水布垭电厂控制系统智能化建设

瞿森森，张 念，邢 丹

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000)

水布垭电厂地处湖北省巴东县境内，主体工程由大坝、发电厂房、左岸溢洪道和右岸放空洞等组成。大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高233 m，为目前世界同类坝型之最。电站为引水式地下厂房，安装4台46万kW水轮发电机组，总装机184万kW，设计年发电39.84亿kW·h，是清江干流上最大的梯级电站，电站调节性能好，在系统中承担调峰任务，是湖北省乃至华中电网不可多得的多年调节电站，是华中电网骨干调峰调频电站。

水布垭水库正常蓄水位400 m，总库容45.8亿m3，预留防洪库容5亿m3，和下游隔河岩水库预留防洪库容联合调度，可大大提高荆江河段的防洪标准。水布垭电厂与下游清江梯级电厂联合运行，可增加隔河岩、高坝洲发电量2.4亿kW·h；与三峡、葛洲坝电站联合调度，相互补偿运行，经济效益显著。

1 目前控制系统存在的弊端

水布垭电厂主要设备为2007年投入运行，投运初期受制国内水电系统智能化程度还不够，厂内设备的自动化运行控制还比较粗放。控制系统只能完成基本控制功能，对设备的运行状况无法预判，对设备运行次数无法自动统计，很多基础数据的统计依赖于人工的抄表、记录、计算。设备正常动作、设备异常动作情况高度依赖于值班人员的工作经验、技术水平以及工作责任心。由于水布垭水电站在电网中的重要作用及水能利用特点所决定，机组每天开停机频繁，经常处于热备用状态，每天增减负荷多次，机组频繁穿越振动区。这就要求机组能在多种工况、宽广的负荷变化范围内稳定运行，最大限度地满足电网调度要求。设备的安全可靠是这一切的前提。目前的控制系统已经不能够满足日益严格的控制要求了。具体体现在这几个方面：

1)报文繁多，尤其是多台机组同时启停时，简报窗口各种报警信息刷屏，不利于工作人员及时发现异常告警并作出响应；

2)系统各节点功能定义不明确，且人机界面执行响应迟钝，系统资源占用率较高，当大量简报刷屏时，系统易发生卡顿导致漏报文事件，严重影响着电厂安全可靠运行；

3)系统无自身资源可视化监视画面，无法监视自身业务进程执行情况，当系统负载太高时无主动告警，无法提请运维人员及时干越；

4)系统统计报表功能不完善，设备运行情况，统计分析报告依赖工作人员手动查询抄录后人工计算分析；

5)系统缺少趋势分析功能，不能把握设备运行状况，设备检修计划较为粗放。

2 智能化建设的目的

本项目旨在大数据的理念下完成电厂控制系统的智能化建设。依托先进的算法、先进的系统架构、借助可靠的传感器及自动化执行元器件实现水电厂设备的智能化监视、控制，为生产决策提供数据支撑，进一步完善水电厂“无人值班，少人值守”的理念。推动设备检修方式由“计划检修”走向“状态检修”。

3 控制系统智能化的主要实现方式

针对目前系统存在的主要问题，提出了一些智能化的实现方向，具体如下。

1)分布式数据库、系统层面的功能分区。目前电厂监控系统采用分布式数据库，数据库软件运行在系统各节点上，一套数据库全部节点通用，通过系统层面的功能分区实现实时数据采集、历史数据存储、设备趋势分析功能分布在不同节点上，避免了单一设备故障导致整个系统不可用。同时因功能的分散，各工作节点的负载率较低，系统流畅度很高。实现了全图形显示响应时间不大于1 s；在已显示的画面上实时数据刷新时间从数据库刷新后算起响应时间不大于1 s；操作员发出执行命令到控制单元回答显示的响应时间不超过1 s；报警或事件产生到画面字符显示和发出音响的响应时间不超过1 s。在任何工况下，服务器CPU负载率不超过50%[1]。

2)采用Java设计通用友好的人机界面、实现人机界面跨系统平台通用。按照通用、个性化的要求，设计人机界面框架，各功能应用通过组件方式集成，从而保证不同用户的个性化定制。界面风格和功能菜单都可以自由定制，不同的用户使用各自的自定义界面。

