一种无人值班水电厂智能监盘方法及系统与流程

本发明涉及水电厂监测领域，尤其涉及一种无人值班水电厂智能监盘方法及系统。

背景技术：

随着水电站单机容量和总装机容量提升，特大型水电站的机组运行、维护、故障处理的技术要求越来越高，难度和风险较大。运行、维护和管理人员需要监测的设备参数非常多，计算机监控系统主要负责整个电站设备的实时在线监控，完成电站的闭环实时控制，并不具备完善的生产数据分析、设备运行状况预测、电话通知及人机交互获取信息功能。

目前电站内完成设备数据监测的系统包括计算机监控系统、机组状态监测系统、主变在线监测系统、发电机局部放电监测系统、色谱分析系统、环境监测系统等，但是它们都是相对独立的系统，无法完成电站高水平管理模式下的设备综合诊断和分析功能。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题是提供一种无人值班水电厂智能监盘系统，该系统能够自动生成运行维护人员所需生产报表，自动分析设备趋势变化情况并进行预警，并减少运行维护人员工作量。

(二)技术方案

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的无人值班水电厂智能监盘方法，包括以下步骤：

s1：确定发电机组的发电态定值和停机态定值；

s2：获取发电机组的工作状态信号：

s3：根据发电机组的工作状态信号判断发电机的发电态和停机态，

s4：获取并存储发电机组的开机过程中和停机过程中设备启停用时；

s5：根据发电态定值和停机态定值判断发电机组在开机过程中和停机过程中是否运行正常，并根据发电态定值和停机态定值生产告警信息。

进一步，所述告警信息是按照以下方式进行确定的：

将获取的发电机组的开机过程中和停机过程中设备启停用时分别与发电态定值和停机态定值进行比较，并判断发电机组的开机过程中和停机过程中设备启停用时与发电态定值和停机态定值之间差值是否大于预设阈值，如果有，则判断发电机组工作异常并发出预警；如果无，则判断发电机组工作正常并返回重复进行。

进一步，所述发电态定值和停机态定值是按照以下方式生成的：

(1)策略1：获取前n天设备测点最大值的平均值，将平均值扩大预设倍率并作为发电态定值和停机态定值；或

(2)策略2：分别设置每个测点的发电态定值和停机态定值；或

(3)策略3：用excel方式导入系统预设发电机组的发电态定值和停机态定值。

进一步，还包括以下步骤：

s21：获取水电厂辅助设备的工作状态信号：所述工作状态信号包括辅助设备自动运行时间、停机间隔时间和开机间隔时间；

s22：确定辅助设备自动运行时间定值、停机间隔时间定值和开机间隔时间定值；

s23：存储水电厂辅助设备的辅助设备自动运行时间、停机间隔时间和开机间隔时间；形成水电厂辅助设备对应趋势分析图，并与辅助设备自动运行时间定值、停机间隔时间定值和开机间隔时间定值比较自动生成告警信息。

进一步，还包括以下步骤：

s6：生成生产常用报表，所述生产常用报表包括生产日报、生产概况、机组开机并网时间统计、机组空载进相时间统计、开停机流程统计、机组运行工况记录表、机组限制禁止运行区统计表。

进一步，所述发电态和停机态是按照以下方式来确定的：

当调速器导叶全关、转速为零、发电机出口断路器gcb为分位时，则判定发电机组处于停机态；

当机组转速大于预设转速值、机端电压大于预设电压值、发电机出口断路器gcb为合位时，则判定发电机组处于发电态；

以广播的方式传输判定的发电机组的发电态和停机态；

所述发电态定值和停机态定值包括通过温度传感器获取的发电机组处于发电态时的设备温度值，以及处于停机态时的设备温度值。

进一步，所述趋势分析数据按照以下方式得到的：

当启动发电机组时，首先会下发一个命令：发电机组出口断路器发电操作，记录命令发出时间，当发电机组完全开机成功之后，返回发电机组发电操作成功信号，同时记录发电操作成功时间；

