流域梯级水电厂KKS信号标识的设计及应用

蒋承峰，丁伦军，江传宾

（中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌 443002）

随着大数据、云平台、物联网等技术发展，流域梯级水电厂建设大数据中心、数字孪生电厂是大势所趋，为便于各技术之间的数据贯通，对设备、信号进行统一编码是势在必行的。KKS是现今电力行业最具代表性及应用最广泛的设备标识体系，国家标准《水电厂标识系统编码导则》（GB/T 35707-2017）在KKS编码基础上提出KKS信号标识并说明了相关规则，但是并不能很好的满足实际需求。本文在已有信号标识结构基础上提出一种优化后的信号标识结构，并就相关应用作简要阐述。

1 KKS信号标识设计

1.1 KKS信号标识结构

从 KKS 编码体系的组成和逻辑结构可以看出，它适合作为基础编码供计算机处理，具有标识统一合理，结构层次分明，非基于语言和可扩充的特点，有足够的容量和细节标识所有设备。设备是信号的载体，因此KKS信号标识结构是以工艺相关标识为载体并对其结构进行扩展应用。

对比图1和图2中KKS信号标识结构，优化后的KKS信号标识共分为5级，其中2级、3级、4级编码结构与KKS工艺相关标识结构一致，主要优化在于：

（1）增加了厂级码P，由两位数字组成，厂级码P可用于标识流域梯级电站所辖厂站，包括电厂和集控中心。

（2）为了保持编码结构和长度统一，便于标识识别，全厂码G取值为两位数字或两位字母，用于标识厂站中的不同机组或公用系统。

（3）对于系统故障、系统启停、系统运行模式等信号，因无法用具体实际设备与之对应，同时为了保持编码结构及长度统一，因此在4级设备码中用两种虚拟设备编码作为此类信号的载体，一种是间接测量设备编码，另一种是状态与控制信号编码，编码起始字符分别为字母D和字母E，并补充完善了编码取值。

（4）在实际需求中需从信号标识中识别出信号传送路径，便于信号追踪和故障查找，因此在5级信号码中增加B1B2B3B4B5字段用于标识信号的中转地，且B1B2B3B4B5取值沿用系统码（F1F2F3Fn）取值，减少额外人为定义避免识别困难，如果现地传感器信号直接由监控系统采集未经任何信号中转地中转，此时采用缺省值，保证编码结构和长度统一。

图1 信号标识格式（GB/T 35707-2017）

图2 优化后信号标识结构

5级信号码中增加B6字段用于标识信号的目的地，取值为一位字母。对于水电厂而言，现地设备上送信号目的地一般为监控系统、保护系统（厂站层）、在线监测系统（厂站层）。

5级信号码中补充信号类型字段B7B8B9取值，增加了通信信号类型。

5级信号码中增加B10字段用于标识信号数量，用以区分设备往外传递的多路信号。

5级信号码中BN为信号的状态，由1～5位大写的英文字母构成，根据需求自行定义。

1.2 KKS信号标识说明

KKS信号标识范围包括水电厂机械、电气设备的信号，可根据管理需求确定所需编码的系统及设备。KKS信号编码要求如下：

（1）从KKS信号标识结构可以看出，产生信号源的设备必须编码至4级设备码，例如现地传感器、电动阀门、空气开关、接触器等均归属设备层级编码；无实际设备对应的信号其4级设备码可以采用虚拟设备编码。

（2）对于单一设备，信号可以是由设备本身产生（可称为上送信号）也可以来自外部控制系统（可称为下发信号），因而会导致一个设备存在上送信号和下发信号的信号源、信号目的地均不同，后期在对设备信号进行分析时数据抓取不易。因此为了解决上述问题，要求：上送信号编码中“信号源”码段（1-4级编码）采用信号源的设备编码，“信号目的地”码段（B6）采用信号终点所属系统的编码；下发信号编码中“信号源”码段（1-4级编码）采用信号终点的设备编码，“信号目的地”码段（B6）采用信号源所属系统的编码。

