桂中华，陈 瑞，张 浩，孙慧芳，齐远航



抽水蓄能机群远程在线监测与状态评价系统研究

桂中华1，陈 瑞1，张 浩2，孙慧芳1，齐远航1

（1. 国网新源控股有限公司技术中心，北京 100161；2. 国网浙江省电力公司，杭州 310008）

本文在研究抽水蓄能机组远程在线监测与状态评价系统的体系结构、监测数据集成与传输优化策略以及机组状态评价等关键技术的基础上，开发了抽蓄电站机组群在线监测与状态评价系统，实现了机群运行状态的统一监测、分析与评价，并将该系统成功应用于试点电站，为推进抽水蓄能电站设备状态评价工作奠定了坚实的技术基础。

抽水蓄能机群；在线监测；状态评价；海量实时/历史数据平台；水力发电

0 前言

建立抽水蓄能机群远程在线监测与状态评价系统是蓄能电站设备运维保障技术发展的必然趋势。随着特高压电网建设规模的增大、抽水蓄能机组单机容量的增加、设备自动化程度的提高，电网对抽水蓄能机组运行安全性与可靠性提出了更高要求。国网新源控股有限公司（以下简称新源公司）管辖的抽水蓄能机组数量众多、地域分布广、结构型式多样，其运维管理难度大，迫切需要建设机群远程在线监测与状态评价系统，为专业技术人员开展设备状态评价业务提供有力的技术手段。同时，经过多年的努力，在新源公司管辖的蓄能电站里，机组稳定性监测系统、发电机气隙在线监测系统以及计算机监控系统等二次系统获得了广泛应用，且大多建设了生产实时信息系统对生产数据进行了集成，为建设抽水蓄能机群远程在线监测与状态评价系统提供了基础条件。

1 系统体系结构

为有效融合电站现有生产实时数据，提升设备实时数据共享和数据采集通道的复用能力，本文研究提出基于统一海量实时/历史数据平台的抽水蓄能机群远程在线监测与状态评价系统体系结构，如图1所示。该系统采用分层分布式结构，由电厂现地监测单元、海量（实时/历史）数据平台、业务应用层三部分组成。

图1 抽水蓄能机群设备在线监测与状态评价系统

1.1 电厂现地监测层

电厂现地监测层主要完成设备状态数据的采集、存储与现地分析等，其采集的数据包括机组振动、摆度、压力脉动、气隙、局放等。现地监测单元数据最终通过电厂局域网集中到各个电厂的状态监测服务器。

1.2 海量实时/历史数据平台

海量实时/历史数据平台由设在北京的主站和设置在电站的子站组成。其中，海量实时/历史数据平台子站是对单个电厂生产运行过程中各业务应用生成的实时/历史数据进行存储、集中、整合、共享和分析的场所，实现电站设备在线监测波形数据和特征数据在电站侧全记录。海量实时/历史数据平台主站是对所有下属电厂生产运行过程中各业务应用生成的实时/历史数据进行存储、集中、整合、共享和分析的场所，实现电站设备在线监测特征数据的全记录，并能按需远程提取电站设备在线监测波形数据，同时提供标准访问服务和各种工具实现跨专业跨部门的分析辅助决策类的综合应用。

1.3 业务应用层

业务应用层通过读取海量数据平台的数据，进行加工分析，提供状态监测和评价功能，实现公司级设备在线监测信息的全面展现；综合运用特征参量状态监控、历史趋势分析等高级应用功能模块实现设备检修过程监督、健康状态评估等。

2 海量数据集成与传输优化

2.1 海量数据集成接口技术

要统一各种不同系统、不同厂商的数据，必须建立统一的通信接口，而现有的通信接口标准不能满足振动波形数据的通信需求。本文研究提出了一种适用海量数据传输的接口规约（如图2所示），该接口标准适用于机组稳定性数据、发电机气隙与磁场强度数据、发电机局放数据、监控数据等，且具有统一的时标、工况标识及断点续传功能，提高了数据的可靠性和可用性。

