水电数据在远程终端应用的系统部署探讨

李宏博

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 广元， 628400)

1 研究现状

水电机组是一个水力、机械、电气三者耦合的高度复杂的非线性旋转机械设备系统，受诸多因素的影响，其产生的故障往往具有复杂性、相关性、延时性以及不确定性等。复杂的结构及组成部件高度的集成化使得水电机组运行过程中的故障率本能地提高，故障类型也复杂，实际生产中发生的故障也是多种多样的。水电机组集控运行的发展使几十年来的水电厂运行方式发生了改变，少人值班、无人值守的电厂模式逐步形成发展趋势。为确保水电机组和电网的安全稳定运行、保障人员的安全、增加发电效益，远程手机APP监控的应用可有效地弥补现场人员技术不足，远程数据监视对现场人员技术的支持能提供有效的帮助，保障电厂的安全运行，本文主要以机组在线监测系统为例进行探索分析。

2 系统构成

机组在线监测远程监控系统由传感器、数据采集单元、服务器及相关网络设备、软件等组成。机组在线监测系统采用分层分布式结构，按层次划分为电站层(上位机系统)和现地层两级。电站层设备包括状态数据服务器、WEB服务器、工程师站显示器和网络设备等，全厂3台机组共用1套，安装在地面中控楼计算机室；现地层设备包括机组现地在线监测数据采集单元、各种传感器、通讯接口、附件设备等，安装在现地数据采集站内。

每台机组现地层设备设一个数据采集站。每个数据采集站设备集中组屏在1面标准机柜内，机柜布置在发电机层各机组段机旁。数据采集站负责对机组的振动、摆度、压力脉动、机组工况参数等信号进行数据采集、处理、分析，以图形、图表、曲线等直观的方式在显示器上显示，同时对相关数据进行特征参数提取，得到机组状态数据，完成机组故障的预警和报警，并将数据通过网络传至状态数据服务器，供进一步的状态监测分析和诊断。

状态数据服务器用于存储、分析、管理从各数据采集箱传送过来的机组实时状态数据、历史状态数据及各种特征数据，进行数据分析及故障诊断。在状态数据服务器上可实现对机组状态的监测、分析与诊断。

WEB服务器负责发布机组在线监测系统的各种数据及分析诊断结果，承担与电站生产信息管理系统的数据通信。WEB/应用服务器可通过广域以太网将数据进行发布，实现远程诊断。

全厂设置一台工程师工作站，用于系统的配置、系统的开发、完善及后期的扩展维护等工作。

电站层设备和现地层设备之间采用星型以太网络结构，网络介质为光纤，并满足工业通用的国际标准IEEE 802.3 TCP/IP规约和网络防护要求规定。

图1 网络拓扑

3 保障设备远程应用安全的主要配置

3.1 网络隔离装置

由于机组在线监测系统与电站生产信息管理系统及因特网属于两个不同的安全区，根据电力二次系统安全防护总体规定，在机组在线监测系统与电站生产信息管理系统及因特网之间必须安装网络安全隔离设备。网络安全隔离设备一般安装于机组在线监测系统网络与WEB服务器之间，用于实现机组在线监测系统与电站生产信息管理系统及因特网之间的物理隔离，其中机组在线监测系统网络为内网，电站生产信息管理系统为外网，机组在线监测数据只能由内网向外网单向传送。

装置除采用基本的防火墙、代理服务器等安全防护技术之外，还需采用“双机非网”的物理隔离技术，即装置可以阻断网络直接连接。两个网络不同时连接在设备上；可以阻断网络逻辑连接，即TCP/IP必须被剥离，将原始数据非网方式传送；隔离传输机制具有不可编程性；任何数据都是通过两级代理方式完成；具备对数据的审查功能，数据不具有攻击及有害的特性；具有强大的管理与控制功能，实现国网中心的安全防护要求的两种通讯模式：完全单向通讯方式(UDP)和单向数据1Bit返回方式(TCP)。

