吴 涛 曾德毅 庞武华 王兆磊 张建刚

（1.西安热工研究院有限公司，西安 710032；2.华能汕头电厂，广东 汕头 515071）

发电机是发电厂或电力系统的关键设备，它的任何停机故障都会导致发电厂无法发电，甚至对电网造成破坏。发电机的定子和转子是发电机的核心部件，我们通过对发电机的主要部件进行实时监控，及时发现潜在的隐患，提升发电机运行的安全性和稳定性。

发电机温度的监控是保障发电机正常运行，发现潜在故障的重要手段。发电机制造厂家在发电机内部设置一定数量的测温元件对发电机进行温度监控。通过这些测温元件，我们可以实时获取发电机主要部件的温度数据。按照国标规定：发电机线圈同层之间最大、最小温度差不大于8℃，如果达到12℃以上，排除测量原因外，则必须停机处理。但在实际运行中，发电机最大、最小温差往往长期大于8℃，机组运行工况下是否为测量原因也无法准确定，如此带来的问题就是使得8℃的报警界限模糊，如何从几十甚至上百个温度测点的数据进行分析，找出其变化趋势，分析出潜在的故障，对运行人员来说，确实是一个难题。

1 “排序法”说明

1.1 “排序法”简介

发电机正常运行过程中，发电机的温度总体表现是比较稳定的。这样，我们按一定时间间隔获取这些温度测点的数据，对这些数据进行排序，记录每个温度测点的序号，配合一定的监测机制，实现对发电机温度的监控。正常情况下各温度测点的序号不应有明显变化，一旦某个测点的序号持续上升或下降，说明该测点温度出现异常。这种分析方法的核心是温度测点数据的排序，因此，我们将此方法定义为“排序法”。利用”排序法”，可以有效排除环境温度、负荷变化、以及小温度差值等因素造成的干扰。

1.2 温控测点范围

温控测点是发电机内部设置的温度监测点，是对发电机温度进行监测的主要数据来源。发电机的核心部件比如定子、转子等存在大量的温度测点。鉴于“监测”的实时性，一般取这些温控测点的当前值，进行排序分析。

通常我们按机组对这些温度测点进行分组监控，比如汕头电厂有3 台机组，其需要温度监控的测点情况如下：

#1 发电机线圈温度有66 个测点、铁芯温度有12 个测点；

#2 发电机线圈温度有66 个测点、铁芯温度有12 个测点；

#3 发电机上层和下层线棒出水温度各有42 个测点,线圈温度有42 个测点。

1.3 监测时间选择

在对发电机进行温度监控过程中，监测时间的设计同样也很重要。我们间隔一定时间对发电机进行监测，每次监测的时间点须考虑地理位置、环境温度、季节等方面因素。在此建议选择一天中环境温度最高的时间点，比如12∶00 时或者14∶00 时等。或者根据季度设置不同的监测时间点。

1.4 监测过程报警

根据国标要求以及实际运行的经验积累，我们制定监测过程的报警要求。根据温控测点组和监测时间的配置信息，每次进行排序分析，产生这些测点的当前值和排序结果，结合近期排序数据，设计如下报警要求：

1）温度越限报警。比如#1 号发电机定子线圈正常温度区间在10℃～85℃之间，超出此区间时应报警显示。

2）组内最高/最小温差超8℃报警，同时标记显示最高/低测点。

3）测点温度变化趋势异常报警。某段时间内温控测点序号变化超过设定值，即可判定该测点温度有异常变化。序号变化的判断时间段和设定值在使用中必须允许进行修改。

1.5 趋势分析

温控测点的当前值和排序结果是“排序法”产生的主要数据。随着时间发展，这些数据会随之积累存储下来。利用这些数据，用户可以自由选择时间段、温控测点以及时间间隔等条件产生趋势图形，同时结合运行工况进行数据分析，提升运行人员的运维管理水平。

