webserver的相关数据并做相应的处理。

2.2 客户端与LabVIEW间的调取

本系统利用TCP/IP，实现远程客户端对本地服务器LabVIEW相关机组具体部件的实时波形调取功能。远程客户端向服务器发出请求，应用服务器中的LabVIEW程序针对请求作出相应反应。这里以发电机上机架振动信号为例进行说明，其中主VI接收客户端机组信号并调取子VI，子VI读取Webserver封装后数据并进行后期处理，包括频谱分析及波形特征提取等，主程序流程及程序框图如图2、图3所示。

图2 TCP/IP通讯流程图Fig.2 Flow chart of TCP/IP communication

主VI采用生产者消费者架构。生产者循环与消费者循环可以并行执行且互不影响，两者通过队列的方式传递数据，而主VI和子VI则通过接口相连。

LabVIEW执行程序是以数据流的形式，为避免主VI接收信号时出现死循环，这里通过延时和使用全局变量的方法来控制子VI运行。

2.3 机组性能状态评定

机组性能状态评定是提取反映机组性能的特征参数(如机组某部件振动峰峰值)，将其与用于评判机组性能的健康样本进行比对，通过比对将机组的性能状态划分为健康、警示和报警三种状态，并分别以绿、橙及红的警示灯显示。健康样本的建立必须遵守国际与国家标准(IEC、IEEE、GB)、行业标准，结合与电厂用户签订的合同内容要求，同时它也需要相关学科专家共同建立、修改、完善、审定。健康样本不但可以对性能参数直接进行分析，将参数带入逻辑运算中，还可以对故障进行诊断，同时也是各方面专家知识的高度融合。

图3 以“上机架”为例的主VI程序框图Fig.3 Main VI program block diagram with“upper frame”as an example

2.4 系统安全机制认证

通过前台注册后台认证的方法以及防火墙的使用保证了系统数据的安全性并对不同用户提供不同的权限。一般权限用户只能观察远程机组的运行情况，权限高的可以对数据进行管理和扩展系统功能。

3 系统应用

本系统已经基本搭建完毕，正在进行试运行阶段。客户端界面友好，操作简便，结合相应的Flash动画，显示生动直观。该系统能对机组的运行情况及提取的振动特征参量进行展示。

4 结语

本文结合互联网通讯技术，借助JAVA及Lab-VIEW编程工具搭建了基于B/S架构的大型水力发电设备振动摆度远程实时监测系统。实现了机组运行数据的远程传输及二次复用，能够对机组的运行状况进行监测。而且本系统界面友好，交互灵活，安全性高，有利于减少电站维护设备的成本及提高工作效率。

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