國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司劉家峽水電廠 王小星 崇育斌

相較于傳統(tǒng)水電開(kāi)關(guān)站，引入智能技術(shù)后，開(kāi)關(guān)站性能得到強(qiáng)化，有效解決了水電站運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，建成一體化監(jiān)控系統(tǒng)，成為工作人員的首要工作任務(wù)。因此，相關(guān)人員正確認(rèn)知水電智能開(kāi)關(guān)站作用，適應(yīng)開(kāi)關(guān)站運(yùn)行需要，高質(zhì)量完成一體化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，充分發(fā)揮智能技術(shù)作用，凸顯一體化監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。研究此項(xiàng)課題，具有十分重要的意義。

1 水電智能開(kāi)關(guān)站一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前期準(zhǔn)備工作

1.1 明確設(shè)計(jì)思路

為發(fā)揮一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用，在設(shè)計(jì)與應(yīng)用系統(tǒng)之前，工作人員務(wù)必理清設(shè)計(jì)思路，作為設(shè)計(jì)工作開(kāi)展的基礎(chǔ)，深入水電智能開(kāi)關(guān)站現(xiàn)場(chǎng)，整體考慮建立一體化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，確定監(jiān)控系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，做好前期準(zhǔn)備工作，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。受水電智能開(kāi)關(guān)站運(yùn)行特點(diǎn)的影響，建設(shè)一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之前，工作人員要明確建設(shè)目標(biāo)，通過(guò)合理地設(shè)計(jì)增強(qiáng)系統(tǒng)的監(jiān)控能力，整合開(kāi)關(guān)站包含所有信息的設(shè)施，引進(jìn)融入智能化技術(shù)的先進(jìn)設(shè)備，如通信管理機(jī)、二次設(shè)備等，提升開(kāi)關(guān)站的智能化建設(shè)水平。

一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)須智能技術(shù)的支持，只有應(yīng)用智能化設(shè)備，才能隨時(shí)采集開(kāi)關(guān)站各設(shè)備的運(yùn)行信息，快速傳送至監(jiān)控系統(tǒng)，奠定監(jiān)控系統(tǒng)順利運(yùn)行的基礎(chǔ)，使監(jiān)控系統(tǒng)與各設(shè)備隨時(shí)交換信息，豐富監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息。同時(shí)，一體化監(jiān)控系統(tǒng)中包含規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置，如須傳送6萬(wàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用該裝置將數(shù)據(jù)濾至8000點(diǎn)左右，將過(guò)濾后的數(shù)據(jù)信息傳送，由服務(wù)器接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，調(diào)用相關(guān)程序分析與處理數(shù)據(jù)，基于分析結(jié)果主動(dòng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)[1]。

1.2 網(wǎng)絡(luò)布置

在一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)布置為關(guān)鍵環(huán)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)布置結(jié)果與系統(tǒng)運(yùn)行效果關(guān)系緊密，只有合理設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)方案，才能使監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮應(yīng)有作用，且不會(huì)造成資源浪費(fèi)，建設(shè)一體化監(jiān)控系統(tǒng)的成本控制在合理范圍內(nèi)，安全傳輸智能設(shè)備采集的信息。為強(qiáng)化監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)四路通信，即便其中三路出現(xiàn)故障，無(wú)法傳輸數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)依舊處于正常運(yùn)行狀態(tài)，起到監(jiān)控開(kāi)關(guān)站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的作用。

網(wǎng)絡(luò)布置中，設(shè)置系統(tǒng)通信協(xié)議為重要內(nèi)容，分析該監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，通常選用104協(xié)議約束系統(tǒng)信息交互行為，協(xié)議的主站為監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)與智能設(shè)施借助通信管理機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，向系統(tǒng)發(fā)送信息，接收系統(tǒng)傳達(dá)的指令，控制水電智能開(kāi)關(guān)站設(shè)備的運(yùn)行。除此之外，按照該方案布置的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的隔離，凸顯不同通信系統(tǒng)的獨(dú)立性，數(shù)據(jù)傳輸安全不受外界因素的影響，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真問(wèn)題，使監(jiān)控系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)真實(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行情況，調(diào)用相應(yīng)程序優(yōu)化開(kāi)關(guān)站的運(yùn)行方式，保護(hù)開(kāi)關(guān)站穩(wěn)定運(yùn)行。

2 水電智能開(kāi)關(guān)站一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)

2.1 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

通信網(wǎng)絡(luò)是一體化監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，應(yīng)引起系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的重視，分析水電智能開(kāi)關(guān)站運(yùn)行，識(shí)別能夠代表設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)，科學(xué)設(shè)置通信網(wǎng)絡(luò)，確保監(jiān)控系統(tǒng)通信順暢，加快數(shù)據(jù)信息的傳輸速度，實(shí)時(shí)獲取采集的設(shè)備信息。一般情況下，通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的通信協(xié)議與監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備通信協(xié)議一致，104協(xié)議是通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中常用協(xié)議，為增強(qiáng)通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置2組虛擬器，各通信主機(jī)使用不同虛擬機(jī)，系統(tǒng)內(nèi)冗余空間適宜。