获取命令发出时间和发电操作成功时间差值；

重复发电机组每次开机的时间即形成发电机机组的开机用时趋势分析数据；

所述水电厂辅助设备的趋势分析数据包括辅助设备的运行时长、停机间隔时长和开机间隔时长；

所述运行时长为获取辅助设备从运行启动到运行停止的时间；

所述停机间隔时长为获取辅助设备在停机情况下从停止到下一个启动之间的间隔时间；

所述开机间隔时长为获取辅助设备在发电态情况下从启动到下一个停止之间的间隔时间。

本发明还提供了一种无人值班水电厂智能监盘系统，包括计算机监控系统、智能数据分析主机、数据汇聚通讯机、智能监盘显示服务器、光纤磁盘阵列、人机交互系统和报警系统；

所述计算机监控系统获取水电厂各设备运行状态数据；

所述智能数据分析主机经过横向隔离装置与计算机监控系统连接，接受计算机监控系统获取的设备运行状态数据；

所述数据汇聚通讯机与外部监测系统通信连接并交换数据；

所述智能监盘显示服务器与智能数据分析主机连接；

所述光纤磁盘阵列与智能数据分析主机连接；所述光纤磁盘阵列用于存储智能监盘系统产生的历史数据；

所述人机交互系统通过数据总线与数据汇聚通讯机连接；用于将产生的告警信息以电话和短信方式通知运行维护人员；

所述人机交互系统和报警系统连接。

进一步，所述述数据汇聚通讯机通过moxa多串口扩展板与智能数据分析主机连接；所述智能数据分析主机设置有双主机热备冗余配置。

进一步，所述报警系统按照以下方式进行确定的：

将获取的发电机组的开机过程中和停机过程中设备启停用时分别与发电态定值和停机态定值进行比较，并判断发电机组的开机过程中和停机过程中设备启停用时与发电态定值和停机态定值之间差值是否大于预设阈值，如果有，则判断发电机组工作异常并发出预警；如果无，则判断发电机组工作正常并重复进行；

所述发电态定值和停机态定值是按照以下方式生成的：

(1)策略1：获取前n天设备测点最大值的平均值，将平均值扩大预设倍率并作为发电态定值和停机态定值；或

(2)策略2：分别设置每个测点的发电态定值和停机态定值；或

(3)策略3：用excel方式导入系统预设发电机组的发电态定值和停机态定值。

(三)有益效果

与现有技术和产品相比，本发明有如下优点：

本发明提供的系统实现了运行维护人员生产常用报表的自动生成，大大降低运维人员的日常工作量。对机组开停机过程进行有效自动监视，提前预警开停机过程中设备存在问题，提高了电厂自动开停机成功率。通过对电厂重要辅助设备的自动趋势分析，提前发现设备趋势劣化情况，提前对设备进行处理，有效避免出现事故停机。人机交互功能的实施，运行维护人员可以随时随地获取电厂生产信息，同时，事故专家指导功能，可以很好的帮助运行维护人员处理产生的缺陷，为水电厂无人值班、少人值守、远程监控运行模式提供有力保障。

附图说明

图1是本发明的系统方框图。

图2是本发明的系统整体结构图。

图3是本发明的人机交互系统部署图。

图4是本发明的人机交互功能图。

图5是本发明的应用场景。

图6是本发明的策略1和2配合流程图。

图7是本发明的策略3流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

如图所示，本实施例提供的无人值班水电厂智能监盘方法，包括以下步骤：

s1：获取发电机组的工作状态信号：当调速器导叶全关、转速为零、发电机出口断路器gcb为分位时，计算机监控系统判定发电机组处于停机态；当机组转速大于95％额定转速、机端电压大于85％额定电压、发电机出口断路器gcb为合位时，计算机监控系统判定发电机组处于发电态；计算机监控系统将判定的发电机组状态以广播的方式传输给智能监盘系统。

s2：根据发电机组的工作状态信号判断发电机处于的状态，所述状态包括发电态和停机态，系统能够根据6台机组不同的机组状态采用发电态定值和停机态定值，使设备报警定值更加合理；