图2 自定义的数据接口规约

2.2 数据传输优化策略

机组在正常运行时会产生海量的状态数据，这些数据对于设备的状态分析与故障诊断作用不大，因此传输和存储机组所有状态数据是不必要，也难以做到的。本文结合抽水蓄能机组实际情况，制定了图3所示的数据传输优化策略。

第一步是数据从电厂Ⅱ区状态数据服务器（存储了机组所有状态数据）向电厂Ⅲ区海量平台子站的传输，传输过程采取如下优化策略：（1）停机时，隔一定的时间传输一包数据；（2）机组运行时，监测数据全发。

第二步数据从电厂Ⅲ区海量平台子站传输到北京本部侧的海量平台主站，传输过程采取以下优化策略：（1）停机时，间隔一定时间传输一包数据；（2）稳态工况下，特征量全发，但波形数据间隔一定时间发送一包；（3）暂态工况，特征量和波形数据全发；（4）异常报警时，传输报警前后各一段时间的波形数据。

图3 数据传输优化策略

3 机组状态评价技术

为了准确判断抽水蓄能机组运行状态，确定机组是否存在故障以及故障的程度，需要对表征机组状态的测量值与相应的标准进行比较。因此，在开展设备状态评价过程中，采用的评价标准至关重要，设备状态评价标准包括绝对评价、相对评价和类比评价。由于抽水蓄能机组机构复杂、运行工况较多，采用单一的评价标准难以得出准确、全面的评价结论，本项目综合采用三种评价标准，对抽水蓄能机组进行状态评价。

3.1 绝对评价

绝对评价是在设备的同一部位或按照一定要求测得的表征设备状态的值与某种相应的判断标准相比较，以评定设备的状态。绝对评价标准也称阈值或限值评价标准，通常由权威机构颁布实施。比如：国家颁布的水电机组振动评价标准GB/T 6075.5[5]，按四种机组类型分别规定了A、B、C、D四个区域及相应的振动界限值，该标准规定报警值不能超过区域B上限值1.25倍，停机值不能超出区域C上限值1.25倍。国标GB/T 6075.5推荐对于额定转速低于或等于300r/min的机组，测量振动位移，而对于额定转速高于300r/min的机组，建议测量振动速度。但由于水电机组己积累的振动速度测量值较少，因此其制定的振动速度的界限值在实际应用中有一定的局限性。由于抽水蓄能机组转速相对较高，近年来在蓄能机组的振动测量中速度传感器逐步得到了应用，有必要开展抽水蓄能机组振动速度评价标准的研究，制定根据适合抽水蓄能机组的振动速度界限值。

3.2 相对评价

3.2.1 相对判断标准

机组状态数据在限值范围内，并不能说明机组运行一定是正常的，可能其运行状态己经在变化，只是还没有达到报警限值而已，因此，有必要引入相对评价标准。

采用相对判断标准时，需要在设备正常工作情况下，对设备进行全面的测试，将测试得到各种指标量值作为标准值。在对设备进行在线监测时，将实测值与标准值进行比较，根据实测值与标准值的偏差情况，对设备状态做出评价。

3.2.2 相对状态阈值

相对状态阈值的确定采取以下两种方法：

（1）经验法

在GB/T 6075.5和GB/T 11348.5中，对振摆的变化进行了规定。在相同的传感器方向和位置上，并在近似相同的机器运行工况下进行振动测量与比较。当振动幅值的变化超过区域B上界限值的25%时，这样的变化应认为是明显的，特别是如果这种变化是突发的，应查明变化的原因，然后决定什么样的措施是可行的。

评价基准的确定：根据大数定律，在大样本条件下（样本数大于20），样本均值可看作理论均值。因此，相对评价标准的建立可根据该机组在正常运行状态下积累的长期监测数据，求取样本空间某特征量（该特征量可以是监测量的平均值、幅值、频率等）的平均值为其运行状态的健康值，即基准值。

