水电厂实时系统.docx
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水电厂实时系统
项目名称
生产实时监测系统
项目编号
SCSS-2006
文档编号
KY-03
完成日期
二○○七年一月三十日
广东省粤电集团有限公司
水电厂生产实时监测系统方案
目录
1、必要性分析
1.1实时信息利用的主要问题
随着集团公司所属各发电企业生产自动化控制水平的不断提高，各水电厂的生产实时控制系统如监控、防汛调度决策、电能计量、大坝观测自动化等逐步完善，为及时、准确掌握电厂实时生产信息并合理调整运行方式，提高电厂的安全生产水平和经济效益发挥了重要作用，但对这些生产实时信息的利用上还存在以下一些问题：
1.1.1实时信息利用范围小
电厂各自动化系统大都运行在生产现场，中心控制室等地也可以通过运行终端进行监视。
根据国务院30号令要求，自动化控制和管理网络之间必须以单向数据传输的物理隔离网闸进行隔离，否则将带来严重的安全隐患。
因此，在电厂办公楼（特别是部分水电厂的厂区和办公楼相距较远）甚至是生活区需要监视生产实时信息时，就需要单独组建一套与MIS网络相互隔离的专网，与自动化控制网络连通以单向传输实时数据，不仅带来重复建设，还将带来额外的维护工作。
而在集团公司层面，则几乎无法组建这样一套专网，因此集团公司本部各领导和专责很难及时有效地掌握各电厂、机组的实时生产状况。
1.1.2实时信息分散无序
电厂各自动化系统根据各自的关注重点，分别建立了一套测点和计算点，并进行数据采集和处理。
这种自动化系统按专业划分，各系统间可能有实时指标的交叠和重复，并且各自采用的技术方法如主机、通讯、数据库和软件开发/操作模式等都有差异。
因此，如何将这些无序分散于各系统中的实时指标，基于一个统一的实时数据库，整理成一套厂级的、完整的体系并加以综合利用，就成为发电厂和发电集团急待解决的一个问题。
1.1.3实时信息利用率较低
当前，分散于各自动化控制系统的电厂生产实时数据一般只能由本系统来调用，这些系统受操作人员范围、专业范围、技术平台和信息安全等的局限，即使管理人员可以查询一定数量的专业信息，也没有对更多的实时数据加以深层次的综合利用，造成了对信息资源一定程度上的浪费。
1.2发电业务经营管理的需求
1.2.1安全、经济生产的需求
安全生产是发电企业的首要工作，而对生产设备的运行状况进行长期、全面、准确地分析和预测，并合理制定运行方式，则是减少事故和故障发生的重要途径。
通过本系统的建设，可以将原本分散的各类生产实时数据集中采集并整理为厂级，甚至集团级的实时指标体系，提供给范围更广的人员进行分析和决策。
1.2.2电力市场的需求
随着南方电力市场的逐步开展建设，集团公司面临的电力市场竞争将日趋激烈，电厂所采用的竞价策略将直接影响到电厂和集团的经济效益。
目前，集团公司的电力市场辅助决策分析系统正在准备开展建设，为满足这种分析需要，集团公司迫切需要建设一套集团化的，及时、稳定、准确的生产实时数据采集、存储、处理和展现平台。
1.2.3集团集约化管理的需求
目前，集团公司应对下属各电厂突发事件的手段一般依靠下属单位的事后报告，不仅时常因处理不及时带来不必要的额外损失，也带来一定的管理漏洞和安全隐患。
因此，对于发电集团而言，全面及时掌握所属各电厂、机组的实时工况，并对各类突发事件进行协调处理，对提高集团的集约化、规范化安全管理水平具有重要意义。
同时，如何利用集团优势，根据全集团范围内的各电厂、机组的实时生产工况，结合电网和市场状况，统筹、灵活、及时地调整竞价和生产策略，也是争取集团利益最大化的一个重要手段。
1.3实时信息获取的途径现状
1.3.1电厂获取实时生产信息途径
对已建实时生产WEB系统的电厂，可在管理信息系统网络上登陆各专业的WEB系统查询，查询数据繁琐不便，数据没有得到综合利用。
