大唐广西分公司集控中心主设备在线监测系统

引言

大唐广西分公司集控中心主设备在线监测系统,基于一体化数据平台,实现各受控厂站水轮发电机、主变压器、GIS设备状态监测数据统一采集,为不同设备提供统一的数据接入模型和分析诊断模型,为设备远程分析诊断及其他高级应用提供数据源支撑,为建设集控模式下的远程诊断中心奠定了基础。

1存在问题

目前设备在线监测分析系统在水电站中的应用越来越普及,多电站的远程分析诊断中心也越来越多,但是仍存在一些问题,比如:1）电厂各监测系统之间没有实现信息集成与共享。机组、主变、GIS等设备监测系统等都是独立的,系统之间没有实现信息共享,也没有接入计算机监控系统采集的数据。同时,状态数据的时标都采用系统本身的时标,容易出现时间失步问题,无法进行设备的综合、相关分析。(2）各个系统的状态存储和分析都是独立的,当机组出现故障事件时,各系统无法做出同步响应,可能会遗失重要过程中的状态数据,而且各系统数据结构都不相同,数据也比较分散,给设备状态的综合分析带来了极大的不便。3）状态监测与分析的重点放在机组稳定性、发电机局放、变压器局放及水轮机空化等专项监测与分析上,只对电站的部分设备和设备的部分故障进行了监测与分析,而没有对电站设备进行全面的分析,尤其是针对调速、励磁和辅助设备,没有开展有效的监测和分析。这些问题的存在不利于电站设备状态的综合分析、故障诊断,无法满足智能水电站发展趋势下大数据信息集成的要求。

2系统结构

大唐广西分公司集控中心主设备在线监测系统基于一体化管控平台,实现数据的统一采集、处理、存储和分析。一体化平台涉及安全I区、II区和III区,跨安全区之间的信息交互满足电力系统二次安全防护的要求。系统结构及组成如图1所示。

电站侧接入服务器统一采集并处理各专业在线监测系统的实时数据,集控侧通信服务器接收电站上送的监测数据,并从一体化平台安全I区统一接入厂站计算机监控系统数据。同时,系统具备接收网络对时功能,实现系统内部各计算机节点对时。

3数据采集及处理

利用集控中心建设的数据网,在电站数据源和数据中心间建立可靠和高效的数据传输路径,在占用较低网络带宽资源的情况下实现数据的实时传输。

3.1在线监测数据集成

通过ITC/1C以太网络接口或标准串行通信接口从电站各监测系统获取实时监测的数据,并转换成标准格式的数据。数据采集平台能集成机组稳定性、发电机气隙、发电机磁通密度、发电机局放、变电站各种监测系统/监控系统的数据以及相关原始波形数据。

3.2离线监测数据输入

针对部分无法在线获取的数据,如现场巡检数据、定期离线测试数据,数据平台提供了离线数据人工导入接口软件,实现对离线数据的获取。例如:可将对变压器油定期人工取样数据录入系统。

3.3数据库写入

将标准格式的数据根据需要进行特征数据计算和压缩处理,再按相关数据库的存储格式要求对标准数据进行转换,并写入数据库。

3.4数据存储管理

数据采集平台提供实时数据库、逻辑数据库和专用数据文件进行数据存储和管理。实时数据库用于对各监测设备实时采集的特征监测数据和所需的波形数据进行存储管理:逻辑数据库用于对部分离线测试数据、文档型式的试验报告或数据、相关配置文件等进行存储管理:专用数据文件用于存储数据结构比较复杂的离线测试数据、样本数据、故障案例数据及部分瞬态试验数据。

系统采用存储特征数据和波形数据相结合方式,在尽可能降低数据量的同时,尽量保证机组状态数据的完整性。基本存储策略如下:（1）特征数据:中心能长时间存储所有监测参数的特征数据,同时特征数据存储间隔根据机组特点可灵活设置。（2）波形数据:存储所有波形数据是不必要也是不可能的,中心存储部分波形数据:报警前后一定时间内的波形数据:事件发生时的波形数据:过渡过程的波形数据:典型平稳工况一小段时间的波形数据。

3.5数据传输

数据采集平台采用数据库对数据库的动态镜像传输技术将数据接口机中数据库数据传输到远程数据中心。针对专用数据文件存储的数据,数据采集平台提供专用数据发送和接收软件,并实现在网络带宽相对宽松的时间段进行滞后发送。在集控中心与各受控厂站通信中断的情况下,数据采集平台具备本地数据缓存功能,能存储12h的采集数据。当通信恢复后,能主动发送自中断之时起的全部数据。