本实施例中的6台机组指的是小湾电厂有6台发电机组，每台发电机组状态目前区分为发电态和停机态。对于发电机组而言，发电态和停机态定值差别较大，如温度传感器，发电态时设备温度较高，定值自然较大，停机态时，温度降低，定值自然减小。如果都采用发电态定值，停机态时定值自然就不合理。这些定值是根据机组多年稳定运行数据综合确定的。

s3：获取发电机组的开停机状态信号：通过自动监测并统计发电机组开机过程中和停机过程中设备启停用时，判断开机过程中和停机过程中各设备是否运行正常，并对各设备近期运行用时进行趋势分析，并根据定值生产告警；

以1号机组开机用时为例，当要启动发电机组时，首先会下发一个命令：1号机组出口断路器发电操作，计算机监控系统能够记录该命令发出时间，当1号机组完全开机成功之后，计算机监控系统能够收到信号：1号机组发电操作成功，同时能够记录发电操作成功时间。智能监盘系统对以上2个时间进行比较计算，得出开机用时如8分钟。将每次开机的时间进行对比分析即形成该机组开机用时趋势图，当开机用时有变大趋势时，可进行告警提醒运行人员及时关注处理。

以1号机组同期用时为例，机组开机过程中，要启动同期装置同期合闸，首先会下发一个命令：1号机组启动同期，计算机监控系统能够记录该命令发出时间，当1号机组同期合闸成功之后，计算机监控系统能够收到信号：1号机组同期合闸成功，同时能够记录同期合闸成功时间。智能监盘系统对以上2个时间进行比较计算，得出机组同期用时如30秒。将每次开机同期的时间进行对比分析即形成该机组开机同期用时趋势图，同时系统设定同期最长时间为180秒，当同期用时有变大趋势时，可进行告警提醒运行人员及时关注处理，避免出现同期失败情况。

所述开机过程中设备启停用时包括开机用时、启机组技术供水用时、筒阀开启用时、锁锭拔出用时、调速器开机至转速95％用时、同期用时、合隔离开关用时、主轴密封开启用时、投高顶用时、退高顶用时、投励磁至机端电压大于85％时间。

所述停机过程中设备启停用时包括停机用时、机组技术供水关闭用时、出口断路器分闸时间、断开出口隔离开关用时、主轴密封水关闭用时、投高顶时间、退高顶时间、励磁系统停机至机端电压小于15％时间、调速器停机至转速小于95％时间、筒阀关闭用时、锁锭投入用时、风闸全部投入用时、风闸全部退出用时；

s4：对水电厂辅助设备进行趋势分析：自动统计辅助设备自动运行时间、停机间隔时间、开机间隔时间，形成对应趋势分析图，并与定值比较自动生成告警信息；

以调速器油压装置为例，主要从调速器油压装置运行时长、停机间隔时长、开机间隔时长三个方面综合进行趋势分析。

调速器油压装置运行时长：调速器油压装置1#泵或2#泵运行启动到运行停止的时间即为调速器油压装置运行时长，根据多年发电机组调速器油压装置运行情况统计，正常情况下调速器油压装置运行时长不会相差太大(即为目前设值的定值)，通过对每次调速器油压装置运行时长的对比，即形成其趋势变化图，当趋势劣化时，及时告警提醒，防止异常事件发生。

调速器油压装置停机间隔时长：即发电机组在停机情况下，计算机监控系统记录调速器油压装置1#泵和2#泵的动作时间，一个泵停止到下一个泵启动之间的间隔时间即为调速器油压装置停机间隔时长，根据多年发电机组调速器油压装置运行情况统计，正常情况下调速器油压装置停机间隔时长不会相差太大(即为目前设值的定值)，通过对每次调速器油压装置停机间隔时长的对比，即形成其趋势变化图，当趋势劣化时，及时告警提醒，防止异常事件发生。