对没建实时生产WEB系统的电厂，只能通过值班人员或管理人员亲自至现场查询，有时存在值班人员对所需数据理解不到位，所查数据有出入的现象，或当急需数据时不能及时响应的情况。
1.3.2集团获取实时生产信息途径
1.3.2.1电能采集计量系统
由集团公司在2005年统一建设，覆盖所属各电厂。
基于各电厂的关口表，统一设置采集装置向集团公司本部周期发送电量数据。
该系统采用网络和拨号两种通讯方式，除个别单位外，电量数据的采集基本正常，经处理可以作为电量结算的辅助对帐参考。
但是，系统的图表结合展现和分析方法严重缺乏，对数据的利用效率不高。
1.3.2.2水情测报系统
2006年开始建设，预计2007年全部建设完成，主要实现各水电厂的主要水情指标采集和展现。
该系统不能覆盖到水电厂生产工况的全部方面，并且由于开发所采用的技术路线原因，该系统在应用和集成方面将受到一定制约。
1.3.2.3中调实时WEB系统
该系统是从中调获取的基于WEB方式的电厂、机组实时负荷的展现系统。
随着电力市场的逐步规范化运作，该系统将来可能会不再开放给我们。
并且，中调不承担为我方维护该系统的义务。
事实上，近期来，该系统运行不稳定的情况时有发生。
2、系统建设目标和范围
2.1系统建设目标
本系统是集团公司本部及各所属电厂采集、存储、处理、展现和分析利用生产实时数据的平台，至少应实现以下目标：
2.1.1建立生产实时数据采集平台
（1）分析研究集团所属各类水电厂对生产实时信息的需求情况和利用方法，建立一套集团统一的生产实时指标体系标准，并依据该标准设计出实时数据库的主要数据结构，同时保留可扩充性。
（2）在电厂侧，建立起基于实时数据库的生产实时数据采集、存储和处理平台，用于有体系地长期保存来自各类生产实时控制系统的数据。
（3）在集团侧，根据集团公司管理需求制定数据接口标准，从各电厂实时数据库中提取部分数据，并进行长期存储和加工处理。
2.1.2建立各级生产实时监测系统
（1）在各水电厂，以建立的实时数据库为基础，建设厂级生产实时监测系统。
（3）在集团公司本部，以抽取上来的统一格式的各厂实时数据为基础，建设集团生产实时监测系统，成为集团公司未来的生产监测指挥中心。
2.1.3为电力市场辅助决策系统提供所需信息
各单位结合本单位的电力市场辅助决策支持系统建设，为其提供部分生产数据和展示分析结果。
2.2系统建设范围
（一）覆盖集团公司下属所有水电厂及集团公司本部。
（二）在电厂侧，基于实时信息的应用软件主要包括厂级实时监测系统及厂级电力市场辅助决策支持系统，每个电厂注册访问人数约为50人左右。
（三）在集团公司本部，基于实时信息的应用软件主要包括集团生产实时监测系统及集团电力市场辅助决策支持系统，注册访问人数为50人左右。
3．系统结构
3.1系统结构图及功能说明
实时信息系统是一套描述电厂生产实时信息的完整的、标准的实时指标体系，能对电厂实时信息进行采集、传输、处理、分析的分布式、准实时系统，实时数据同时应支持厂级电力市场辅助决策支持系统。
整个系统由设在集团本部的中心站、电厂分站通过集团公司的OA通讯网络组成。
电厂分站系统的硬件配置可根据系统安全要求采用双机或单机配置，如附图1，分站系统具体实施过程中根据功能分配可以增加或减少若干硬件，但必须满足II、III区之间正向隔离的要求，以保证生产系统的安全性。
附图中各硬件设在III区，功能如下：
厂级实时数据库：
用来存放所有的实时和历史信息；
厂级实时监测系统：
存放需向客户端提供服务的应用程序，实现对这些应用程序的集中统一的版本管理、权限管理、安全操作控制、维护与发布管理；向用户提供包括各种专业监控、分析、统计信息、普通用户信息浏览等；
厂级电力市场辅助决策支持系统：
