托口水电站计算机监控系统报警智能化探索与实践

唐世戡，朱 盛,王 义，徐纯龙

（1.五凌电力有限公司，湖南 长沙 410004；2.湖南省水电智慧化工程技术研发中心，湖南 长沙 410004）

0 引言

托口水电站位于湖南省洪江市境内，是沅水规划梯级第5级电站。工程以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益。电站总装机容量830 MW，安装4台200 MW机 组 和2台15 MW生 态放流 机 组，4×200 MW机组经一回500 kV线路送至牌楼变电站，生态机组经一回110 kV线路送至黔城变电站，并入湖南电网。多年平均年发电量21.31亿kW·h。托口水电站于2014年3月投产发电，2014年12月接入远在湖南长沙的五凌电力发电集控中心（以下简称五凌集控），实行远程集控。

1 智能化背景

五凌集控通过监控系统对所管辖电厂设备报警信息采用“全采、全送、全控”的运行模式，托口电厂和五凌集控侧均采用中水科开发的H9000计算机监控系统，该系统对报警信息按模拟量、中断量、扫查量，特征量、系统量，综合信息量等进行分类，能够实现对所属集控电厂设备的有效监视和控制，确保远程集控各项控制目标的实现。但该系统存在报警数量多，机组及公用辅助设备数据统计、趋势分析功能不完善，且五凌集控运行值班采用“一人一席多厂”的值班模式，一个值班员负责2～3个电厂，造成值班人员监盘压力大，容易造成报警信息的遗漏，主要体现在以下几个方面。

（1）各个电厂报警信息存在命名、颜色标识不规范，标准不统一；

（2）2～3个电厂的报警信息同时监控，在同一监控屏幕上混合出现，信息量大；

（3）各类辅机正常启停信号在报警总量中所占比重较大，且存在模拟量信息频繁出现，无效信息过多。

为了适应水电站智能化发展趋势，进一步减轻运行值班人员的工作强度，及时发现设备故障或趋势异常，提升运行智能化管理水平，既对托口电厂监控系统报警信息进行分级、规范命名以及智能建模。

2 智能化内容

2.1 智能优化思路

基于托口电厂当前计算机监控系统数据，规范报警信号接入及命名标准，滤除无效重复报警，定义报警级别。整理托口电厂投产以来的自动化设备运行管理经验，通过报警信息智能建模，固化为监控系统LCU下位机程序中判断逻辑，由监控系统代替运行人员判断现场设备运行异常工况，增强运行监盘及时性、稳定性以及可靠性。

2.2 报警信号分级和规范命名

（1）报警信息分级及报警信息颜色统一

根据五凌公司电厂接入集控要求和相关规范及制度，将托口电厂监控系统数据库除模拟量外所有报警分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，分类原则如下：

Ⅰ级报警：需要立即停机进行处理的事故点及需要重点关注的事件告警；

Ⅱ级报警：需要立即采取应急处理措施的故障点及需要密切关注的事件告警；

Ⅲ级报警：除上述Ⅰ级、Ⅱ级以外的其他报警。

根据报警信息的重要程度，将托口电厂报警信息显示为蓝色、黄色、白色、绿色、紫色、红色等6种颜色。其中Ⅰ级报警为红色，Ⅱ级报警为紫色，Ⅲ级报警为绿色，报警复归为白色，模拟量越上限报警为黄色，模拟量越上上限报警为蓝色。报警信息颜色的统一设置，丰富了值班人员监盘时的视觉体验，提高了值班人员的监盘效率，可有效避免了报警信息的遗漏。

（2）报警信息规范命名

对托口电厂的报警信息统一规范命名，把上送至监控系统的报警信息分成4个部分，分别为电厂标注、设备标注、报警信息内容、动态字符串（即状态描述部分）。电厂标注用于标注报警信息所属集控电厂，设备标注用于标注电厂报警信息所属设备，报警信息内容用于描述设备发生的故障事件，宜根据设备运行实际需求设置，“报警信息内容”结合“状态标示”应能明确描述设备发生的故障事件及状态，不得出现不同报警共用同一报警信息名称现象。例如：“托口TK：F1 调速器1号漏油泵运行 动作”。

