大岗山水电厂设备一体化智能管控平台设计与应用

葛 嘉,彭 放,朱传古,潘伟峰

[1.国电大渡河大岗山水电开发有限公司，四川省雅安市 625409 2.南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院)，江苏省南京市 211106]

0 引言

大渡河公司于2014年开始开展了“智慧企业”研究及建设，提出了基于大数据[1]和智能分析技术[2]构建信息决策“大脑”的“智慧企业”发展目标，充分运用云计算、大数据、物联网、人工智能等新技术，有效变革和优化现有体系、流程、人、技术等企业要素，全面提高企业应对外部风险能力，全力实现“风险识别自动化、管理决策智能化，纠偏升级自主化”为核心的智慧管理。

大岗山电厂紧跟大渡河公司的发展战略，根据“智慧电厂”[3][4][5]的实施规划，按照大渡河公司的实施路线图，以建设智能电站[6]、提高工业生产能力为迫切目标，以建设智慧电厂为长远目标，改变电厂的管理模式，顺应“智慧变革”的需求，努力实现可持续发展。近年来，大岗山电厂通过与南瑞集团合作，设计研发了基于智慧管理模式的设备一体化智能管控平台[7][8]，为智慧电厂建设探索了一条行之有效的实践方向。

1 设计方案

大渡河公司智慧企业整体架构中的“智慧电厂”单元包含三个层次——智能电站、智慧管理、智慧决策。设备一体化智能管控平台在智慧电厂体系中的定位是智慧基础平台，它为智慧电厂提供技术手段和运行平台，以建成“一中心四平台”为建设目标，逐步改变传统生产管理模式，实现时刻全面掌握生产现场信息，为运维、检修、技改等工作提供全新平台，并为推进智慧电厂管理变革打下坚实的技术基础。

设备一体化智能管控平台就是整个智慧电厂建设的技术支撑。通过设备一体化智能管控平台逐步完成“一中心四平台”的建设，构建起智慧电厂的技术架构（见图1）。

2 平台建设与应用

2.1 大岗山公司平台架构

在满足电力监控系统安全防护规定的前提下，结构设计总体原则为：以一体化管控平台为核心，以可靠的光纤传输网络为主干架构，以现地自动化系统终端为基础，搭建面向服务的智能化分布式系统结构。Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区数据均实现“360度”无死角接入，平台支持智能水电厂IEC 61850、IEC 104、Modbus、 Modbus-TCP、CDT等常用标准通信协议。设备一体化智能管控平台对所有数据按照设备进行分类并实现“对象化”管理，各子系统之间通过智能组态形成联动（见图2）。

图1 智慧电厂技术架构Figure 1 Technical architecture of smart hydropower plant

图2 可组态设备 一体化智能管控平台系统网络结构图Figure 2 Network structure of configurable device integrated intelligent control platform system

设备一体化智能管控平台横跨Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，联通各区域之间数据交互，最终在Ⅲ区实现全面汇聚。在Ⅰ区设置有数据汇聚及智能联动服务器，主要获取机组、主变压器、500kV GIS及高压电缆等主设备的实时数据；在Ⅱ区设置有通信服务器，主要获取电能量采集系统、继电保护信息管理系统等准实时系统数据，以及生产管理系统、图档管理系统、工业电视系统、点检系统等管理类的数据；在Ⅲ区部署平台的核心即“数据中心”，主要作为平台的数据汇聚中心和应用支撑基础；最终实现全电站设备的综合展示、综合分析、智能报警等功能，并实现工业电视、门禁系统等业务的联动。

2.2 大岗山公司平台功能部署

系统由统一数据采集平台、统一数据汇聚中心、基础服务与应用平台、智能多系统联动平台、智能报警平台、设备信息管理平台、智能查询展示平台等部分组成。

（1）统一数据采集平台采用标准化通用接口建立横跨生产控制大区和管理信息大区的数据交换总线，实现平台与各子系统(或装置)的信息交换与共享。

（2）统一数据汇聚中心实现集中的数据汇集，提供统一的数据存储服务，提供全景数据基础支撑，并提供所有应用的数据访问接口、数据同步、数据管理等服务。

（3）基础支撑服务与应用采用分布式服务组件模式，提供统一开放的服务容器管理，能较好满足系统集成和应用扩展的需要。

（4）智能告警平台集中计算机监控系统、Oncall、生产管理信息系统、水情电量信息、电站运行管理日常定期工作等各方面的信息，根据预设的报警策略进行分级智能报警，并能按预定义的通知策略即时通知或提醒相应责任人，如闸门操作信息通过泄洪语音报警系统进行广播通知。