厂级电力市场辅助决策支持系统通过综合运用实时采集数据、厂级生产及经营管理信息及电力市场运营信息，在确定发电生产成本的基础上，动态监视并分析预测电力市场运行趋势，辅助提供竞价决策方案报价及工具。
与集团总部实时通讯服务器：
监控实时系统的运行及故障报警，负责与集团本部的信息通信，负责与电厂各实时系统的信息通信。
运行管理终端兼通信服务器、水情WEB服务器、电能计量服务器兼通讯机、大坝观测服务器兼通信机，继电保护WEB服务器兼通信机：
是各实时系统的服务器或是该系统在安全III区的镜像服务器，负责实现各系统I、II区向III区单向传送数据的接收；负责各专业实时数据、计算后数据、统计分析数据、静态数据的存贮，是厂级实时系统各专业实时数据的分布数据库；负责整理各系统的厂级实时数据；负责与厂级实时数据库通信向厂级实时数据库提供数据。
以上服务器要求24小时长时间不间断运行。
实时系统的实时信息和非实时信息、各专业在III的镜像服务器、各专业在I、II区的信息应一致；
I、II区向III区的单向数据传输，可以进行按照数据分类的自动传输和手动传输配置，并有实现III区数据初始化和进行III区数据与II区数据一致的专用工具。
3.2系统总体要求
系统硬件应采用性能可靠、工作稳定的计算机硬件系统。
系统硬件和有关的接口设备技术性能指标符合国际工业标准，并能充分满足故障信息采集、管理和分析应用系统的功能要求和业务范围内的特殊功能要求。
本系统软件应建立在统一而完整的数据库平台上，通过数据库接口软件和用户接口软件在统一的图形界面和用户浏览器窗口下可以进行集中的数据库管理、实现各种计算、统计分析和管理功能。
支持系统和数据库等采用商用软件。
本系统在进行系统结构设计时，应预留标准接口，以便为其它系统提供数据发布和资源共享。
本系统因规模扩大需要增加设备、软硬件升级需要更新时，应能满足该系统在线过渡和升级，即不影响该系统正常运行及正常运行必须具备的功能；至少应满足无损过渡和升级，即不影响可能获得信息及历史信息发生不可修复的更改、缺失、毁灭。
在系统正常运行期间，集团本部中心站、电厂分站、各专业在III区的镜服务器、I、II区各专业系统的任何故障均不应引起其他系统或整个系统的正常运转。
装置的硬件和软件应连续监视，如硬件有任何故障或软件程序有任何问题应立即报警。
3.3配置方案
电厂实时系统分站处于III区的管理信息系统网络中，各通信、实时数据库、厂级实时监测系统处理服务器直接接入该以太网。
与集团中心站数据通信通过集团OA通信网通信。
各I、II区的专业系统通过电力专用隔离装置向该系统III区的镜像服务器兼通讯机提供数据和信息，数据信息为单向流通。
根据实际情况决定采用双机冗余或是单机配置的通信服务器、实时数据库服务器和厂级实时监测系统服务器，但单机系统软件设计时必须考虑到向双机系统的过渡方案。
通信服务器与实时数据库服务器分离考虑。
厂级实时监测系统存放需向多客户端提供服务的应用程序，利用工作人员的工作站进行安装调试和日常的维护工作。
（应考虑取消目前各系统都有该系统III区的镜像服务器的现状，采用厂级实时数据服务器为各系统在III的镜像服务器。
）
3.4系统软件配置要求
系统软件：
操作系统、数据库等。
应用软件：
实时系统中有着大量的各式各样的数据，这些数据来自电厂水情系统、监控系统、电能计量系统、大坝观测自动化系统、电厂设备巡检系统部分数据及继电保护等其他数据源系统等的实时数据与管理信息系统的非实时数据；有作为历史资料长期保存的历史数据；各种计算数据及系统设备运行状态数据；各种应用使用和生成的数据。
同时必须将集团需要的实时信息上送至集团本部。
