刍议动力设备监控系统的优化升级措施

张洪波

（中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300459）

随着我国经济的快速发展，电力行业也得到了迅速的发展，其基础设施建设水平以及信息化程度也在不断提高。在动力设备监控系统中，对其数据进行分析和处理，可以有效地提升相关工作人员对其设备运行状况以及异常状况的判断能力与处理速度。同时，由于动力数据是生产环节中最重要最关键的数据之一，如果其数据不能够得到有效的分析与处理，很容易造成工作人员对生产过程中存在的各种问题无法准确判断，从而影响相关工作人员制定有效的措施来解决这些问题。因此，在动力设备监控系统中设置了数据分析系统以及运行监测系统等多个子系统。

1 动力设备监控系统的应用现状

1.1 动力设备监控系统的规模

动力设备监控系统的总线是由动力设备运行数据采集模块和动力设备管理平台组成，是一套完整的动力设备管理应用系统。在电力企业内，根据实际需要将网络分为很多子系统，如视频监控管理系统、火灾报警控制网络体系、水处理自动化控制网络体系、安全用电监控系统。从目前应用情况来看，对电厂内所有的电力电子设备进行有效地监控是一项非常重要的工作，而通过动力设备管理平台可以实现所有电力资产（如变电站的保护、自动化控制等）运行状态的集中监控和日常维护工作。通过动力设备管理平台可以实现对所有电力设备的状态、运行状态和操作情况实施监测和控制。这一套系统主要用于电厂内电力负荷管理，是电厂安全生产、提高经济效益以及企业形象建设的重要组成部分。

1.2 应用情况及效果

动力设备监控系统是应用于动力专业的一个系统，主要是通过安装在动力机房内的一些传感器和计算机采集和处理数据，通过该系统的数据分析可以提高对设备运行状态进行监控。该项目自2021 年8 月启动，目前已经实现了全部的监控功能并发挥了良好的效果。该项目通过传感器采集各设备、设施实时参数并进行分析，从而达到对动力设备全面掌控管理目的。在此基础上，还可以提供实时数据库、实时监测、历史数据查询等功能，使得设备运行更加科学高效。该项目主要针对油田现场注水泵进行监测及控制，保证主提升泵的正常工作，实现对油田现场注水泵的状态监控以及参数分析。同时对于其他重要设施设备和动力运行情况，也可以进行实时监控与记录，并且还可以在后台系统中随时查询并记录相关参数信息。同时通过该系统还能对其他机电设备故障进行快速处理和定位，保障了油田作业现场安全生产。

2 动力设备监控系统构成

2.1 网络拓扑结构

动力设备监控系统的网络拓扑结构，主要是根据通信距离的远近、监控中心的功能、设备安装密度等因素综合考虑。在这种设计中，既要充分考虑网络性能、设备安装密度及系统维护工作量等因素，又要注意系统所处地区的气候、地理环境。根据上述原则，在动力设施监控系统中采用树形网络拓扑结构，各通信子系统之间通过以太网通信连接，由中心控制站将各子系统之间的信息传送到相应的监控节点。其中，监控节点和中心控制站分别为网络主干和枢纽节点。网络主干是整个通信网络的枢纽，主要完成网络连接和传输任务；主干节点是各子系统交换数据、发布命令、传递信息的节点，具有通信能力。系统采用树形结构时各模块间可以采用不同的数据传输方式连接起来。对于大型系统，通常具有多个监控室和多个监控点。对于监控点比较分散或数量较少时，通常采用树形结构。如集中控制站、水泵房等。同时也要注意在进行这种设计时，要注意通信方式的多样性，尽量使用统一规范和标准的通信方式来保证数据传输的可靠性，避免由于网络传输错误而导致整个系统瘫痪。