設(shè)置通信網(wǎng)絡(luò)期間，分配通信IP 地址是關(guān)鍵，以某水電智能開(kāi)關(guān)站為例，工作人員設(shè)置通信機(jī)的初始編號(hào)為131，備用通信機(jī)初始編號(hào)為191，依據(jù)表1所述方式分配通信IP 地址，其中X 為備用通信機(jī)的編號(hào)，Y 為智能通信機(jī)的編號(hào)。設(shè)計(jì)與應(yīng)用一體化監(jiān)控系統(tǒng)期間，尤其關(guān)注通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置，結(jié)合水電智能開(kāi)關(guān)站的實(shí)際情況，為組成監(jiān)控系統(tǒng)的通信機(jī)分配IP 地址，各通信機(jī)通信環(huán)境良好[2]。

表1 通訊IP 地址分配

表2 通信配置點(diǎn)表

2.2 通信配置

為使水電智能開(kāi)關(guān)站長(zhǎng)期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)計(jì)人員重視通信的配置，增強(qiáng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通信能力，各智能設(shè)備與檢測(cè)系統(tǒng)通信順暢，實(shí)時(shí)向監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接收信息后，得出分析結(jié)果，向相應(yīng)設(shè)備發(fā)出指令，控制設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，為避免數(shù)據(jù)傳輸堵塞，應(yīng)設(shè)置兩條數(shù)據(jù)傳輸線路，一條用于傳送智能設(shè)備采集的運(yùn)行信息，另一條設(shè)備用于下達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)的指令，各數(shù)據(jù)通信線路，數(shù)據(jù)信息的傳輸方式一致，不會(huì)出現(xiàn)線路堵塞的問(wèn)題，通信配置與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行理念相符，有助于提升傳輸信息的時(shí)效性。

2.3 振動(dòng)信號(hào)處理

2.3.1 小波變換

一體化監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信息以信號(hào)的形式傳輸，信號(hào)的轉(zhuǎn)換會(huì)影響通信網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量，小波變換是轉(zhuǎn)換信號(hào)常用方式，是一種可伸縮的信號(hào)變換算法，適用于多個(gè)頻段信號(hào)的轉(zhuǎn)換，方法的應(yīng)用不受限制，信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)果準(zhǔn)確，小波變化公式為：

其中，變量a 與τ 分別為尺度與平移量，函數(shù)的伸縮情況取決于尺度，而函數(shù)的平移程度受平移量的影響，尺度與平移量成反比。設(shè)計(jì)一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，可采用該方法轉(zhuǎn)換信號(hào)，解讀傳達(dá)信號(hào)蘊(yùn)含的信息，確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接收信息真實(shí)，得出準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)結(jié)果。設(shè)計(jì)人員應(yīng)深入學(xué)習(xí)小波學(xué)習(xí)法，理解該信號(hào)轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用原理，借助智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)該算法，處理系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)。某水電站運(yùn)用該方法處理傳輸?shù)男盘?hào)，信號(hào)不再出現(xiàn)失真的問(wèn)題，傳輸數(shù)據(jù)信息真實(shí)準(zhǔn)確，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2.3.2 包絡(luò)分析

包絡(luò)分析也是一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中常用信號(hào)轉(zhuǎn)換法，能夠確保轉(zhuǎn)換前后信號(hào)蘊(yùn)含信息的一致性，幫助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取設(shè)備的真實(shí)運(yùn)行信息，以便系統(tǒng)準(zhǔn)確判斷設(shè)備的運(yùn)行情況，針對(duì)不同設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)用系統(tǒng)相關(guān)程序，改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。相較于其他信號(hào)轉(zhuǎn)換法，包絡(luò)分析法靈敏度高，且具有極強(qiáng)的抗干擾能力，抵御外界因素的消極影響，防止信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題，致使轉(zhuǎn)換后信號(hào)失真，無(wú)法為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。該信號(hào)轉(zhuǎn)換法的計(jì)算公式為：

其中，x（t）為負(fù)數(shù)解析信號(hào)，設(shè)計(jì)人員基于該公式，編寫(xiě)處理信號(hào)的算法，將包絡(luò)分析引入信號(hào)處理，利用該信號(hào)轉(zhuǎn)換法的優(yōu)勢(shì)，提升監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能，得出最準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)結(jié)果。設(shè)計(jì)人員在選擇信號(hào)轉(zhuǎn)換方法之前，明確設(shè)計(jì)一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)，針對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇最適宜的信號(hào)轉(zhuǎn)換方法。設(shè)計(jì)系統(tǒng)之前，組織設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)信號(hào)轉(zhuǎn)換法相關(guān)知識(shí)，熟練掌握不同信號(hào)轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用方式。

3 水電智能開(kāi)關(guān)站一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)指標(biāo)數(shù)據(jù)采集

3.1 數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)