（3）实践字符串统一定义

根据五凌公司水电厂群集中监控系统接入数据规范和行业要求，统一将监控系统报警信息事件字符串进行规范统一。部分内容如下：

断路器和隔离开关：分闸/合闸/过渡/错误

AGC和AVC运行方式：开环/闭环

设备控制方式：现地/远方

控制权：厂控/集控

设备运行方式：手动/自动/切除

设备状态：正常/故障

机 组 状 态：停 机/不 定 态/空 转/空 载/维护/发电

LCU网络状态：离线/在线/故障

闸门/阀门启闭状态：全开/全关、开启/关闭

设备运行状态：启动/停止

2.3 报警信号智能建模

根据托口电厂设备报警分级情况，集控运行值班正常情况下只对电厂Ⅰ、Ⅱ级报警进行实时监视，Ⅲ级报警不再进行实时监视，而在日常值班过程中最多的报警就是Ⅲ级报警，为确保设备Ⅲ级报警信息能正常体现，对电厂重要数据以及Ⅲ级报警信息分系统建立智能化报警模型。

建模思路主要通过整理电厂投产以来设备运行特征和运行数据变化趋势，总结运行管理经验，转化为逻辑算法并植入监控系统，固化为监控系统下位机程序中判断逻辑，建立智能化报警模型信号，提高运行人员的监盘效率。根据重要程度，将建模信号归类为Ⅰ级或Ⅱ级报警，以下就部分报警信号建模对象举例。

（1）建立顺控流程类智能化报警模型

对开、停机顺控流程类操作，根据流程控制重要节点（例如：开机至空转、开机至并网、停机至全停、停机至空载等），分步生成对应的建模信号。以“开机至空转”举例：下达集控电厂某机组“开机至空转令”后，若开机空转流程执行正常，监控系统推送集控电厂某机组“开机至空转正常”的信号，否则就推送“开机至空转失败”的告警信号，同时推送致使流程失败的节点报警信号，便于运行人员巡视找到故障原因。

（2）建立油温、油位趋势类智能化报警模型

分析电厂投产以来设备的油温、油位等数据，分析出变化规律，将规律特点应用在建模算法上，生成建模信号。以“油槽油位异常”举例：基于已有系统的油槽油位数据采集，设置机组持续运行态或持续停机态两种采样频率周期，得出油槽油位变化特点，应用算法生成为判据，固化与监控系统中，当油位变化异常时，监控系统就推送“油槽油位异常”告警信号。因机组振动会造成采集数据不正常波动，数据分析时应剔除开/停机时数据波动时段。

（3）建立主设备参数智能化报警模型

对发电机、变压器、送出线路等主设备的电流、电压等重要参数进行智能化建模。以“发电机三相电流不平衡”举例：在机组发电并网态时，发电机定子三相电流中的任两项互差值大于额定电流10%时，监控系统就推送“发电机三相电流不平衡”告警信号。

（4）建立辅机规律智能化报警模型

电厂的辅机设备基本上都存在运行规律，通过数据分析找出规律，将规律特点形成算法，当辅机设备运行工况超出规律后，监控系统就推送告警信息。以“渗漏主用泵未正常启动”举例：当渗漏集水井水位达到启主用泵定值，延时5 s而主用泵启动未正常启动，监控系统就推送“渗漏主用泵未正常启动”告警信号。

（5）建立监控及其它类智能化报警模型

基于已上送至监控系统的数据信息，根据运行需求在上位机形成判据，建立模型信号，例如AGC有功偏差考核提醒、机组水头变化过大、机组空载频率过低、母线电压偏高机组在迟相、母线电压偏低机组在进相等。以“母线电压偏高机组在迟相”举例：500 kV母线电压Uab大于535.5 kV时，任一运行机组无功功率大于5 MVar，监控系统就推送“母线电压偏高机组在迟相”告警信号。

