一种基于云平台的水电厂智能信息预警系统

李 鹤，吴梦婷

（华能澜沧江水电股份有限公司景洪水电厂，云南 景洪666100）

水电厂无人值班是现代水力发电厂的一种新型运行管理模式，建立在电力系统的发展、电力生产相关技术的进步、水电厂运行自动化水平提高的基础上，是计算机自动化的具体体现[1]。处于无人值班运行模式的电站必须具备智能信息预警系统，以保证应急待命人员及其他相关人员能及时可靠自动接收电厂异常或故障报警信息。传统的信息预警系统是基于2G网络开发，以SMS短信方式实现，存在传输通道单一、信息延迟、传输信息数量受限等缺点，不能满足无人值班模式下大中型水电厂需求，因此研究开发一种在智能化、通道配置多样、实时性等方面均能满足水电厂需求的智能信息预警系统显得尤为必要。

1 原信息预警概述

随着现代水电厂无人值班运行管理模式的推行，越来越多的电厂依赖于信息预警系统开展现场安全生产经营活动。基于2G网络的SMS短信预警信息系统为各电厂提供了一个可实现异常或故障报警的平台，在一定程度上提升了电厂的应急处置响应速度，缩短维护人员缺陷处理时间[2]，但是都是基于有人值班模式的，一旦进入无人值班模式，该系统将不能满足现场生产经营的需求。以国内某大型水电厂为例，其投产后的信息预警系统就是采用移动短信猫实现的，至少存在以下几点不足。

1.1 通道单一

该系统仅通过一路移动短信猫进行信息发送，当装置故障时，生产报警信息无法及时反馈到相关运维人员。

1.2 延时高

短信猫发送的特点是通过专用的短信通道逐条发送，仅适用于报警信息较少的系统[3]，当报警信息较多时，信息传输速率会明显降低，导致事故发生后报警信息不能及时发送至生产人员，不利于生产人员及时了解设备运行情况。

1.3 报警信息存在被拦截的风险

当前社会各种诈骗、广告等信息泛滥，许多信息均通过移动伪基站或短信猫大量群发，给社会造成不良影响。对于这种群发信息，运营商通常会采取相应措施进行拦截，当我厂运行设备异常或故障时，各种生产报警信息也会通过短信猫进行群发发送至相关人员手机，基于这种情况，生产信息很可能被运营商误当作垃圾信息拦截。

1.4 传输信息数量受限

该系统仅能处理和传输420条报警信息，一旦超出该数量系统将自动报错退出，而一个大型水电厂的报警信息一般在上万条左右。

1.5 处理信息类型单一

该系统仅能处理开关量报警信号，无法对模拟量、温度量信号进行处理，同时不具备信号综合分析功能，智能化程度低。

1.6 不具备历史数据查询统计功能

该系统仅能实现实时发送预警信息，无法存储历史数据，不具备数据统计和查询功能。

2 智能信息预警系统介绍

水电厂智能信息预警系统是依托于阿里云平台和电厂计算机监控系统相关接口的一款具有针对性、实用性的软件，该软件严格按照电力系统相关标准和二次安全防护管理标准设计和实施，充分保证系统的开放性和安全性，通过计算机监控系统接口获取电厂报警信息，再通过阿里云平台将信息进行分发。阿里云平台作为新兴的大数据平台，提供大数据计算服务、分析性数据库等服务，允许开发者使用相关接口及部署相应程序[4]。

2.1 系统框架结构

该系统框架结构主要分为计算机监控系统信息采集服务、预警分发服务、数据库及文件同步服务、WEB管理后台、即时通信服务等几个模块。该系统的设计构架如图1所示。

图1 水电厂智能信息预警系统构架图

（1）系统最底层监控信息采集服务，采用UDP监听的方式，获取计算机监控系统定时发送的设备状态信息，采集服务进行比对后，将设备状态变的信息通过TCP协议发送给预警分发服务。

（2）预警分发服务根据管理后台设置的发送规则，对预警信息分析后进行分发；并实时记录预警信息；预警信息的分发通过外网服务器信息分发服务进行；预警内网分发服务与外网分发服务通过TCP协议连接，实时传递。

（3）数据库及文件同步服务，用于监控内网服务器数据库变更，实时同步给外网服务器数据库，同步Oncall系统后台上传的点表附件，同步至外网服务器，用于手机端查看。

（4）Web管理后台，用于管理系统通信点表信息、配置各通信点信号发送的重要程度级别、并根据级别设置预警信息发送的规则，如发送时间段、发送条件、采用的发送方式等（含短信、语音通知、手机APP、即时通信消息等）。

（5）即时通信服务；采用阿里云平台进行短信息、语音通知、APP消息发送等；采用腾讯公司的RTX即时通信进行PC端消息发送。

2.2 开发平台及数据库选型

本系统采用C/S和B/S两种架构，内网服务器和外网服务器分别配置了数据库，用于存放接收到的计算机监控系统信息。系统运行时，内网服务器通过与监控系统站内通信机接口实时采集监控系统信息，存于本地数据库，再通过对信息的分析、综合处理后发送至外网服务器，外网服务器通过与阿里云平台接口、RTX即时通信将信息等进行APP消息推送、短消息推送等。