（5）智能多系统联动平台通过相应安全分区联动服务器分别接入需进行联动的各子系统，集中采集各子系统数据、统一调度联动策略、下发各类联动指令。

（6）智能查询展示平台包括Web发布、APP发布两大功能模块，Web模块可在后台自动生成各类设备分析报告，使用Web方式智能搜索设备动态手册、自定义组态生产报表、自定义智能监视、动态视频监控、智能诊断、查询智能报警结果及智能联动结果等，值班期间的运维人员可通过该平台完成监控系统巡屏、工业电视巡屏、设备运行分析、设备台账记录、定期工作、两票统计等实际工作。系统组成如图3所示。

2.3 大岗山公司平台功能特点

2.3.1 策略可组态的设备智能联动

可组态智能联动主要分为工业电视墙、联动记录和联动演示三个模块，通过联动服务器实现，联动服务器控制联动策略，联动策略由后台流程服务框架管理。平台通过统一的联动策略方案定义，将监控系统、微机五防系统、生产管理系统、门禁系统、工业电视系统、消防系统等接入联动应用节点，根据联动策略方案统一组织各服务节点的联动动作。

图3 系统组成框图Figure 3 System composition block diagram

（1）工业电视墙。与中控室的大屏幕左侧电视墙同步，6块屏幕分别用来展示事故联动显示一/二、重要操作联动显示、告警信号联动显示、门禁联动显示和消防联动显示中工业电视动作情况（见图4）。

图4 工业电视墙显示图Figure 4 Industrial TV wall display

（2）联动记录模块。可以记录并保存每次联动的策略、动作时间和动作状态，同时也支持在线根据时间节点的选择来查询内容（见图5）。

（3）联动演示模块。可将每条典型策略以流程图动画的形式显示出来，查看相关联动策略更直观简便（见图6）。

图5 联动记录查询图Figure 5 Linkage record query diagram

图6 联动演示图Figure 6 Linkage diagram

图7 电站电气主接线综合监视图（弹窗可显示关联设备实时信息）Figure 7 Comprehensive monitoring diagram of the main electrical wiring of the power station (the popup window can display the real-time information of the associated equipment)

2.3.2 可自定义画面的设备智能化综合监视

设备智能化综合监视功能主要由设备实时运行状态监视、工业电视画面监视与3D数字厂房场景组成[9]。针对原有监控技术手段存在分区局限、信息零散、缺乏统一性等不足，从整合、全面、准确、便捷等方面设置运行监视功能，利用平台数据全面无死角优势，跨系统、跨分区组合实时监控模块，同时结合3D技术，建立“虚拟化云端电厂”。

（1）设备实时运行状态监视。将电站所有实时数据划分为主设备实时监视、辅助设备实时监视与在线监测数据监视3个部分，同时将同类型设备状态参数部署在同一界面，便于数据的观察对比；设置数据初步分析功能，对超限值项进行突出显示（见图7）。

（2）工业电视画面监视。无缝接入电站生产区域所有实时视频监控画面，针对重点区域视频监控设置了“一键画面巡回”功能，实现无地域限制、无时间限制的巡回工作方式（见图8）。

（3）3D数字厂房。以三维虚拟现实技术为主要手段，对电站所有区域场景与设备设施进行三维建模，结合运行仿真和检修仿真技术，利用平台数据接口，实现电站三维数字化综合展示、虚拟设备在线演示、虚拟漫游、虚拟巡视、虚拟操作、运行及检修仿真培训等功能（见图9）。

2.3.3 设备智能化诊断

设备智能化诊断是根据生产需求，对重要设备的动态参数进行筛选和处理后通过近几个月的统计对比得出此动态参数的趋势走向，从而分析出该设备的健康状态[10]，主要包括定制化趋势分析、相关性趋势分析、通用趋势分析和缺陷统计。

图8 视屏监视图Figure 8 Video surveillance map

图9 3D数字厂房模拟图Figure 9 3D Digital factory simulation

（1）定制化趋势分析。根据不同负荷，对机组运行态下的重要参数指标如轴承油位、轴瓦温度、机组振摆等进行趋势分析（见图10）。

（2）相关性趋势分析。对给定时间段机组出力区间内不同机组的温度、振摆进行统计并形成散点图，方便运维人员更为直观地对比分析不同机组的特征状态参量（见图11）。

（3）通用趋势分析。运维人员可根据自身需求选择任意历史时间段和任何设备生产模拟量测点，进行统计分析得出其折线图、散点图和趋势走向结果（见图 12）。

（4）缺陷统计。根据缺陷类型形成当年未消除缺陷和已消除缺陷的柱状观察图，并将各个机组的缺陷进行分类统计对比，同时也可根据时间节点自行进行缺陷查询（见图13）。

图10 定制化趋势分析图Figure 10 Customized trend analysis chart

图11 相关性趋势分析图Figure 11 Relevance trend analysis chart

图12 通用趋势分析图Figure 12 General trend analysis chart

图13 缺陷统计图Figure 13 Defect statistics

2.3.4 设备运行智能分析报表

设备运行智能分析报表能够自动采集并处理数据，定时生成报告及报表，可下载可浏览，主要由设备分析报告、生产报表、定期工作、设备台账、两票信息等5个模块组成。

（1）设备分析报告。通过预设时间，后台可自动生成Word报告（有问题的数据自动标红提醒，支持员工在线编辑修改）。同时增加审核流程功能，以方便报告在生产人员与管理人员之间的流转和自动存储（见图14）。

