银盘水电厂机组状态监测系统远程监控技术改造的应用与分析

唐亚波 谢京洪

摘要：文章从银盘水电厂机组状态监测系统现有结构出发，分析了进行状态监测系统远程技术改造的实施要点，着重对改造的核心技术如实时数据库技术、数据远程传输技术、异常自动识别技术等进行阐述。

关键词：水电厂；状态监测；远程监控；数据远程传输；技术改造；水电机组

中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）08-0035-03

银盘水电厂地处重庆市武隆县，是乌江干流水电开发规划的第十一个梯级，安装4台150MW轴流转桨式水轮发电机组，是发电兼顾彭水水电厂的反调节任务和渠化航道的枢纽工程。水电厂机组状态监测系统是监视、预测和分析诊断水电机组运行过程中的故障现象的重要电气设备。银盘水电厂机组状态监测系统由传感器、数据采集单元、服务器及相关网络设备、TN8000软件等组成。为了充分利用湖南电力试验研究院的专家组力量，通过应用状态监测系统远程监控技术，将银盘水电厂1-4号机组的振动、摆度等机组状态数据实时发送至湖南电力试验研究院，迅速组织专家对机组故障进行分析和诊断，从而避免破坏性事故的发生。本次技术改造将对保障银盘水电厂机组安全稳定运行起到积极的作用。

1 远程监控改造前银盘水电厂状态监测系统

结构

银盘水电厂状态监测系统分为上位机、现地数据采集站、传感器三层结构。

1.1 上位机

1.1.1 状态数据服务器。状态数据服务器采用IBM X3400服务器，用于存储和管理从各数据采集站传送过来的机组实时状态数据、历史状态数据及各特征数据。

1.1.2 WEB服务器。WEB服务器采用IBM X3400服务器，负责将状态监测系统的数据发送给MIS系统，并能在MIS系统中进行数据浏览和查询。

1.1.3 工程师工作站。工程师工作站采用DELL 380MT系列工作站，供现场工程师监测和分析机组的有关信息。

1.2 现地数据采集站

主要由TN8000数据采集箱构成，负责各种信号的采集、存储和数据处理，并进行实时监测和分析，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，并将数据通过网络传至数据服务器，供进一步的状态监测分析和诊断。

1.3 传感器

1.3.1 摆度和键相传感器。测量大轴摆度的电涡流传感器采用德国申克公司的IN-081一体化涡流传感器。

1.3.2 振动传感器。测量上机架、下机架、顶盖和定子机座的振动传感器采用北京豪瑞斯公司生产的低频速度传感器，型号为MLS-9H（水平）和MLS-9V（垂直）。

1.3.3 压力传感器。监测蜗壳差压的差压变送器选用美国ROSEMOUNT3051CD差压变送器。各压力（脉动）传感器采用瑞士KELLER公司的21R系列压力传感器。

1.3.4 空气间隙传感器。用于监测发电机定转子之间空气间隙的传感器由平板电容传感器和信号调理器组成。

1.3.5 局放监测装置。局放监测装置采用加拿大IRIS公司的HYDROTRAC系统，包括电容藕合传感器、HYDROTRAC在线局部放电监测仪。

2 远程监控改造后系统结构及改造实施要点

2.1 改造后状态监测远程监控系统结构

改造后状态监测远程监控系统由电厂侧监测层、数据中心服务器层和数据应用层三层结构构成。

2.1.1 电厂侧监测层。电厂侧监测层即由上位机、现地数据采集站、传感器三层结构构成的电厂侧状态监测系统，电厂侧监测层负责采集1-4号机组的状态数据并进行处理后通过WEB服务器实现与数据中心服务器层的数据交换。

2.1.2 数据中心服务器层。数据中心服务器层由一台IBM X3650服务器构成，安装于湖南电力试验研究所内，该服务器托管于INTERNET骨干网，主要用于接收电站WEB服务器发送上来的机组实时状态数据，并集中存储形成机组状态数据的历史数据库。数据中心服务器同时具备数据发布的功能，终端用户只要具备上网环境就可以随时随地访问该数据服务器数据。

2.1.3 数据应用层。数据应用层即终端客户端，通过从数据中心服务器获取电厂状态监测数据进行分析和处理。

2.2 改造已经具备的条件

银盘水电厂目前安装的TN8000机组状态监测系统已经具备了数据远程监测的基本条件，只需要将WEB服务器开通访问INTERNET，安装相应的软件，并在湖南电力试验研究院设立相应的中心数据服务器即可。

2.3 改造需要增加的设备

2.3.1 数据中心服务器。湖南电力试验研究院需要增加一台数据中心服务器。

2.3.2 租用电信带宽。租用电信公司带宽（4M），连接电厂侧WEB服务器和湖南电力试验研究院数据中心服务器，将数据从电厂传送到湖南电力试验研究院。

3 状态监测系统远程监控技术改造核心技术

3.1 实时数据库技术

对状态监测系统远程监控中心而言，数据存储和管理策略是需解决的核心技术。笔者认为关系数据库（sqlserver或者oralce）无法满足机组状态监测系统远程监控中心的数据存储需求。原因有以下两点：