采集數(shù)據(jù)作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，也是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)順利運(yùn)行的關(guān)鍵，為此工作人員建設(shè)系統(tǒng)過(guò)程中，明確規(guī)定數(shù)據(jù)采集的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)分析采集數(shù)據(jù)信息后，能夠真實(shí)了解被監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，判定水電智能開(kāi)關(guān)站中各設(shè)備是否需調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。以水位傳感器為例，采集數(shù)據(jù)時(shí)可使用性能指標(biāo)見(jiàn)表3，采集的數(shù)據(jù)更為精確。水電智能開(kāi)關(guān)站涉及設(shè)備類(lèi)型多，反映設(shè)備運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)指標(biāo)不同，工作人員應(yīng)深入分析不同設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，識(shí)別能夠代表設(shè)備運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)，設(shè)置數(shù)據(jù)信息的采集標(biāo)準(zhǔn)，如動(dòng)作時(shí)間為展示設(shè)備性能的主要參數(shù)，一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中要求該參數(shù)指標(biāo)的精度達(dá)到毫秒級(jí)。

表3 水位傳感器性能指標(biāo)

為確保數(shù)據(jù)傳輸安全，監(jiān)控系統(tǒng)組成各部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸格式應(yīng)保持一致，按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)采集數(shù)據(jù)信息，防止數(shù)據(jù)信息在傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生多次變化，造成數(shù)據(jù)失真，不利于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)做出準(zhǔn)確的判斷。水電智能開(kāi)關(guān)站中，數(shù)據(jù)采集以B 碼直流信號(hào)形式傳輸為主，以該形式采集并傳輸?shù)男盘?hào)符合檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行需要，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)在檢測(cè)系統(tǒng)中傳輸速度快，數(shù)據(jù)信息的時(shí)效性得以保證，即便同時(shí)傳輸大量數(shù)據(jù)，也不會(huì)造成一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)宕機(jī)。

3.2 數(shù)據(jù)檢錯(cuò)

確保傳輸數(shù)據(jù)的精確性，有助于提升監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果，凸顯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于水電智能開(kāi)關(guān)站控制的優(yōu)勢(shì)，為此工作人員在設(shè)計(jì)與應(yīng)用系統(tǒng)過(guò)程中，務(wù)必設(shè)置校驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的程序，檢驗(yàn)采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性，確認(rèn)數(shù)據(jù)信息可真實(shí)展現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)后，處理并分析數(shù)據(jù)，作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。水電智能開(kāi)關(guān)站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，以報(bào)文的序號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)判斷報(bào)文序號(hào)連續(xù)性，判定接收的報(bào)文是否完整，針對(duì)不完整報(bào)文要將此類(lèi)報(bào)文作單獨(dú)處理，否則會(huì)造成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤判。

與此同時(shí)，也可使用循環(huán)冗余校驗(yàn)碼驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，該校驗(yàn)法應(yīng)用靈活性較強(qiáng)，校驗(yàn)碼的長(zhǎng)度確定不受限制，設(shè)計(jì)人員依據(jù)開(kāi)關(guān)站數(shù)據(jù)信息校驗(yàn)需要，科學(xué)設(shè)施校驗(yàn)碼的長(zhǎng)度，并將設(shè)置的校驗(yàn)碼附加在傳輸數(shù)據(jù)之后，二者共同組成報(bào)文。設(shè)計(jì)系統(tǒng)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員深刻理解數(shù)據(jù)檢錯(cuò)方法，編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)檢錯(cuò)功能，系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)信息后，自動(dòng)調(diào)用相關(guān)程序處理數(shù)據(jù)，驗(yàn)證數(shù)據(jù)信息的真?zhèn)巍?/p>

4 水電智能開(kāi)關(guān)站一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)操作

操作系統(tǒng)的過(guò)程，即應(yīng)用監(jiān)控系統(tǒng)的過(guò)程，決定監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，因此工作人員根據(jù)水電智能開(kāi)關(guān)站的特點(diǎn)，規(guī)范完成一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的操作方式，使一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在開(kāi)關(guān)站中發(fā)揮作用，監(jiān)控開(kāi)關(guān)站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。為降低一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的操作難度，設(shè)計(jì)人員優(yōu)化系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)，堅(jiān)持簡(jiǎn)單、美觀的設(shè)計(jì)原則，內(nèi)容簡(jiǎn)單易懂。

同時(shí)，優(yōu)化各功能的執(zhí)行流程，以遙控選擇為例，該功能界面中設(shè)置操作按鈕，工作人員點(diǎn)擊按鈕調(diào)用功能，輸入信息發(fā)出指令后，彈出提示框要求工作人員確認(rèn)操作。檢測(cè)系統(tǒng)分析采集數(shù)據(jù)信息后，比對(duì)分析結(jié)果與預(yù)定標(biāo)，判斷設(shè)備是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，增設(shè)警戒功能，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常，快速向工作人員推送消息，及時(shí)采取措施排除故障。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，一體化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有較高的研究?jī)r(jià)值，避免連接線路出現(xiàn)冗余，造成資源浪費(fèi)，不利于控制水電開(kāi)關(guān)站建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本控制。工作人員要關(guān)注智能技術(shù)領(lǐng)域最新研究成果，學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用理念，適應(yīng)水電開(kāi)關(guān)站的運(yùn)行條件，制定科學(xué)且完善一體化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用方案，體現(xiàn)開(kāi)關(guān)站在水力發(fā)電系統(tǒng)中的作用。