本系统满足电力监控系统二次安全防护要求，在内网服务器与计算机监控系统之间配置了防火墙，在内、外网服务器之间配置了横向物理隔离装置。其网络拓扑结构如图2所示。

图2 水电厂智能信息预警系统网络拓扑图

本系统采用C#、PHP语言作为开发平台，C#语言是一种语法简单，类型安全的面向对象的编程语言，与Web紧密结合，与其他语言兼容性好[5]。PHP语言是一种通用开源脚本语言，支持几乎所有流行的数据库及操作系统[6]。在数据库选型上主要考虑了数据库的维护简单方便，数据存储和传输安全性[7]，易于事故恢复，容量足够，提供实用方便的开发维护工具，且经济性强，综合这些原则，选择了MySQL做为核心数据库。

2.3 系统接口

本系统接口分为数据库同步接口、文件同步接口、预警信息分发接口。

（1）数据库同步接口。接口协议端口8801，数据库同步功能采用TCP协议通过独立端口进行发送。由数据库同步客户端监听日志，获取数据库变更的binlog日志sql文件，发送给外网同步服务器端，外网同步服务器端接收到sql后执行该sql语句。协议发送缓冲区长度：不定长，每条sql语句采用换行符“ ”分隔。

（2）文件同步接口。接口协议端口8802，文件同步客户端监听指定文件夹，监听文件的创建、变更和删除事件。并根据事件发送相应的变更指令和文件数据，由外网同步服务端进行接收。

（3）预警信息分发接口。接口协议端口8800，消息分发功能采用TCP协议通过独立端口进行发送。分为短消息、语音信息、APP消息、PC消息。

3 智能信息预警系统功能

本系统功能分为预警信息管理和系统设置管理2大模块。

3.1 预警信息管理

预警信息管理模块主要用于实现按不同的设备将预警信息进行分类，对预警信息设置不同的预警级别，对预警信息设置不同的推送方式，历史信息查询，预警信息综合分析处理及预警信息导入导出功能。

3.2 系统设置管理

系统设置管理模块主要用于实现用户管理、用户分组管理、值班设置、组织机构设置、系统参数设置功能。

4 智能信息预警系统特点

（1）系统实时性高。采用RTX即时通信和阿里云平台两种通信方式相结合，同时进行APP信息推送和短消息推送，彻底解决了基于2G网络的SMS短信息推送延迟高的问题，满足了无人值班模式水电厂对于预警信息实时性的要求。

（2）系统兼容性好。系统采用模块化开发，向上兼容多种监控系统，并同时提供开放式接口，可实现与其他系统，如OA、ERP、MIS等系统的无缝对接。

（3）系统通道配置多样。该系统配置了网络通道、移动/电信4G通道，解决了原有系统仅依赖于一路移动短信通道的弊端。

（4）系统智能化程度高。该系统在采集了监控系统信息后，可实现对信号的综合报警、分级发送、人员配置、图纸关联、自动过滤、延迟触发、信息及语音推送等功能。系统不仅能处理开关量报警信号，还能处理模拟量、温度量信号。

（5）系统容量大。该系统可同时满足10万点以上的信息处理和存储，满足无人值班模式水电厂对于预警信息存储性的要求。

（6）具备历史数据查询功能。该系统能够满足3年内的历史数据查询，用户可根据关键字、时间段、特定预警信息、接收人员等进行多种不同查询方式。

5 软硬件运行平台

水电厂智能信息预警系统要求的软硬件环境如下：

（1）硬件环境。服务器：一般的机架式服务器即可，（8 G内存、500 G硬盘，双供电配置）；网络硬件：TCP/IP网络，配置双网卡；防火墙：一般的防火墙即可；横向物理隔离装置：满足国家二次安全防护要求的产品即可。

（2）软件环境。服务器：Windows 2008 64位操作系统，MySQL5.1及以上版本数据库及相应数据库管理工具。手机APP终端：IOS或Android系统均可。

6 智能信息预警系统应用效益及意义

本智能信息预警系统主要基于云平台和计算机监控系统开发，采用UDP监听的方式，实现了预警信息的智能化、实时性和高效率，帮助运行维护人员第一时间掌握现场安全生产状况，提高人员应急处理能力，对无人值班模式下的大中型水电厂具有十分重要的作用。

目前，该系统已经在国内某大型水电厂上线运行近一年时间。根据运行数据统计，预警信息的实时性由原来的30 s左右延迟缩减到了2 s左右延迟，效率提高了15倍，明显提升了水电厂现场的安全生产把控和事故应急处理能力。

7 结语

无人值班管理模式是今后水电厂运行的发展方向，智能信息预警系统可以为处于无人值班模式下的水电厂安全运行提供技术保障。如何提升信息预警系统的智能化、实时性、兼容性是困扰水电厂运维人员的一道难题。基于云平台开发的信息预警系统很好的解决了这道难题，在智能化、实时性、兼容性方面远远超过传统的SMS短信息预警系统，对现场安全生产有良好的实用性，对水电厂提高安全生产效率起着积极和有益的作用。