2.2 系统传输方式

动力设备监控系统通常采用无线网络技术来实现，无线网络的优势在于不需要电缆布线、不需要电力线布线。但因为受到网络带宽的限制，在监控系统数据传输过程中只能传输到很少一部分数据。另外，无线通信网络容量大、稳定性好、可靠性高及可扩展性强等优点，因此，在动力设备在线监测中使用比较广泛。通常情况下，动力设备的现场监控可通过有线网络与上位监控中心进行实时通讯。有线网络可以实现无线组网，也可以通过 GPRS 方式将动力设备的现场采集数据传输到上位监控中心。在有线方式下，所有的采集数据都通过TCP/IP 协议进行无线传输，在不考虑系统带宽及丢包率的情况下，TCP/IP 协议传输方式可以保证动力设备信息传输的实时性。无线监控系统收集现场数据后由上位机进行信息存储、分析处理后再把结果传输到地面监控中心。由于地面监控中心不具备对信息进行分析处理和控制的能力，因此，在无线通信技术上无法达到实时采集现场数据与远程控制现场参数等功能要求。

2.3 系统网络架构

动力设备监控系统是在工厂原有设备监控系统的基础上进行升级改造，对数据采集和传输方式进行了创新，实现了数据通信和自动化传输。在此基础上，构建的动力设备监控系统网络架构图如下所示：系统主站采用TCP/IP 网络协议，通过交换机将现场的数据信息汇聚到主站服务器上。主站通过TCP/IP 网络协议将采集到的数据上传到服务器，在接收到采集上来的数据后，在数据库中对该数据进行分析处理，以得到设备异常状态或故障信息并自动形成报表。通过软件客户端及Web 服务器等方式将采集过来的信息上传到监控中心，并对这些信息进行管理。通过监控中心对各现场监控终端设备进行集中控制和管理。对现场所有设备运行状态参数及工作参数进行统计分析及显示。在发生设备故障时，可以迅速地查找出原因，并能在最短时间内排除隐患。通过系统软件客户端或Web 服务器端显示出故障发生位置和故障原因。为保障设备正常运行，可以将设备故障数据下发至各个现场监控终端，对各个设备的运行情况进行查看和分析。

3 动力设备监控系统升级及优化分析和设计

3.1 动力环境监控系统优化需求分析

为实现国家电网公司关于“一强三优”战略目标，构建安全、可靠、高效的电网运行管理体系，提高电网安全运行水平。通过对电力系统设备进行实时监控，可以及时发现电力设备的异常情况并及时通知维护人员进行处理，提高供电可靠性。对所属区域内所有运行设备实现在线监控。采集分析所辖区域内各个重要节点的电压、电流数据等相关参数信息，并在本地显示；通过监控管理平台进行存储和查询处理。系统设计要求：（1）监控主机选用高性能、大容量的服务器作为系统核心处理设备；（2）监控主机采用B/S 结构和数据库服务器部署模式。

3.2 动力设备监控系统设计思路

（1）运行分析。动力设备监控系统就是为了提高对电厂工作人员的管理，将相关数据录入数据库中进行存储，方便监控人员对电厂内动力设备进行实时监控和管理。动力设备监控系统是由计算机、传感器、GPRS 无线通讯网络等组成的。电厂内安装了许多监测装置，对一些电气参数和机械性能进行监测和采集。动力设备监控系统由数据采集卡组成，采用嵌入式微处理器进行数据采集并实现各种测量参数与报警信息的存储和显示。动力设备监控系统主要用于电厂对发电机组、供配电网络和蒸汽管道等设施的实时监控管理，提高了电力企业对这些生产设施的管理水平。

（2）设备维护管理。动力设备监控系统的设备维护管理是对动力设备监控系统中的设备进行的定期维护，是保证动力设备监控系统正常运行的重要环节，只有建立起完善的动力设备监控系统，才能保证动力设备管理工作顺利完成。首先，应该做好相关数据信息收集工作，如运行参数、温度、电流、电压等数据信息；其次，是定期维护和检查，在动力设备监控时应保持其状态良好并经常进行检查。在运行中还应定期进行相关数据信息检查。最后，对设备状态进行实时监测。因为是动力设备，一旦发生故障会给生产带来很大影响，甚至会导致事故。因此，需要加强对动力设备监控系统中监测仪器仪表的实时检测功能进行监测维护；另外，还要注意对其数据信息进行实时监测维护。