4系统应用功能

4.1状态监测与分析

利用在线监测的报警模块判断异常后,状态分析模块可采用有针对性的状态分析方法分析设备当前运行状态,为随时掌握设备健康状况提供参考。具体分析方法如下:（1）振动摆度状态监测分析。振动摆度状态监测分析模块主要是对振动摆度量进行状态分析,主要有机组结构主监视图、棒图、波形图等形式实时动态显示所监测设备的状态数据。提供时域波形分析、频域分析、轴心轨迹图、空间轴线图、瀑布图、趋势分析等多种专业分析手段,分析机组稳态数据,以评价机组在稳态运行时的状态:提供相关性分析、瀑布图分析、连续波形等多种分析手段用于分析和评价机组在启停机、甩负荷、变励磁、变负荷等过渡过程中的状态。（2）压力脉动状态监测分析。压力脉动状态监测分析模块主要是对压力脉动进行监测,实时显示压力脉动的波形并分析压力脉动的频率成分以及压力脉动随工况的变化情况,分析各压力脉动及其频域特性与负荷、开度之间的关系:监测机组运行过程中尾水压力及压力脉动的大小,分析引起机组异常振动的水力因素,如尾水管压力脉动过大、尾水管涡带。（3）发电机气隙状态监测分析。发电机气隙状态监测分析模块主要用来分析定转子气隙的变化趋势,从而对电机定转子性能做出相应判断。通过获取现地机组在线监测装置的发电机定转子气隙数据,形成各种图谱,监测各磁极气隙变化趋势,分析判断异常情况或故障,并通过一体化管控平台进行告警输出:通过气隙图实时监测机组运行过程中定转子的最小气隙、最大气隙、平均气隙及其发生的角度和磁极号,给出转子中心和定子中心的偏移量,并模拟磁极周向形貌:真实描述发电机结构情况及其在机械和电气影响下的运动情况:分析最小气隙、最大气隙以及平均气隙的趋势,提供丰富的信息,主要监测磁极松动等异常情况。监测包括开机、甩负荷、停机等工况转换过程中各参数及其所反映的发电机定转子结构的变化过程:显示定转子圆度曲线、磁极形貌、工况转换过渡过程曲线等,分析气隙不均匀性。（4）发电机磁场强度状态监测分析。发电机磁场强度状态监测分析模块主要是获取磁场强度数据并与磁极的气隙测量值对应,以数据

表格、棒图、磁场强度比较图等方式进行显示,直观监测磁场强度的变化:形成磁场强度随时间变化的趋势图及磁场强度随负荷等工况变化的"工况-磁场强度"相关趋势图:通过分析各磁极磁通密度的绝对值和相对变化,判断转子绕组匝间短路现象和磁通量不平衡故障。

4.2历史趋势分析

系统可动态生成饼状图、柱状图,实现状态监测趋势图形化显示:实现温度、液位、压力、振动、流量等过程量的偏差分析、相关量分析、趋势分析,利用直方图、散点图等工具进行分析并给出分析结果:提供电站事故、故障或异常情况历史追溯,方便生产管理人员调用各历史数据曲线并进行直观分析、判断:通过定期趋势分析,及时发现异常,提出预警,做好预控,避免发生设备非停,如通过分析测点数据序列的变化趋势,对油槽设备缓慢漏油、轴瓦损坏造成的瓦温缓慢上升等隐患进行分析。

4.3报警与预警

系统具有报警功能,即当测量得到的参数超过设定限值后发出报警信号,系统提供实时的机组报警信息一览表,从中可方便浏览到机组的报警信息。系统的报警/预警平台应基于一体化管控平台开发,当机组出现报警/预警或系统模块出现故障时,报警平台窗口将自动弹出,并以醒目的颜色变化提示相关人员注意,同时系统根据相关报警信息提供相应的处理意见和可能的故障。系统所有报警事件均会自动存储,用户可通过事件列表调取事件记录。

5远程诊断中心建设规划

建设远程分析诊断中心,是为了进行水电站不同类型机组设备状态监测与故障诊断的集中研究。基于集控中心建设远程诊断中心具备以下优势:（1）利用集控中心数据集成的优势,实现各受控厂站不同监测系统的统一数据平台,建设远程诊断的数据中心。（2）依托设备厂家、科研机构建设远程诊断中心的分析中心,可通过集控中心组织设备厂家、科研机构进行各电站机组状态监测研究分析工作,实现WEB远程数据监测、查询、分析,便于专家远程诊断分析。（3）依托集控中心平台进行数据和成果的展示以及诊断分析决策的统一出口管理,可为流域电站机组检修提出统筹安排的建议。

6结语

建设水电站设备在线监测系统,实现机组状态检修、故障预防和故障诊断,有效保障水轮发电机组的正常运行,具有非常重要的意义。同时,依托集控中心建设数据中心,能够为设备状态远程分析诊断及其他高级应用提供数据源支撑,为建设集控模式下的远程诊断中心奠定基础。