实时系统的主要目的是为电厂提供实时数据的统一管理、为有关统计数据提供统一的数据平台，同时对运行设备进行健康状况分析的非实时平台，因此应用软件应有数据采集管理、通信管理、系统运行监视、实时信息管理、用户管理、统计分析与查询、事故隐患过程分析、Web功能、系统维护管理、外部数据接口、远程诊断等。
系统至少应具备不同专业系统接入、集团本部中心站－电厂分站系统互联、公共数据服务接口等基本能力，在此基础上，建立实时系统的应用管理功能。
系统设计总的要求如下：
无论该系统出现何种情况，本系统应绝对不能影响集团本部中心站、其他电厂分站、各专业在III区的镜服务器以及其他系统的安全、可靠及独立运行。
系统应能同时考虑公司领导及管理人员、专业人员和普通用户的需求。
系统具有良好的健壮性，能够长期稳定运行，界面友好，对偶然的误操作给出告警，并且不会由此导致不可恢复的错误。
系统应具有良好的可扩展性，能够根据用户的需求方便地进行功能扩展，如报表输出，管理功能增加等。
图1电厂分站系统结构图
4．系统功能
系统总体功能结构图如下图：
厂级实时系统应具备良好的可扩展性和易维护性，能同时连接多个不同厂家的不同专业的实时系统数据。
4.1对监控系统要求
监控系统是南瑞自控公司的产品，数据库为SQLSERVER，在管理信息系统侧有运行管理终端配套产品，他作为电厂机电设备自动化系统III区管理信息系统侧的数据镜像服务器，不仅拥有当前的各种实时数据，而且具有此类数据的统计管理数据。
4.1.1总的数据要求（监控系统数据库中的所有数据）如下：
机组运行工况：
机组当前工况、机组工况时间统计、AGC运行时间统计、AGC非AGC运行调节次数统计（目前没有）、运行机组负荷所在区间统计、开停机次数
开关、设备运行状变数据（包括开出量数据）、开关动作次数、压气机及油泵运行次数、运行时间、运行总时间、运行平均时间
电气量数据：
有功、无功、电压、电流、频率及他们的最大值、最小值、平均值
模拟量非电气量数据：
气压、油压、水压、油位、水位、机组振动、摆度。
各种温度数据及他们的最大值、最小值、平均值
顺控流程开出过程（目前监控系统不符合要求）、系统自诊断记录
事故追忆数据
综合模拟量、开关量数据
中调下达的负荷记录（目前监控系统中没有）。
各种设备检修点的自动设置（用于区别比较检修前后的数据变化）。
4.1.2数据分类：
4.1.2.1实时数据：
机组当前运行工况
设备运行状变数据（中断、开关量、开出量））
电气量数据：
有功、无功、电压、电流、频率
模拟量非电气量数据：
气压、油压、水压、油位、水位、机组振动、摆度。
各种温度数据：
变压器、发电机、轴瓦温度
一览表：
顺控流程开出过程、系统自诊断记录、事故、故障、状变、越复限、操作、按时间顺序的一览表信息。
事故追忆数据
综合模拟量、开关量数据
中调下达的负荷记录（现监控系统中没有）。
4.1.2.2统计数据：
机组运行工况：
机组工况时间统计（检修、空转、空载、发电、进相）、AGC运行时间统计、AGC非AGC运行调节次数统计、运行机组负荷所在区间时间统计、开停机次数，PSS投入时间，他们包括各台机组、全厂统计，表现为日、月、年及到目前为止的统计
开关动作次数、压气机及油泵运行次数、每次运行时间、运行总时间、运行平均时间，表现为日、月、年及到目前为止的统计
电气量数据：
有功、无功、电压、电流、频率的采样值、最大值、最小值、平均值
各种温度数据的采样值、最大值、最小值、平均值
继电保护及安全自动装置运行情况：
发电机、主变、线路、母线、厂变等保护、低周减载、高周切机、线路过流切机、线路重合闸、厂用电自动投入装置、录波器等，表现为月、年及到目前为止的应投入时间、实际投入时间、投入率
自动装置运行情况统计：
机组的压油、进水口闸门、漏油泵、过速保护、励磁、PSS、调速、同期、主变冷却器、高压气机、低压气机、集水井自动装置，表现为月、年及到目前为止的应投入时间、实际投入时间、投入率