画面提供数据显示、字符串变化、动态颜色、动态闪烁、动态大小、动态位移、动态物体、动画、动态旋转等丰富的展示手段及功能。

3)智能报警，能智能统计分析设备运行规律，将规律用于前端告警，实现“异常动作时告警，正常动作时静默”。结合简报自定义过滤功能，可避免前台大量信息刷屏。前期由人工录入相关设备的启动时间、运行间隔，当设备动作情况在设定的区间范围以内时，前端告警窗口对运行信号不告警，后台正常记录动作情况便于统计分析。当设备动作间隔变短或者变长、单次运行时间过短或者过长，则前台发相应的告警信号，提醒运维人员做出响应。当后期积累到一定量的数据后通过自身统计设备运行规律，提醒运维人员修改设备运行情况[2]。

4)高度自定义报表功能，用户只需做好报表模板便可一键生成相关设备统计报表，节省人力。

以往运维人员需要查询抄录大量的数据，并将这些数据手工录入成电子表格后再按需要做成各类报表。实施过程中存在分辨率设置不合理导致数据精度不够、数据密度大导致人眼查看时错行或错列、数据量大导致数据录入耗时。本项目中，用户可以先借助excel或者wps等表格工具完成报告、报表模板的设计工作，在监控系统中通过动态链接将数据源链接至报表后即可实现一键查询生成报表。操作便捷无错误，人员可将更多精力投入数据分析中去，创造更多价值。

5)系统资源管控的智能化、图形化。以直观的图形界面显示当前设备的负载率、业务进程的执行情况。可一键生成资源的自诊断报告，便于运维人员分析。

因工控系统多采用LINUX及UNIX操作系统，系统管理及进程监视多采用命令行方式， 而运行值守人员对LINUX及UNIX操作系统不熟悉，这就造成了人员对系统资源占用及业务进程的运行情况不能准确的把控。本项目通过界面监视和管理后台进程及系统资源。主要功能包括：①节点资源信息监视和预警；②节点系统进程信息的监视；③应用进程信息的监视；④数据库重载和进程启停；⑤节点异常报警和生自诊断报告；⑥平台一键生成诊断功能；⑦应用进程列表配置。

6)基于104规约的二次开发，实现与上级调度的自动对点功能。厂站层与集控层通讯点有近万个，以往均为人工对点。因设备不能完全停运，对点过程中不时有设备动作信号，两边对点人员要多次确认信号名称。而且因为信号数量多，中间如果出现一个错漏就会导致整个对点工作失败需要重新开始，极为不便。在本次智能化工作中，通过对104通讯程序的二次开发，实现了一键将本地通讯点表传送至集控侧。

7)趋势分析功能，能智能分析设备运行状态，给出设备检修建议，为生产决策提供数据支撑。以往由于监控系统主要负责电厂设备的安全实时监控，并不具备完善的生产数据分析和预测功能，无法及时发现设备异常状况或潜在危险，不能真正做到对重大危险源的可控与在控。本项目出于生产中对水电站运行监视与事故分析的实际需要，采取对这些生产数据进行整合、挖掘和综合的分析。从而方便、快捷、有效的把握设备运行状况，提高设备维修水平，促进安全生产，提高设备管理工作，为优化检修方式、降低维修费用提供了准确可靠的数据[3]。

8)数据转发功能。因电厂内部小控制系统较多，采用的控制器及PLC种类及厂家也很多。各厂家设备之间因通讯协议及规约不同，设备之间直接互取数据难度较大。本项目利用各设备均与监控系统上位机有通讯，数据在上位机转码后再转发至其余系统，大大的简化了现场控制系统的通讯程序，程序运行变得更加紧凑高效。同时因数据通过上位机转发，现场也省去了很多通讯转换模件，降低了系统成本也提高了小系统间彼此通讯的可靠性。

4 结 语

目前完成智能建设的监控系统运行较为高效，改善了电厂上网电能质量，2年来在华中电网并网运行考核和辅助服务补偿结算均为正收益。但是受制于基础数据的不足，以及现场智能化监测探头配置不足，趋势分析功能对设备运行状况判断还不够准确。往后厂内将分步实施逐步完善控制现场智能化元器件的加装及改造替换。