水电厂生产实时系统建设实践

曾鹏飞

摘 要：为了进一步提高水电厂的生产管理水平，建立了包含水电特有生产业务的实时系统。该系统的建设实现了对所有生产数据的及时、准确掌握和综合运用分析，该系统的建设实践也为水电厂的智能化发展提供了指导和探索方向。

关键词：水电厂；生产管理；实时系统；数据采集

中图分类号：TM621.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.014

1 概述

2008年，我公司提出了建设枫树坝水电厂生产实时系统的设想，由于当时最主要的生产业务监控系统中已有1套WEB服务器可提供基本的查询功能，所以，该项目没有立即启动。随着电厂自动化水平的不断提高，逐渐增加了机组在线监测、主变色谱分析和调度计划曲线等系统，加之已有的监控系统、水情防汛系统、大坝自动化监测系统和电能计量系统等也在不断更新、完善，技术管理人员需要经常到厂区生产现场查询、抄录和分析数据。因此，需要建立统一的生产实时系统，形成实时数据采集、储存、处理和展现的有机平台，以方便更多的技术和管理人员分析和决策。

2013年，生产实时系统的建设正式启动，经过一年的软、硬件调试，目前，已具备应用功能并实践运行半年多。本文主要结合项目建设的实际情况，对系统建设过程中的难点、系统功能应用亮点等方面进行了阐述和探讨。

2 建设过程中的难点

目前，由于国内还没有先进、成熟的项目案例，各水电厂对生产实时系统的建设、智能化水电厂的建设等均处于摸索实践阶段，已建成的少数水电厂的生产实时系统也仅处于数据汇合阶段，没有二次开发。本项目中的生产实时系统建设无论从硬件的选择、布置，还是从软件的设计开发，都是电厂与系统软件公司共同逐步、逐项探讨和实践的结果，在建设、实施的过程中，双方技术人员投入了大量的时间和精力。

枫树坝水电厂生产实时系统涵盖了厂内监控、水情、大坝、

电量、振摆、色谱和调度曲线等。这些系统中有的服务器属于生产控制Ⅰ区，有的属于生产非控制Ⅱ区、管理信息Ⅲ区，有的与生产实时服务器同处于厂区现场，有的系统服务器在市区以外。

硬件的位置和数据业务安全防护需要综合考虑。各系统数据通信接口的规格并不一致，有的系统采用IEC61850通信协议，有的采用串口Modbus通信协议。在软件功能的设计开发中，避免功能与原独立系统重复、数据的互相调用等也需要精细设计和考虑。

3 现场的硬件结构

按照电力系统二次安全防护原则，生产实时系统在Ⅰ区和Ⅱ区分别布置了1台数据业务接口机和1台正向隔离装置，在Ⅲ区布置了1台主服务器和防火墙，所有业务系统数据最终在Ⅲ区服务器汇总并展示。实时系统的整体设备结构拓扑如图1所示。

4 系统功能的应用亮点

水电生产实时系统的核心为消除企业内部的信息孤岛，最终建立厂级乃至集团流域统一的生产实时系统和历史数据平台，并在此基础上建立一系列的综合应用功能，比如生产过程监视、参数报警、机组状态监视、性能计算、电量管理和生产报表等，从而使企业各级管理人员及时、全面地了解企业的生产状况，增强企业的应变能力。下面结合实际，详细说明电厂生产实时系统建设、开发和应用中突出的亮点功能。

4.1 过程监视和趋势分析

该系统提供了与所有原独立业务系统一致、同步的实时画面和参数变化，真正实现了过程监控从控制室到桌面的延伸，可使管理人员不在现场、不依赖生产人员，便可以了解整个生产和运行的情况，从而完成设备运行数据的收集和分析。

在分析数据时可自定义趋势，测点和时间段可任意组合、比对并作趋势分析。此外，趋势过程也可以图形的方式再现过去某一时刻的运行状况，使生产和事故分析过程更加直观、有效，彻底改变了以往只能通过查看历史趋势和参数进行事故分析的方式，提高了事故分析能力和反应速度。

4.2 告警预警实践

原各独立系统只有单一的测点越限告警等功能，生产实时系统建立后，可将所有生产数据测点作为判断条件进行综合逻辑告警和趋势预警。比如，机组轴承温度逐步升高趋势预警、库区来水突然增大趋势预警和机组负荷偏离调度曲线预警等。在满足预警条件时，实时系统将提供实时预警显示和预警记录查询，还可设置关键预警事件发生时以短信的形式发送至相关人员的功能。预警信息可提前预判现场设备的趋势变化，将以往人工经验判断转为了系统自动判断，便于提前发现设备缺陷和安全隐患，从而保障生产设备的稳定运行。

4.3 优化调度探索

水是水电厂发电生产的根本，在无法准确预判、掌握气候、天气等因素的情况下，统计、分析库区来水情况、机组发电耗水和最优工况出力等的优化调度，即为水电厂提高生产经营管理水平的关键。在生产实时系统建设探索的过程中，加入了水情数据与电量数据日、月、年重要指标数据的同期对比，增加了机组实际负荷曲线、电压曲线与调度计划曲线的监测比对，通过效率性能计算设计了不同水头下的最优出力和最优耗水率比对曲线。具体如图2所示。

应用该系统后，对发电计划申请和运行人员调控具有相当大的实际操作指导意义。2014年底，经统计，实际全年机组发电耗水率达到近10年来的最高水平，该项系统功能在今后将体现更大的作用和价值。

4.4 综合性报表的开发

在保留各系统原有统计报表的基础上，增加了许多与以往靠人工统计、计算和分析等不同的综合性统计报表，比如技术监督类统计报表、设备可靠性分析类报表和并网辅助考核类报表等。报表按照原有人工统计模版设计，可以在办公局域网浏览，也可保存为电子格式或直接打印。通过查看报表，可一目了然地对数据进行判断和总结，整个报表的设计开发体现了对数据的综合利用和深度挖掘。

5 存在的问题和不足

该系统中存在的问题和不足主要有以下2方面：①生产实时系统与原各独立系统连接，存在数据采集不同步的问题，这对数据分析有一定影响。因此，需要在生产实时系统中增加实时设备，方便数据采集时增加时标，以更加精确地应用、比较和分析不同系统在同一时段的生产数据。②由于各独立系统已有监视控制等界面和功能，生产实时系统在应用功能的二次开发中，需进一步利用数据，不能只采集和汇总数据，也不能简单地重复原独立系统的功能，并在数据的综合应用上进一步开发新功能。

6 结束语

该系统经过近半年的运行，减少了以往的人工统计和经验判断。生产实时系统在远方实时画面监视、机组运行日志分析、优化调度出力和技术监督报表统计等方面发挥着越来越大的作用，明显提高了企业的管理水平。目前，该系统的功能应用还处于进一步探索和改进阶段。

〔编辑：张思楠〕