3.1.1 关系数据库主要的功能定位在于管理静态信息之间的关联性，主要应用在信息管理系统、财务系统等静态信息应用系统中。工业现场传感器产生的数据的是以时间为序的序列动态数据，用处理静态信息的关系数据库来存储传感器产生的动态数据显然不合适。传感器24小时分分秒秒都在产生新的数据，关系数据库无法大量存储这些数据，只能采用间隔时间稀释数据的办法，人为地丢弃部分数据，客观上无法避免地造成了关键数据的丢失。

3.1.2 关系数据库的查询功能无法满足时序动态数据的查询要求。由于关系数据库的设计功能定位本来就不是处理工业现场传感器数据存储的，因此机组状态监测系统使用关系数据库就会使单个数据表的数据容量巨大，关系数据库能够高效地检索多表之间的关键字关联信息，但是对单个数据容量太大的表，其信息检索性能会大大降低，这就是在使用某些系统进行历史数据查询时系统长时间没有响应的原因。

所以要想长时间存储监测数据并且获取较高的检索效率，最佳方案是采用“实时数据库”。

银盘水电厂状态监测系统采用的具有高效压缩比的TN8000Real实时数据库，能够适应状态监测系统远程监控的数据存储要求，现场数据以平均2秒的间隔发送，中心数据库对数据不做任何人为稀释丢弃处理，全部存储下来，以备后续的数据挖掘应用。

TN8000Real实时数据库具有以下特点：

（1）实时数据库的TAG容量可达100000点，存储周期可以达到1秒，以每台机800个点计算，至少可存储100台机组的数据，可满足中心所属电站的数据存储需要。

（2）数据压缩和存储效率高。按1台机组稳定性参数40个测点计算，采用连续存储方式，利用原始数据压缩技术压缩后而未经过实时数据库压缩前的1台机组年数据量约为80G，经过实时数据库压缩后，1台主机的年数据量约为20G。

（3）实时数据库TAG点表根据电厂和机组的序号自动生成，不需人工逐一创建。实时数据库内嵌1个关系型数据库，可便于检索和查询。

（4）实时数据库占用的CPU的资源比较少，一般的负荷仅为CPU的5%～10%。

（5）实时数据库数据读取效率高，在10M以太网环境下测试，客户端随机读取实时数据库的测点10000条记录，平均读取时间小于2秒。

（6）实时数据库系统提供开放的数据接口，可便于其他系统实现数据共享和调用。

3.2 状态监测数据远程传输技术

银盘水电厂状态监测系统远程监控技术改造项目在数据远程传输方面有两项关键技术：

3.2.1 Base To Base。数据库对数据库的动态镜像传输技术。电厂侧数据服务器和中心侧数据服务器都装有TN8000Real实时数据库，并且其测点一一对应，只有当电厂侧某个测点的数据发生变化时，该测点的数据才会被发送到中心侧的数据库上，否则数据不会发送。这种机制保证了系统数据对网络带宽的最小占用，是专门针对广域网数据集成的效率最高的数据处理技术。

3.2.2 数据双重压缩技术。TN8000系统根据机组状态数据的特性，对数据进行压缩处理，即原始数据压缩和实时数据库的数据压缩。经过双重压缩处理后的数据在保证数据不失真的前提下，使数据占用的存储空间减少至20%左右，为远程中心的大规模数据存储提供了必要的技术

条件。

3.3 中间件技术

TN8000系统采用中间件技术进行数据的读取和预处理。传统的B/S和C/S模式由于客户机和服务器直接连接，服务器将消耗大部分资源用于处理与客户端的连接工作和频繁应付客户端的连接请求，从而降低了系统处理能力，导致系统整体运行效率大幅度降低。中间件主要用于在客户端和服务器之间传送数据、协调客户与服务器之间的数据交换、实现跨平台和语言的无障碍通讯。

3.4 TN8000远程系统异常状态自动识别技术

TN8000远程监控系统能自动根据监测数据对联网机组异常状态进行识别并对异常状态进行报警，便于试验研究人员对机组故障或缺陷进行早期识别，避免机组状态进一步恶化。

TN8000远程监控系统采用多种预警技术用于识别机组运行状态和及时发现故障早期征兆，主要包括矢量靶图报警、频谱靶图报警和趋势预警等方式。系统预警技术基于按工况分类（负荷、水头等）的样本数据，并结合了来自于计算机监控系统的其他工况参数，可避免误报和漏报，具有很好的实用性。TN8000远程系统发现异常后，可通过显示界面进行提示，并可通过配置相应的设备以短信方式第一时间通知相关人员。

4 结语

银盘水电厂通过实施状态监测系统远程监控改造后，将机组状态监测数据及时送至湖南电力试验研究院进行专家会诊，能够及时识别机组的状态、发现故障的早期征兆，对故障原因、严重程度、发展趋势做出准确判断，可及早消除故障隐患，避免事故的发生。同时通过对设备健康状态进行全面的评估与判断，做出合理的机组检修安排或建议。因此银盘水电厂进行本次改造对于提高机组运行的安全可靠性，降低维修成本，延长设备使用寿命，提高电站的经济效益和竞争力，提升水电厂现代化管理水平，有着非常重要的意义和作用。

作者简介：唐亚波（1987—），男，湖南人，重庆大唐国际武隆水电开发有限公司助理工程师，研究方向：水电厂机组状态监测系统、水电厂自动化。

（责任编辑：文 森）