评价报警值的确定：抽水蓄能机组监测数据的随机误差具有明显的统计分布特征，一般服从正态分布规律。因此，可根据3准则确定评价报警值，即报警界限值[2]：

3.3 类比评价

类比评价是对多台同类型（型号）的机组，在相同运行工况下运行时，通过对各机组同一监测量进行横向对比，来判定机组运行状态。

对于运行时间不长还没有确定监测数据基准值的机组或者无法获得设备正常状态标准值情况下的状态评价，可以采用类比评价标准来进行评价。等到机组积累了一定的监测数据以后，可对基准值进行修正或重新确定基准值，按相对评价标准进行机组运行状态的评价。同时，通过类比很容易发现同类设备运行状态的好坏；利用类比评价可以对设备的运行状况好坏进行排序，让运行人员将有限的精力集中在状态恶化的重点设备上。

4 系统开发与应用

在上述研究基础上，开发了新源公司抽水蓄能机群远程在线监测与状态评价系统，完成了公司电站机组在线监测数据在电站侧分时段、全记录，本部侧按需远程提取，并实现了电站主设备的远程集中监测与状态评价。

系统软件功能模块包括实时监测、数据分析、预警报警、状态报告和系统管理等。该系统目前已在新源公司试点电站成功应用，图4和图5为该系统应用界面，后续将进一步开展推广应用，实现抽水蓄能电站设备远程状态评价全覆盖，为推行抽水蓄能电站设备的状态检修奠定技术基础。

图4 综合监测-设备分布界面

图5 综合监测-设备运行状态横向类比

5 结论

（1）以新源公司抽水蓄能机群为研究对象，设计了远程集中设备状态评价系统的体系结构；提出了监测数据集成的通信接口，优化了数据远程传输与存储，构建了公司统一海量实时/历史数据平台，实现了状态信息的共享和多信息的融合。

（2）研究了抽水蓄能机组绝对评价、相对评价和类比评价的标准，提高蓄能机组状态评价的准确性。

（3）开发了新源公司抽水蓄能机群在线监测与状态评价系统，并进行了试点应用，实现各电站发电电动机、水泵水轮机等主设备运行状态的大集中监测与状态分析评价等功能，为机组检修提供技术参考。

[1] 桂中华, 樊玉林, 常玉红, 胡东海. 抽水蓄能机组在线监测技术研究与应用现状[J].水力发电, 2015(1).

[2] 丰田利夫, 顾力刚. 设备劣化倾向管理[J].中国设备管理, 2000(8).

[3] 周叶，潘罗平. 基于实时数据库的水电机组远程监测中心设计与实现[J]. 水电自动化与大坝监测, 2011(10).

[4] 顾煜炯. 发电设备状态维修理论[M]. 北京: 中国电力出版社,2009.

[5] GB/T 6075.5-2002, 在非旋转部件上测量和评价机组的机械振动，第5部分:水力发电厂和泵站机组[S].

[6] GB/T 11348.5-2008, 旋转机械转轴径向振动的测量和评定, 第5部分:水力发电厂和泵站机组[S].

Research on Remote Condition Monitoring and Evaluation System for Pumped Storage Generator Units

GUI Zhonghua1, CHEN Rui1, ZHANG Hao2, SUN Huifang1,QI Yuanhang1

(1. Technology Center State Grid Xinyuan Company LTD., Beijing 100161, China; 2. State Grid Zhejiang Electric Power Company, Hangzhou 310008, China)

According to studing on the stucture of remote on-line monitoring and condition evaluation system, the strategy of integration and transmission optimization for monitoring data, and also the key techonology of condition monitoring and evaluation system for pumped storage units, this paper developed the on-line monitoring and condition evaluation system. The system realizes the unified monitoring, analysis and condition evaluation of pumped storage units. And it has been successfully applied in pilot stations. This study will provide a technical basis for the development of the condition evaluation of pumped storage station.

pumped storage units; on-line monitoring; condition evaluation; mass real-time/ historical data platform; hydropower generation

TM612

A

1000-3983(2017)04-0048-04

国家电网公司科技项目(52573015000C)

2017-02-17

桂中华（1976-），2005年7月毕业于华南理工大学电力学院，博士，现主要从事水力机械振动稳定性与状态评价方面的科研工作，高级工程师。