2 应用设计

在此我们将“排序法”的应用功能定义为“温控分析”。通过“排序法”的设计说明，我们大致将“温控分析”应用的功能设计如图1所示。

图1 “温控分析”应用的功能设计图

2.1 温控测点组

温控测点组是温控分析的基础配置项。测点组由多个温控测点构成，这些测点一般来自共同的机组或设备。根据“排序法”的设计说明，我们知道，在监测排序过程中，针对测点组或组内测点，需要提供报警功能。因此，温控测点组和组内测点的配置信息应包含相关报警配置信息。

首先说明下“测点组”的数据结构设计见表1。

表1

针对多种报警要求，我们可以设置不同的报警颜色来加以区分。其中，区间报警和序号变化报警是组内测点的报警功能要求。虽然每个测点有着不同的正常区间和序号变化范围，但针对这两种报警要求的颜色提示，我们可以采取相同的设置。

其次说明下“温控测点”的数据结构设计见表2。

表2

根据“测点组”和“温控测点”的数据结构，“温控分析”应用需要为用户提供“测点组”的创建、编辑和删除等配置管理功能，以及“温控测点”的增加、删除、导入、导出等配置管理功能。

2.2 温控数据

温控数据是利用“排序法”处理“温控测点组”产生的数据，主要包括温控测点的当前值和当前序号。其数据结构设计见表3。

表3

温控数据是监测报警和趋势分析的基础数据。用户需要有对温控数据的查询和分析等方面的功能支持。

2.3 监测任务

监测任务是温控分析应用的核心功能，包括实时和恢复两种运行模式。实时监测任务流程如图2所示。

图2 实时监测任务流程

1）节点角色说明

（1）温控数据读取器：根据温控测点组的配置，从实时库中读取温控测点的当前值。

（2）温控排序器：负责温控测点组所有测点当前值的排序统计。

（3）温控报警器：根据温控测点组的报警配置信息，结合温控数据，完成报警监视。

（4）温控历史库：负责温控数据存储的关系型数据库。

（5）实时库：负责温控测点实时数据存储的实时数据库。

2）调用关系说明

（1）监测任务起动，“温控数据读取器”从“实时库”中读取测点组所有测点的当前数据。

（2）“温控数据读取器”将这些数据传递给“温控排序器”。

（3）“温控排序器”获取测点的当前数据之后，进行排序统计，产生这些测点的排序号，将完整的温控数据传递给“温控报警器”，同时将这些数据存储到“温控历史库”。

（4）“温控报警器”从“温控历史库”中读取近期温控数据，结合当期数据，完成报警监视。

（5）“温控报警器”将产生的报警记录压入“温控历史库”，便于用户后续进行查询和分析。

恢复型监测任务流程与实时任务基本一致，主要区别是温控测点的取值是采用“插值”方式。无论实时还是恢复型，用户都应有创建、删除、编辑等方面的管理功能。

2.4 当期查询

当期查询是用户选择测点组，查询该组当前的“温控数据”。显示当前温控数据时，需要配合温控测点组的报警配置颜色显示温控测点的报警信息，便于用户查看。该功能的具体显示效果，后续结合工程应用来具体说明。

2.5 趋势分析

根据“排序法”设计要求，我们知道用户对温控数据存在趋势分析的需求。“监测任务”不断产生温控数据，这些数据，用户在查看时往往需要了解某些工况下的温度变化趋势。温控数据的趋势包括测点值和测点序号的趋势。这两者的趋势，用户可以分离查看，也可以结合在一起查看。该功能的具体显示效果，后续结合工程应用来具体说明。

3 工程实践

“温控分析”作为应用功能，首次是在华能汕头电厂中实施，属于“厂级信息监控系统”的子模块。应用界面如图3所示。

图3 “温控分析”应用界面

为了便于用户权限管理，温控分析应用在系统中包括温控配置和温控查询两个节点模块。温控配置是负责温控测点组的配置管理功能节点。温控查询是为用户提供温控数据查询和趋势分析的功能节点。