自诊断运行情况统计：
中断运行时间、故障率、运行时间、可用时间，表现为日、月、年及到目前为止的统计
开关变位数据统计：
能灵活统计一段时间的变位次数、故障时间
4.1.2.3存储密度要求
实时数据：
可选以5或10秒为采集周期。
历史数据：
电气量数据、模拟量非电气量数据、各种温度数据，可选以30秒或1分钟为最小存储时间点。
4.1.3数据表现形式
数据的主要表现形式有：
实时监视图，原始数据以报表、图形简单展现及纵横向比较，复合检索
4.1.3.1实时监视：
电厂运行监视
正常情况下，可对电厂机电及其辅助设备的实时运行状况进行监视，对运行设备的参数进行查询。
可监视电气一次接线图、油水风系统图、厂用电系统图、地区结线图、发电机线圈、铁芯、轴瓦温度图等，在图上除可简单显示主要参数外，通过图形化管理和图形化信息发布方式，通过点击接线图（或水情图中）上的任意一个设备或站点，可调出该设备、站点的台帐信息、当前及历史运行参数等；
事件报警监视
能对报警事件进行分类，以便按报警事件的性质发送到相关人员的工作站上，如：
保护出口发给经理以上及相应专业的人员，自检信息发给维护人员。
在实时系统中只发出少量的报警信息，同时当接收到报警信息时，提供醒目（如画面闪动、音响提示）的方式显示系统的各类事件，直至用户响应。
能对事件动态分类和查询，能对产生事件的设备进行定位并查询相关参数；
可以自由组合报警数据过滤条件。
能按流水账的形式显示检索出的报警事件；有报警事件时能按流水账的形式根据复合过滤条件显示报警事件和电气温度运行参数。
具有事故追忆故障分析功能
具有事故追忆功能，事故时能提供事故追忆表，厂级实时系统能改变数据采集周期，缩小采集间隔。
4.1.3.2报表介面：
日、月、年报
日报有如下等：
出线运行日志及地区电气设备运行日志
发电机铁芯、线圈、冷风运行日志
机组模拟量、电气量运行日志
主变运行日志
机组轴瓦温度运行日志
全厂公用设备
月报有如下等：
发电机温度、机组轴瓦温度、发电机电气量
AGC运行月统计报表
发电负荷分配
继电保护、系统电压、空压机油泵运行、断路器动作
发电机运行工况
年报有如下等：
AGC运行、发电负荷分配、发电机运行工况
继电保护、系统电压、空压机油泵运行、断路器动作
发电机运行工况、
一览表：
顺控流程开出过程、系统自诊断记录、事故、故障、状变、越复限、操作、按时间顺序的一览表信息。
数据图形展现
能提供丰富的图形功能展现数据，如能以饼图、柱状图、过程曲线等方式展现数据。
以报表、图形形式展示的数据纵横向比较，复合检索（需要全文检索吗？
）：
数据纵向比较功能：
在一幅画面或同一表格中可比较检修前后、多年、最近多天的数据，数据内容可自由选择，如：
水导轴瓦温度，可选取1个或多个测点，选择最近一段时间内、检修前后及多次检修后、多年的数据；空压机、油泵检修前后、多年、最近多天的启动次数、每次工作时间，工作总时间，每次平均时间；发电机冷热风、水压、负荷比较。
可选择具体时间、时间间隔、多组时间，在一幅画面或同一表格中可检索出来。
数据横向比较功能：
在一幅画面或同一报表中可比较检修前后、多年、最近多天的数据，数据内容可自由选择，如：
水导轴瓦温度，可选取1个或多个测点，或者上导、推力同时选择，选择最近一段时间内、检修前后及多次检修后、多年的数据，同时可选择库水位或水头、负荷，机组的振动、摆度；可选择不同系统如巡检数据进行比较，如：
如主变温度，可选择监控系统中、巡检系统中的温度数据进行比较；或者快速定位查找主变同一时期有关的巡检数据。
可选择具体时间、时间间隔、多组时间，在一幅画面或同一表格中可检索出来。
总的来说必须支持分类查询、关键字查询、组合条件查询等各种灵活的查询方式查询各种数据包括流水账信息如巡检数据、一览表数据。
4.2对巡检系统要求
4.2.1数据要求