调速器油压装置开机间隔时长：与上面类似，只是发电机组在发电态，定值与停机态有所差别。

目前已开发完成的系统中，其它辅助设备采取类似策略。

所述辅助设备包括调速器油压装置、筒阀油压装置、顶盖排水系统、厂房渗漏排水泵启停、大坝渗漏排水泵启停、左岸水垫塘渗漏排水泵启停、右岸水垫塘渗漏排水泵启停、公用第一组中压空压机、公用第二组中压空压机、公用检修低压空压机、公用制动低压空压机；

s5：生成生产常用报表，所述生产常用报表包括生产日报、生产概况、机组开机并网时间统计、机组空载进相时间统计、开停机流程统计、机组运行工况记录表、机组限制禁止运行区统计表；

以生产日报为例，生产日报主要包括电量数据、水情数据、机组开停机数据、当日工作完成情况等。智能监盘系统与电能量系统通讯，获取电量数据；智能监盘系统与水情系统通讯，获取水情数据；机组开停机数据主要通过对机组开停机时间进行记录分析得出，当日工作完成情况采取人工在系统中补录方式填入，通过软件自动获取以上各部分数据，即形成生产日报自动生成。

本实施例还提供了一种无人值班水电厂智能监盘系统，包括计算机监控系统、智能数据分析主机、数据汇聚通讯机、智能监盘显示服务器、光纤磁盘阵列、人机交互系统和报警系统；

计算机监控系统属于电力系统二次安防的i区设备，水电厂各设备运行信息都会上送计算机监控系统，经处理后供运行人员监视使用。

智能数据分析主机经过横向隔离装置与计算机监控系统连接，接受计算机监控系统单向广播数据；

数据汇聚通讯机主要负责智能监盘系统与其它外部系统的通讯，交换数据。主要通讯对象有：状态监测系统、局部放电监测系统、环境监测系统、电能量系统、主变在线监测系统、水情系统等。

智能监盘显示服务器：主要供运行人员监视使用，查看监视设备状态。

光纤磁盘阵列：用于存储智能监盘系统产生的历史数据。

人机交互系统：用于将产生的告警信息以电话和短信方式通知运行维护人员，同时，通过此系统获取处理发电机组异常的专家指导意见。

所述智能监盘系统经过横向隔离装置与计算机监控系统连接，接受计算机监控系统单向广播数据；

所述数据汇聚通讯机增加moxa多串口扩展板，通过串口的方式、以标准的modbus通讯协议进行通讯，实现数据交换；

所述智能数据分析主机设置有双主机热备冗余配置；

所述计算机监控系统、智能数据分析主机和数据汇聚通讯机通过数据总线连接；

所述人机交互系统通过数据总线与数据汇聚通讯机连接；

所述人机交互系统和报警系统连接；

所述报警系统按照以下方式进行报警：

(1)策略1：以前n天设备测点最大值的平均值为基准，在此基础上扩大a％、b％、c％、d％、e％、f％、g％、h％分别作为该测点发电态上上限、发电态上限、发电态下限、发电态下下限、停机态上上限、停机态上限、停机态下限、停机态下下限；一键设置所有测点定值；其中，a-h代表预设数字，用于表示超过额定值的倍率，可根据实际情况进行设置。

(2)策略2：分别设置每个测点定值；系统模拟量和温度量有几千个，通过查询这些测点多年的运行值变化，可分别得出每个测点对应定值，将这些定值分别设置到系统中，设备运行测值与这些定值比较，超过定值即报警。

(3)策略3：用excel方式导入系统4组定值，实际运行中，智能监盘系统根据季节变化对温度影响，自动切换4组定值进行预警；经过前面定值的积累之后，可以得出每个测点在每个季节的定值，即4组定值。系统根据4个季节的变化，分别调用这4组定值，达到合理的预警定值。

以上3种报警定值策略组合使用，对设备运行情况进行预警，很好的达到对设备运行情况进行预警的作用。

由于各类测点很多，常规测点采用策略1即可将定值设置得较合理，不会出现异常告警。对于个别特殊测点，采用策略1无法得出合适的定值，这时就可以采取策略2，单独设置这些测点定值。