（3）信号编码原则上只有一个信号中转地。信号中转地（B1B2B3B4B5）确认原则如下：上送信号的信号中转地是指与产生信号设备的逻辑位置最近的系统，下发信号的信号中转地是指与接收信号设备的逻辑位置最近的系统。

（4）信号类型（B7B8B9）是由信号属性（数字量、模拟量、温度量等）和信号目的地（B6）决定。

（5）信号数量（B10）是由信号目的地（B6）决定。

2 KKS信号标识应用

国内从20世纪90年代开始逐步在电厂中进行KKS编码体系建设，到目前已有不少电厂建成该体系，并将KKS编码成功应用于设备全生命周期管理。

而对于KKS信号标识的应用，还未深度开发，目前该KKS信号标识体系正在三峡集团内多个水电厂积极推进建设，笔者认为可以从以下几个方面进行应用：

（1）将KKS信号标识作为控制系统程序中的变量名使用，可以清晰地表明变量与主设备之间的关系，使监控程序更具有可读性。

（2）建设电厂物联网。伴随着科技的进步，无线传感器网络已逐步被实际应用于工业自动化控制当中。对于应用KKS编码体系的水电厂，无线传感器可将KKS编码作为自身设备ID，以KKS信号标识作为信号ID，既使得信号编码唯一便于程序应用，也使得相对于采用其他信号编码体系，可让设备编码与信号编码体系相结合，增加程序可读性；同时也是一个编码体系的多种应用，也是信息化与工业化深度融合的体现。

（3）随着智能机器人巡检、图形识别技术发展，利用智能机器人现场识别KKS编码定位设备及运行显示数据，并与通过KKS信号标识获取的监控系统实时数据进行对比，快速判别误差或故障。

（4）利用设备KKS编码和KKS信号标识实现监控系统与图像监控联动。当监控系统中出现某设备信号异常或故障，以KKS信号标识为索引确认故障设备，与现场摄像头联动定位故障设备，可快速便捷查看现场设备实际状况。对于火灾信号报警、水淹厂房信号报警等重要信号报警的处理，快速确认现场情况既是下达正确处理对策的前提，也是快速响应减少损失的保障，具有重大意义。

（5）建设集团或公司大数据中心，标准统一的数据更具备可读性及分析价值。大数据中心要求数据标准统一，使用KKS信号标识规范各电厂上送数据格式，便于大数据中心集中处理和数据展示；消除数据孤岛，大数据中心可以便捷对比不同电厂同一设备运行参数，研究设备运行规律，为设备运维管理提供科学依据；专家知识库不再局限于单一电厂，在大数据中心平台集中专家力量，提供更好更优的决策。

（6）建设数字孪生电厂。数据是驱动数字孪生系统运行的根本。孪生数据是数字孪生的核心驱动力，为虚拟实体与物理实体融合提供准确全面的信息源[7]。在近期数字孪生研究提出的数字孪生五维（物理实体、虚拟实体、连接、孪生数据、连接服务）模型中，KKS信号标识可以作为孪生数据来源之一。结合KKS设备编码、KKS信号标识以及其他类型数据，建立数字孪生电厂，利用数字孪生电厂可以远程进行设备监控、培训学习、模拟设备运行或技术改造，降低风险和成本。目前，已有相关单位开发了基于数字孪生的电厂智能管控系统。基于数字孪生的电厂智能管控系统实现了对关键设备的透视化监测、故障精密远程诊断、可视化管理及员工作业精准模拟等，能够满足设备的状态监测、远程诊断、运维等的各项需求，并实现了与用户之间直观的可视化交互。

3 结语

随着工业化逐步从信息化向智能化迈进，数据的重要性日益凸显，不同电厂不同厂家的设备类型多、杂，导致数据格式多样化，对于数据利用是不利的，无法实现数据挖掘，充分发挥数据价值。本文介绍的KKS信号标识可以解决数据格式统一问题，标识结构中增加了信号流向、信号数量等内容，标识涵盖信息更丰富，满足实际生产需求，并且该标识是基于KKS编码结构的信号标识，与国际接轨，也便于对外交流和输出。本文同时提出了KKS信号标识的后续应用场景，为流域梯级水电厂建设物联网、大数据中心、数字孪生电厂等新型工程提供思路。