各专业巡检数据、定期巡检数据：
包括巡检时间、设备、结果
4.2.2存储密度要求
以数据实际生产周期存储数据。
4.2.3数据表现形式
与监控系统类似能以报表、图形方式展示数据，能以报表、图形形式展示数据的纵横向比较，复合检索必须支持分类查询、关键字查询、组合条件查询等各种灵活的查询方式查询，包括流水账形式的数据查询方式。
4.3对电能计量系统要求
电能计量系统数据管理功能及处理方式各个电厂不一致，有的通过监控系统采集处理，有的通过专用的电能计量系统采集处理。
我们要求通过采集装置采用网络和拨号两种通讯方式向厂级实时系统发送电量数据。
厂级实时系统与电能计量系统同时计算，可作为电能计量系统的备份服务器。
4.3.1数据要求
采集数据
关口表读数：
主、副表读数
机组表读数：
各台机组表读数
厂变、地区变表读数
他们都包括：
正向有功总行度、正向有功峰行度、正向有功谷行度、正向有功平行度、正向无功总行度、反向有功总行度、反向有功峰行度、反向有功谷行度、反向有功平行度、反向无功总行度。
如：
枫树坝电厂电能计量系统原始数据如下表：
电表
正向有功总行度
正向有功峰行度
正向有功谷行度
正向有功平行度
正向无功总行度
反向有功总行度
反向有功峰行度
反向有功谷行度
反向有功平行度
反向无功总行度
#1主变主表
#1主变副表
#2主变主表
#2主变副表
枫黎线主表
枫黎线副表
#1机
#2机
#1厂变
#2厂变
地区变
关口电表有主副表，每块关口表取正反共10个行度数据，每15分钟生成一个电表读数，同时电表读数不能实时采集，采集电表读数时间为每小时的5分钟起采集数据。
日计算数据：
计算点：
0点至O点、8点至8点、20点至20点；
计算表计：
主、副表、各台机组、厂变（厂用电）、地区变（地区线）；
计算量有：
各关口表正向有功、正向无功、正向有功峰值、正向有功谷值；反向有功、反向无功、反向有功峰值、反向有功谷值；
各厂用电总有功电量；
各地区线总有功电量、总无功电量；
各发电机总有功电量、总无功电量；
上网电量有功峰电量、有功谷电量、有功总电量、无功电量；
以及日发电有功电量、无功电量、有功损耗、无功损耗、厂用电量、厂用电率、厂直供电量。
统计数据：
时间点：
0点至O点、8点至8点、20点至20点；
统计形式：
日、周、月、年及到本日、周、月、年、建厂以来目前为止两种方式；
日统计数据：
总上网电量、各主变上网电量、总发电量、各台机发电量、直接厂用电量、直接厂用电率、辅助厂用电量、辅助厂用电率、综合厂用电量、综合厂用电率、生活用电量。
周统计数据：
总上网电量、各主变上网电量、总发电量、各台机发电量、直接厂用电量、直接厂用电率、辅助厂用电量、辅助厂用电率、综合厂用电量、综合厂用电率、生活用电量。
月统计数据：
总上网电量、各主变上网电量、总发电量、各台机发电量、直接厂用电量、直接厂用电率、辅助厂用电量、辅助厂用电率、综合厂用电量、综合厂用电率、生活用电量。
年统计数据：
总上网电量、各主变上网电量、总发电量、各台机发电量、直接厂用电量、直接厂用电率、辅助厂用电量、辅助厂用电率、综合厂用电量、综合厂用电率、生活用电量。
4.3.2存储密度要求
以数据实际生产周期存储数据。
4.3.3数据表现形式主要为报表形式。
1、日电量表包括：
主表0点至O点、8点至8点、20点至20点，核表（副表）0点至O点、8点至8点、20点至20点。
2、电量统计表包括：
本日、本周、本月、本年，提供0点及8点两种。
4.3.4历史数据检索主要为表、图形两种方式
与监控系统类似能以报表、图形方式展示数据，能以报表、图形形式展示数据的纵横向比较，复合检索必须支持分类查询、关
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