实施例2

如图所示，本实施例提供一种无人值班水电厂智能监盘系统，将各子系统数据进行汇聚整合，实现运行维护生产报表自动生成，重要辅助设备运行情况自动分析，机组开停机过程中各环节用时自动统计，全厂测点的趋势运行情况自动预警，并采用电话、短信方式通知维护人员，维护人员与智能监盘系统通过短信进行交互，获取处理故障的专家诊断建议，减少运行维护人员工作量，为实现“无人值班”奠定基础。

本实施例提供的无人值班水电厂智能监盘系统包括智能数据分析主机、智能监盘显示服务器、数据汇聚通讯机、光纤磁盘阵列、人机交互服务器等组成。智能监盘系统经过横向隔离装置与计算机监控系统连接，接受计算机监控系统单向广播数据，保证了计算机监控系统的安全性，符合电力系统二次安全防护要求。数据汇聚通讯机增加moxa多串口扩展板，通过串口的方式、以标准的modbus通讯协议与其它自动化系统通讯，实现数据交换，并根据安全分区要求装设防火墙，各系统之间相互独立，互不影响。

1、硬件结构上，智能数据分析主机采用双主机热备冗余配置，两台服务器之间能勿扰切换，保证了数据的可靠性。另外，智能监盘系统经过横向隔离装置与计算机监控系统连接，保证了计算机监控系统的安全性。

2、人机交互上，系统采用8路语音同时轮巡给维护人员拨打电话，未接通电话人员自动移到队列最后，不会因为某个用户未接通而导致整个人机交互系统卡阻。

3、报警定值上，智能监盘系统策略较为丰富。

4、报警判断上，将发电机组区分为发电态和停机态，系统能够根据6台机组不同的机组状态采用发电态定值和停机态定值，使设备报警定值更加合理。

5、水轮发电机组开停机流程监测功能，通过自动监测并统计水轮发电机组开机过程中和停机过程中设备启停用时，判断开机过程中和停机过程中各设备是否运行正常，并对各设备近期运行用时进行趋势分析，并根据定值生产告警，提醒运行维护人员对设备进行及时处理，保证设备安全。开机过程中监测的流程有：开机用时、启机组技术供水用时、筒阀开启用时、锁锭拔出用时、调速器开机至转速95％用时、同期用时、合隔离开关用时、主轴密封开启用时、投高顶用时、退高顶用时、投励磁至机端电压大于85％时间。

停机过程中监测的流程有：停机用时、机组技术供水关闭用时、出口断路器分闸时间、断开出口隔离开关用时、主轴密封水关闭用时、投高顶时间、退高顶时间、励磁系统停机至机端电压小于15％时间、调速器停机至转速小于95％时间、筒阀关闭用时、锁锭投入用时、风闸全部投入用时、风闸全部退出用时。

6、对水电厂重要辅助设备自动进行趋势分析：自动统计辅助设备自动运行时间、停机间隔时间、开机间隔时间，形成对应趋势分析图，并与定值比较自动生成告警信息，可自动提醒运行维护人员对设备进行处理。目前进行趋势分析的辅助设备有：调速器油压装置、筒阀油压装置、顶盖排水系统、厂房渗漏排水泵启停、大坝渗漏排水泵启停、左岸水垫塘渗漏排水泵启停、右岸水垫塘渗漏排水泵启停、公用第一组中压空压机、公用第二组中压空压机、公用检修低压空压机、公用制动低压空压机。

7、系统每天自动生成生产日报、生产概况、机组开机并网时间统计、机组空载进相时间统计、开停机流程统计、机组运行工况记录表、机组限制禁止运行区统计表等生产常用报表，大大减少运行维护人员工作量。

及时将动态数据平台系统的报警信息、关键数据信息按照制定的报警策略通过语音或者短信通知给相关人员，使相关人员及时掌握告警信息，并对收到信息进行反馈，提高人机交互自动化水平，缩短相关人员获取告警设备信息的时间。

以上实施例仅为本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。其具体结构和尺寸可根据实际需要进行相应的调整。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。