图14 设备分析报告图Figure 14 Device analysis report

（2）生产报表。主要有统计表（PLC记录）和趋势分析表（平均、最大、最小、同比、环比），可按时间段查询、下载并打印（见图15）。

图15 生产报表图Figure 15 Production report diagram

（3）定期工作。可查询、在线编辑及下载各种定期工作表格（表格中的异常数据会自动标红提醒），包含：电气、水工、综合维护定期工作和对标系统的数据录入工作（见图16）。

（4）设备台账。包含自动、监控、保护、通信设备台账，可在线编辑和查阅（见图17）。

图16 定期工作填报图Figure 16 Regular work report

图17 设备台账检修维护记录图Figure 17 Equipment account maintenance maintenance record

（5）两票信息。接入生产管理系统的操作票和工作票记录，通过时间节点和两票类别的选择可以查询两票的详细信息（见图18）。

图18 两票信息查询统计图Figure 18 Two-ticket information query chart

2.3.5 动态化设备手册

动态化设备手册（智能手册）面向水电厂设备部件和设备整体的统一对象进行建模，以建立基于状态监测数据、功能监控数据以及生产管理数据等多元信息融合的水电设备状态指标体系为目标，以设备树为基础，将设备相关的静态参数、动态参数、两票信息、缺陷记录、图纸资料挂靠在设备树的三级目录中进行归一化整理，右侧设计了快速导航菜单，可迅速转至想看的参数模块（见图19）。

图19 智能手册调速器参数图Figure 19 Smart manual governor parameter map

2.3.6 可组态智能化告警

智能告警[11]包括：当前报警、历史报警、信息发送及ONCALL信息。

（1）当前报警。统计当前所有报警信息，按照故障和异常等级显示数量，详细故障信息在页面中滚动播放（报警时间，级别，ONCALL、综合报警或趋势报警）（见图20）。

图20 当前告警统计图Figure 20 Current alarm chart

（2）历史报警。可按时间、设备和报警等级进行组态查询，便于精准定位异常设备的具体故障；首页中加入4台机组分等级的实时报警数量统计表（见图21）。

图21 历史报警统计图Figure 21 Historical alarm chart

（3）ONCALL信息。记录ONCALL短信内容及发送时间，同时可以查看屏蔽的ONCALL信息（见图 22）。

图22 ONCALL信息显示图Figure 22 ONCALL information display

（4）信息发送。暂时具备自动填写数据定时手动发送，后期实现每日自动发送，信息可按每日电量信息、事发处理信息、泄洪信息及历史信息进行分类（见图 23）。

图23 信息发送电能量水情短信图Figure 23 Information transmission electric energy water situation SMS

2.3.7 智能化搜索

借鉴百度搜索功能，智能化搜索可以实现站内所有设备实时状态信息、设备生产指标信息、发电运行信息、历史数据资料等信息的快速检索和智能查询（见图24）。智能查询分为上下两部分：上部显示智能搜索框，根据设备名称检索，检索到设备树中包含的所有信息，点击详情，可查看完整信息；下部显示其他系统链接，如电站Web、内部办公、生产管理、电力市场、电能量采集等系统链接，减少多个网址登录。

图24 智能查询首页图Figure 24 Smart query home page

3 结束语

本文详细介绍了可组态设备一体化管控平台在大岗山电厂的应用，并对平台的建设与应用进行详细描述。平台自上线以来，运行稳定可靠，为电站日常运维和设备管控提供有价值的应用支撑，极大地提升了运维人员的工作效率和工作准确性，提高了电站的设备运行管理水平，具有一定的推广价值。结合大渡河公司智慧电厂实施路线图，大岗山电厂通过该平台的建设，建立了生产数据中心，实现了智能电站多系统联动，建立起了智能电站的运行监测预警平台，接入了大渡河本部的设备与检修平台，基本满足了智慧基础平台的要求，在不久的将来，随着大渡河公司设备模型、检修模型、调度模型、安全模型和运行模型的深入研究和实践，本平台将持续不断的为五大智慧水电模型落地服务。