3.1 应用部署

在华能汕头电厂，温控分析是作为“厂级信息监控系统”的子应用模块而嵌入在SIS 发布服务器中运行。在此说明下“厂级信息监控系统”的部署架构，如图4所示。

图4 “厂级信息监控系统”的部署架构

温控分析作为“厂级信息监控系统”的子应用，部署在“应用发布服务器”。实时监测任务通过“实时数据库服务器”获取温控测点的实时数据，并将温控数据存储到“关系数据库服务器”。用户通过Web 访问温控分析应用，完成温控测点组的配置和查询。

3.2 温控配置

温控配置包括测点组配置、测点配置和监测任务。

1）测点组配置

测点组是温控分析的基础配置单位，如图5所示。

图5 “测点组配置”界面

其中，“排序时间点”是监测每天执行的时间点，支持按季度设置。华能汕头电厂地处华南沿海，每日温度最高点基本在12∶00 时左右，且四季变化不大，因此四个季度都选择12∶00 时。

2）测点配置

温控测点通过“厂级信息监控系统”可以选择增加，如图6所示。

图6 “厂级信息监控系统”界面

点击“报警设置”，可以配置具体测点的报警信息，如图7所示。

图7 “报警设置”界面

“正常区间范围”是测点温度的正常范围，若不在此区间，“当期查询”会将该测点的数值按报警色显示，便于用户及时发现异常测点。

“序号变化范围”是结合对测点近期排序号振幅监测的配置。以图为例说明，该测点如果在7 天内温度排序上下浮动5 位，将被视作异常测点，及时报警显示。

3）监测任务

“测点组”配置完成后，用户可以起动实时监测任务，如图8所示。

图8 实时监测界面

选择某个测点组，点击“起动”按钮，可以起动该组的实时监测任务，点击“停止”按钮，可以停止该组的实时监测任务。若想恢复某段时间的温控数据，点击“追数”，配置时间段，提交即可由服务器后台运行完成。

3.3 温控查询

我们注意到上图中有“发布”和“撤销”按钮。温控测点组配置完成之后，点击“发布”按钮可以将该组发布到“温控查询”栏目，反之，点击“撤销”即可将其从“温控查询”栏目移除。用户通过“温控查询”栏目，可以使用温控测点组的当期查询和趋势分析等功能。

1）当期查询

通过“当期查询”，用户可以实时了解温控测点的当期值和序号，以及报警信息。如图9所示。

每种报警情况都有不同的报警颜色，便于用户区分。

图9 “当期查询”界面

2）趋势分析

在图9中，选择相应的测点，点击“趋势分析”，即可进入该测点组的趋势分析界面，如图10 所示。

图10 “趋势分析”界面

点击“查询设置”，可以设置趋势分析的时间段以及选择显示项。

3.4 应用总结

经过一段时间的实际运行，基于“排序法”设计的“温控分析”应用功能运行稳定，报警及时，发挥了预期作用，主要表现在以下几个方面：

1）在发电机温度异常时，能够及时准确定位异常测点位置，提供准确且完整的异常数据信息，极大提升运行人员处理发电机运行故障的效率。

2）通过对发电机温度变化的趋势分析，结合历史运行工况数据进行总结分析。一方面可以减少运行人员的工作量，提升工作效率。另一方面可以提升运行人员的运行管理水平。

3）温控分析应用按需配置，操作方便、数据可靠，实现了运行人员的需求目标，对于该功能的使用和推广都起到了极大作用。

4 结论

“排序法”是电厂运行人员经过多年工作积累，结合专业知识，不断总结不断实践产生的科学方法。基于“排序法”设计的“温控分析”应用，能够同 时监测几十个甚至上百个发电机温度测点的变化，及时报警异常变化，协助运行人员发现潜在隐患，从而提升发电机运行的安全性和稳定性。

[1] 赵玉良,吴文祥,李郁.基于SIS 的实时考核报表系统的开发与应用[J].热力发电,2012(11): 77-79,85.

[2] 杨永军,庞顺,赵玉良,等.火电厂厂级监控信息系统的开发和应用[J].热力发电,2014,43(2): 104-108.

[3] 吴智群,赵玉良,吴涛,等.发电厂厂级监控信息系统统一实时数据平台的应用研究[J].热力发电,2011,40(8): 1-4,16.