（3）设备管理。动力设备监控系统设备应按照实际需要来设置，根据实际情况来选择使用。对各种类型动力设备实行统一管理，以确保动力设备状态监测系统的正常运行，为动力设备维修人员提供便利条件。对各种能源进行监测和分析。能源管理信息系统的功能设计和要求：①采用集中式数据库管理系统，能够实现在线查询和下载数据；能够对各种能源相关数据实现自动采集与存储；能够采用多种手段进行实时采集及显示；同时也可以进行报表生成和打印等。②通过对各子系统数据实时采集与显示，实现各个子系统的集中控制，并通过对各类子系统所存储信息的分析，为各级管理人员提供决策依据。③建立相应的能源监控管理系统数据库（能源数据库）等各种相关的功能模块，以便对整个能源进行全面监视及合理控制。④建立完善的能源信息管理系统数据查询方法和数据库维护系统，以便于对所有的有关能源设备（特别是主要能源设备）进行全面监测及动态分析预测。

（4）故障管理。针对目前动力设备运行状态不佳、故障点多、维护工作量大等问题，为进一步提升动力设备的自动化水平和管理水平，实现动力设备运行的全面监视与控制，通过对现有动力设备进行远程监控，实现对各机组故障报警的分析和处理。根据对动力设备远程监控系统的总体需求分析调查得知。目前，公司动力设备故障点多、故障点集中在发电机、锅炉等主要机组上，且其故障发生具有一定代表性或周期性。而利用目前广泛应用于各电厂用发电机组的分布式控制系统来进行动力设备远程监控具有较好的可行性与必要性。该系统主要功能为：各机组运行状态实时监控、历史数据统计整理管理以及系统维护管理等功能，可实现发电企业对所属发电机组运行状态实时监测和数据采集；可通过分布式控制系统对各机组进行统一调度管理；可按各机组运行工况条件设定不同运行模式，实现发电企业对各个机组运行状况的全过程实时监控和数据分析。分布式控制系统主要由分布式网络层、数据传输层、应用层组成，主要应用于发电厂内各大型发电机组（如汽轮机组）、锅炉房（如锅炉房等）等动力设备上，同时，也广泛应用于其他各类电厂和其他各类锅炉系统中，通过分布式控制系统实现在同一平台上对所有电站运行情况的数据采集及实时管理。

（5）设备健康管理。动力设备监控系统（PCS）是一套由硬件和软件组成的动力设备远程智能监控管理系统，它以计算机网络技术、图像处理与存储技术为基础，通过对设备状态信息的采集、存储以及处理，实现对设备运行信息的实时动态监测与分析，实现状态监测自动化、数据传输智能化以及系统功能集成化。在电力企业中，其生产作业环境相对复杂而又多变，为保证设备的安全稳定运行，保证发电用电的可靠性，动力设备厂（站）在对动力设备进行管理时一般会采用现场在线监测与智能分析相结合的方式进行。通过使用动力设备监控系统（PCS），可对各类设备状态信息如振动、温度、电压和电流等进行实时监测和数据分析。当某些传感器出现故障时或异常告警时，将及时报警提示相关人员处理故障，避免了不必要的损失。如对于振动监测仪的振动检测、温度监测仪的温度检测以及电压监测仪的电压监测等。另外，在使用动力设备监控系统（PCS）对各类电源设备（如柴油发电机组、汽油发电机组、燃气透平发电机组等）进行实时监控时，可随时了解机组运行状态以及参数设置等信息。

4 结语

综上所述，对动力设备监控系统进行优化升级可以为电力行业提供更好的发展环境，有利于促进我国电力事业的进步与发展，同时，也为国民经济的快速稳定增长奠定了坚实的基础。另外，对于动力设备监控系统而言，其优化升级并不会影响整个运行环境和生产设备等各个方面，但是却能够有效地保障整个电力运行环境和生产设备等方面的正常发挥。为了保证国民经济稳定增长以及电力行业可以健康可持续发展，相关工作者应该加强对动力设备监控系统优化升级研究与实践工作。