3.2 硬件防火墙

系统配置需1个硬件防火墙，安装在状态数据服务器和计算机监控系统之间。在硬件上采取物理隔离措施；在软件上，采用综合过滤、访问控制、应用代理技术实现链路层、网络层与应用层的隔离，在保证网络透明性的同时，实现对非法信息的隔离。硬件防火墙至少可实现如下功能：支持透明连接、支持状态检测、IP/MAC地址绑定、地址转换、身份验证、日志审计等。

3.3 WEB服务器

WEB服务器负责机组在线监测系统与云端的通讯，WEB服务器需存储与状态数据服务器同样的数据。通过WEB服务器，机组在线监测系统可将本系统的数据通过Internet发送给云终端，使相关技术人员通过访问云终端来实现远程数据查看和分析的功能，WEB服务器和数据服务器采用同样的配置。

在现场机组在线监测系统网络结构中，WEB 服务器主要负责将在线监测系统的数据在 MIS 网上发布，因此，通常直接与电厂局域网连接， WEB 服务器类似于电厂局域网上的一个工作站。为了实现发送在线监测数据，本系统只需要在 WEB 服务器上安装一个发送程序，该程序采用专用的端口，只能向外发送数据，而不能接收任何信息，因此，不会影响 WEB 服务器的安全运行。事实上局域网上的任何一个工作站都可以用于发送远程数据，另外，还可以将 WEB 服务器中与在线监测系统无关的端口进行屏蔽，进一步加强 WEB 服务器的安全。WEB 服务器和现地在线监测网络通常配置网络单向隔离装置或硬件防火墙，因此更不会影响到在线监测网络安全和机组稳定运行。

4 远程终端的应用

4.1 实时监测

可以对振动、摆度、轴向位移、压力脉动、空气间隙、局部放电以及工况参数等进行实时监测，系统提供曲线图、数值表、棒图、波形图、频谱图等多种可视化图表供用户选择，可从不同角度、不同层次对机组状态进行监测，随时随地把握机组运行状态。

图2 工况一览

图3 工况监视

图4 数值表

图5 波形频谱

4.2 数据分析

系统提供轴心轨迹图、趋势图、相关趋势图等专业工具，可以对历史数据进行分析，便于用户深入了解机组状态，优化机组运行，指导机组检修。

4.3 事件推送

系统可将预警、告警信息实时推送到移动终端，及时提醒用户关注机组状态变化，预防事故发生。系统同时也提供查询历史事件信息功能。

4.4 系统自诊断

通过移动APP，可以实时监测机组状态、监测系统本身的状态，包括传感器状态、采集装置状态、系统网络状态、软件运行状态等，及时发现系统运行过程中的缺陷，确保系统长期、稳定运行。

5 与厂站控制系统关联的考虑

5.1 与监控系统通讯

进行软件设计时需考虑与监控系统的通讯，可以接收监控系统传送过来的相关工况参数(如转子电流、转子电压、瓦温等)，并将数据传送到系统分析软件中参与分析。与监控系统通讯的方式采用RS232/RS485串行通讯或TCP/IP以太网方式。

5.2 与其他系统信息共享软件

系统需考虑电站主变在线监测系统、GIS SF6气体在线监测等系统的通讯接入，集成相关监测数据到系统中，实现数据全面分析。

6 总结

智慧电厂是通过采用先进的信息技术，实现人、技术、经营目标和管理方法的集成，解放现场技术劳动力，使设备更加稳定地实现安全运行，创造效益最大化。设备远程终端的发展是智慧电厂发展必不可缺的重要环节，电厂的数据较多，在进行远程终端数据选择时要从时效性、可靠性进行考虑。远程终端一方面的使用考虑作为未来大数据发展分析的使用，在APP的终端使用方面应更多地考虑信息的综合性，例如厂站监控信息、机组状态信息、工业视频图像等，以协助现场设备管理，及时协助处理、解决现场故障，实现技术共享，有效解决现场人员技术不足的发展需求。