智能化水电站计算机监控系统的功能设想与探讨

旷 熊，彭兴东，张皓月，周小建，苏 蕾，张军威

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都610051）

0 引言

2003年在电力系统领域美国和欧洲先后提出“智能电网”的概念。中国国家电网公司在2009年6月提出“建设统一坚强电网”概念，在2009年11月提出了“统一坚强智能电网关键设备（系统）研制规划”，随后国家电网公司逐步建设并投运了众多智能变电站，为“智能电网”的建设和发展奠定了一些基础[1]。“智能水电站”相关概念也随之提出，而后水电站设计研究单位、水电站计算机监控系统研制单位、水电站运行及管理单位也在大力开展水电站智能化的研究与试点。我国包括二滩水电站在内的部分电站也已实现“无人值班、少人值守”等重大管理突破，水电站计算机监控系统技术近年来的快速发展与革新在其中起着至关重要的作用。但目前在水电站运行工作中设备监视、报警处置、报表统计等众多工作仍需花费大量人力、物力资源来实现。本文将基于现有水电站计算机监控系统的结构和功能特点，对水电站如何实现智能化进行一些功能的设想与探讨。

1 当前水电站计算机监控系统简介

当前大中型水电站基本上都严格按照“无人值班、少人值守”原则进行计算机监控系统的设计。计算机监控系统按照分层分布式网络结构设计，实现了大量的设备运行数据采集，进而实现了对水电站全方位的集中监视与控制。

水电站计算机监控系统在设备层次上一般分为现地控制单元层、厂站控制层、厂站信息层和信息发布层4层；网络上分为电站控制网、电站信息网和信息发布网3层，即整个系统釆用“3网4层”的全冗余分层分布开放系统总体结构[2]，如图1所示。

图1 水电站分层分布式网络结构图

水电站计算机监控系统厂站控制层中的操作员工作站在运行日常设备监视与控制中起着重要作用，为遥信、遥测提供直观的信息和数据显示，为遥控、遥调信息的下发与执行提供操作窗口，同时监控系统应包含的SOE、事故追忆、数据查询等功能也可以在操作员工作站上便捷的实现。

虽然目前水电站计算机监控系统已经实现“四遥”（遥信、遥测、遥控、遥调），甚至还实现了包括“遥视”在内“五遥”功能。其中“遥信”、“遥测”包含的信息与数据均是经过基本的A/D或D/A转换后在相关设备监视画面直接显示。运行人员为了深度掌握各类设备的运行状态，除了通过监控系统报警信息以外，一般还需要通过查看翻阅大量监控画面，以及对比、分析、计算各类运行参数等方式后才能获取与知晓。然而水电站运行人员对现场设备运行状态的掌握程度有着极高的要求，深度掌握设备运行状态对于设备运行方式及时调整、设备故障快速处置等工作有着极大的帮助。当前水电站计算机监控系统实现的监视控制功能还不能完全地提供设备深度运行状态等信息，这些限制阻碍了智能化水电站的建设与发展。

2 水电站计算机监控系统优化和功能设想

当前水电站计算机监控系统基本上都实现了大量的数据采集功能，将这些数据通过计算机进一步地深度计算与分析将为水电站运行工作提供极大便利。大数据的计算与分析技术近些年迅速发展，将其运用于智能水电站的建设是后续水电行业发展的必然趋势。

2.1 信号报警机制优化

大容量水电站计算机监控系统数据信号量大，准确高效的信号报警机制，可以提高监控系统的有效性，还可以很大程度的减轻运行人员监视工作的强度。模拟量数值或变化幅度超过其报警阈值范围，开关量的常态和非常态转变均会开出相关报警信号。

模拟量数值变化的连续性，可以更为直观的表现运行设备的控制状态和健康水平，优化模拟量信号报警信息对设备状态的深度掌握有着重要意义。例如：为母线电压、机组和主变冷却水流量、调速器系统压力等重要模拟量信号设置多级报警信号，当数值接近正常范围上限或者下限时，进行预报警，能帮助运行人员提早发现设备可能存在的异常。

报警信息与现地设备之间还包含着一定的逻辑制约关系。例如：对于模拟量和开关量同时存在的“机组和主变冷却水流量”，当机组或主变停运时，设备不再需要强迫冷却，其冷却水流量可能变为0，此时的报警信息已没有实际意义，因此可不产生该模拟量和开关量的报警信息[3]。将各类信号进行归纳整理，形成报警信号闭锁制约关系数据库，过滤删除无意义的报警信息，可提高报警信息的有效性。

2.2 设备定值优化

设备模拟量定值在有“预报警”功能的情况下，可能仍然不能更加准确地反映设备运行的健康水平，对其报警定值进行更深层次的优化设定，更利于设备“在线监测与诊断”。

例如：发电机定子绕组温度直接表征着发电机的运行健康水平，发电机定子绕组温度又与发电机负荷、环境温度有着直接联系，通过计算机对三者的历史数据进行分析、对比、处理，计算出发电机定子绕组温度与发电机负荷、环境温度之间的制动关系，动态设定发电机定子绕组温度报警和跳闸定值，实现发电机的动态在线监视。发电机转子绕组温度、变压器绕组温度等定值均可按照此方法分析和计算后设定。

2.3 增设故障判别与定位功能

水电站电气设备故障均有瞬发性和故障报警信息大量性的特点，电力系统的安全稳定运行要求在事故处置时应迅速、准确。上述特点和要求在事故处置时会对运行人员造成干扰，影响运行人员的正确判断与决策。计算机监控系统增设电气设备常见典型故障判别与定位功能可有效帮助运行人员及时、准确处置故障。

例如：通过综合分析多个电压互感器、电流互感器在一次设备故障时的特征分量，监控系统根据预先设定的故障判断算法智能判断，快速定位故障位置，并给出相关定位信息，同时，电站工业电视监控系统自动切换至相关设备监视画面，运行人员便可在在第一时间掌握设备故障情况，进而准确快速处置故障。

2.4 增设故障处置建议系统

设备报警或故障时，监控系统根据报警或故障信息，提供可能引起该报警或故障的原因信息，并提供相关检查与处置建议，运行人员可直接根据提示信息快速查找并处置故障。

2.5 人机界面优化

监控系统人机界面是运行人员获取设备运行信息的最基本的途径之一，其人机界面是否友好，对设备信息获取的快慢有着直接的影响。

监控画面自定义自动滚屏，监控事件信号分类、分颜色、分屏、分窗口同时显示，不同机组同类型设备信号对比显示，设备定值悬浮显示，设备模拟量历史数据曲线图快速查询与导出，历史事件快速查询与导出等更加友好的人机界面将为运行工作更高效开展提供便利。

2.6 优化报表功能

当前水电站计算机监控系统报表功能较为简单，完全不能满足运行监视与分析要求，智能化水电站的监控系统应能提供丰富的报表自定义查询与生成功能，能为设备长期运行的状态提供最为直接的分析数据，同时相关数据也应能快速便捷导出。

3 结语

水电站智能化建设是行业发展的必然趋势，智能化的水电站才能实现真正的“无人值班”，这需要水电站计算机监控系统在依托现有技术的基础上，运用更先进、更智能、更安全的技术和方法提升其智能化水平。本文在水电站智能化计算机监控系统应实现的一些功能上进行了浅显的设想与探讨，为水电站智能化建设提供了一些细微的参考意见。