3 智能化实施

3.1 上位机实施

监控系统上位机主要是对报警信息的命名、报警分级和事件字符串等进行规范定义。

（1）报警信息命名：按照统一格式：“[电厂标注]：[设备标注]{空格}[报警信息内容]{空格}[状态标示]”进行统一修改。报警信息中的“电厂标注”、“设备标注”部分为监控系统数据库固定格式，由系统自动生成，“报警信息内容”、“状态标示”部分根据实施方案在各LCU的ANA、OUA、INT、POL、SYS、OUS中的汉字名描述进行修改。示例：表1则表示在数据库中将“励磁A套调节器故障”修改为“励磁A套调节器”。

表1 报警命名修改示例

（2）报警分级修改：根据实施方案修改各LCU的INT、POL、SYS、OUS的报警类型。报警分级标注为“一级”表示需要将该点在数据库中设置为事故点，标注为“二级”表示需要将该点在数据库中设置为故障点，标注为“三级”表示该点在数据库中不需要设置为事故点和故障点。示例：如上表所示，“励磁A套调节器”报警分级标注为“二级”，所以需要将“励磁A套调节器”在数据库中设置为故障点。

（3）事件字符串修改：根据实施方案修改各LCU的INT、POL、SYS、OUS的数据类型和事件字符串组。具体修改过程如下：如上表所示，“励磁A套调节器”事件字符串标注为“正常/故障”，所以需要将“励磁A套调节器”在数据库中接点类型改为“DEVMSG”，事件字符串组改为“0（0 正常；1 故障）”。为保证电厂侧事件字符串组与集控一致，电厂侧数据库中的事件字符串组定义也进行同步修改。

（4）上位机新增计算点和在数据库新增报警智能化虚点。根据实际情况在监控系统上位机增加智能建模报警虚点，并在计算库中将新增报警智能点做计算。例如：在监控系统中新增“渗漏排水主用泵未正常启动”、“渗漏排水泵未正常停止”2个报警虚点（见表2），并在计算库中计算（见图1）。

表2 渗漏排水系统部分智能建模虚点

对应计算点：

图1 渗漏排水系统部分智能建模虚点计算

3.2 下位机实施

新增的下位机虚点不参与PLC的顺控流程，仅作为报警使用。主要增加的智能化报警虚点分为大厂机组LCU、大厂开关站LCU、大厂公用LCU、闸门LCU、小厂机组LCU、小厂公用开关站LCU 6个部分，每个部分又分为若干个模块。根据实际情况在下位机新增智能化报警虚点，下位机LCU备用点数量不能满足新增智能化报警虚点需要时，下位机采用虚点区上送。

以大厂机组LCU为例：托口电厂大厂机组LCU虚点数量为240点，其中备用点数量为31个，不能满足新增智能化报警虚点需要，下位机采用虚点区上送，在数据库最后面新增160点，原通讯扫查量数量由原240点，改为400点。

实现方式以在下位机新增“调速器压油槽主用油泵未正常启动”为例：调速器压油槽油压小于启主泵定值而调速器油泵未启动主泵，则该报警自动报出。具体程序实现方式如图2：

4 结语

托口水电站报警信息分级命名和智能建模，立足于现有监控系统和现场设备，在行业智能化、智慧化背景下，所需费用较少且易于实施，效果较好。项目实施完成后，监控系统每日Ⅰ级、Ⅱ级报警信息数目约为优化前总报警信号数目的10%，达到预期的目标和效果。在确保安全稳定情况下，大大提高了运行人员的监盘效率，同时确保能够在第一时间发现异常或事故报警信息，以便及时采取处理措施，防止事故扩大，确保托口电厂设备安全稳定运行。