郭贵彬

（四川九源电力开发有限责任公司，四川 甘孜 626200）

0 引 言

河口水电站位于四川省甘孜州九龙县境内。该水电站的电站装机容量为2×18 MW，额定水头为219 m，额定转速为600 r/min，设计引水流量为18.93 m3/s。同时，采用混流式机型，水轮机型号为HLA351-LJ-160，发电机型号为SF18-10/3250。此外，河口水电站#1和#2机组振摆仪的测点少，只能记录振度和摆度数据，无法分析数据，不满足集控建设要求。因此，需要升级改造河口小水电站实施监测系统，采用PSTA2100在线监测系统，能够有效实现小水电站水电机组监测。

1 PSTA2100水电机组状态监测系统基本概述

PSTA2100是面向水电系统实时数据汇聚，管理和应用的平台化软件系统。该系统采用先进的云技术架构，模块可灵活组配，支持多种硬件部署方案，功能可持续更新。利用PSTA2100软件平台可配置相应的硬件设备，搭建从设备级、厂站级到区域级和集团级的各种规模的在线监测系统、状态分析系统、故障诊断系统以及集成数据分析中心等数据集成和应用的系统。此外，PSTA2100采用数据源、数据管理与应用三者分离的技术方案，既保证了功能结构的一致性和可靠性，又支持了应用开发及设备部署的灵活性和扩展性，系统结构如图1所示。

图1 PSTA结构图

PSTA2100水电机组状态监测系统在软件系统结构上进行了全新的设计。与硬件设计一样，在设计之初设计软件结构时，从软件功能的开放式开发、系统的维护、功能的更新以及与其他信息系统的融合等多种应用角度考察了大量的应用软件系统，最终选择了类似苹果的软件架构和服务模式。

PSTA2100水电机组状态监测系统软件的突出特点是应用功能模块化。模块的更新和增加带来了系统功能的更新，而且采用国际标准WebService数据服务模式，任何人都可以在本系统上做应用模块的开发。这可以吸引众多的开发者开发功能模块，开发者可以是其他公司，也可以是行业研究所、设计院以及专家。此外，业主也可以根据自己的需求，提出功能模块设计并由软件外包实现，从而确保系统可以不断更新且不完全依赖于系统提供商。APP应用模块的网络服务可自动提示用户系统更新、功能模块更新和增加。

PSTA2100系统有自己的APP应用模块网络服务中心，象一个应用模块池一样只需将最新开发或更新的功能模块，以及更新的系统放到池中，所有PSTA2100系统用户只要通过网络连上该中心，即可象苹果用户一样，得到更新和新模块的提示，用户可选择下载，实现系统更新和功能增加，而无需厂家到现场进行升级服务。

2 监测系统应用模块设计

此系统能够配置独立运行模块，可以确保数据监测、分析以及诊断的功能。不同类型的应用模块可以实现不同类型的功能，并且不同模块都具有独立程序，这就能够满足模块针对性的开发。KDM平台提供了满足本项目要求的所有应用模块，用户可以在此基础上扩展开发[1]。

2.1 应用工具类

编码工具：可进行编码配置和维护工作，同时可以查看实时数据情况。

组态工具：提供实时数据组态展示工具，用户可以灵活配置监视画面。

数据检索：按编码、中文名及模糊查询等方式检索数据，并显示实时值、历史趋势等内容。

数据分析工具：对所关心的数据进行检索、显示、下载及导出，绘制趋势曲线，进行关联分析等操作。

2.2 数据展示类

通用数据展示：系统可以表格、趋势及图形等方式展示部分或全部监测数据。

数据评价展示：可以对任意信号设定阈值，进行A、B、C、D在线分级评价，并对评价进级的数据进行预警，支持按照给定的算法策略进行趋势变化预警；展示的数据内容包括数值、报警状态、数据属性及历史趋势等。

2.3 专业分析类

主要用于机组稳定性监测和分析，包括稳定性监测、实时单值、实时趋势、波形频谱分析、空间轴线分析、气隙状态分析及瀑布图分析等模块。表1为应用模块清单。

表1 应用模块清单

3 PSTA2100水电机组监测功能性设计

3.1 监测功能

KDM数据平台的同步数据传输功能能够保证上下位机同步监视机组的运行状态。丰富的应用模块用以完成全面的监测功能，能够以数值、曲线、图表等各种形式和监测画面，从不同的角度、分层次地显示出机组的各种状态信息，实现实时在线监测功能[2]。

第一，监测类应用模块。系统提供了丰富的应用模块作为监测工具完成项目要求的监测功能。可以直接运行的应用模块分为两类：用于波形数据块的监测分析工具和用于监测量的监测分析工具。波形数据块监测分析工具包括波形分析工具、频谱分析工具、轨迹分析工具以及空间轴线分析工具。监测量监测分析工具包括数值分析工具、趋势分析工具、比较棒图以及数值表监测。

利用组态配置工具，配置生成的监测画面包括测量类监测画面和设备类监测画面两类。其中，测量类监测画面包括设备布置图、监测参数数值表、棒图比较图、空间轴线图、轴心轨迹图以及趋势跟踪图。设备类监测画面包括大轴轴线状态、导轴承状态以及喷嘴振动状态。

第二，报警。PSTA2100系统能够为各个通道提供一级报警和二级报警功能。报警定值可设置，报警逻辑和报警延迟时间可组态设置。

第三，其他。支持Web方式的监测，画面刷新速度：≤3 s，支持在现地采集系统显示屏、局域网终端、远程授权终端上完成实时监测，支持画面打印功能。

3.2 分析功能

3.2.1 稳态分析及优化运行

可以利用数值分析工具将KDM数据平台自动记录的监测数据绘制成振动和摆度等监测数据随功率和水头等工况的变化曲线（统称特性曲线），帮助用户了解和掌握机组的稳定性性能。

综合机组设计数据和运行标准数据，运行人可以指导机组优化运行。系统可以提供如下特性曲线：振动、摆度随负荷变化曲线；振动、摆度随转速变化曲线；振动、摆度随水头变化曲线；接力器运行特性。

3.2.2 暂态工况分析

KDM数据平台自动记录了包括开机、停机、甩负荷、变负荷以及变励磁等暂态过程的监测数据。利用数值分析工具可以绘制各种测量数据随工况参数及时间变化的特性曲线，了解和掌握机组暂态性能。系统提供暂态工况的高速录波和数据回放，可以制作如下曲线：振动、摆度随转速变化曲线；振动、摆度随励磁电流变化曲线；甩负荷过程性能分析；甩负荷过程振动、摆度变化过程。

3.2.3 趋势分析

本项目提供趋势分析工具软件模块，专门用于各种目的的趋势分析任务。主要功能有：可以对发展趋势进行实时跟踪，以便相应管理人员可以第一时间了解机组运行情况；能够对两个或者多个参数（例如振动摆度和转速、负荷、水头、励磁电流、励磁电压等）之间所具有的关系进行趋势分析，能够任意设定横纵轴以及时间段，能够及时有效的查明故障原因所在；能够按照现阶段相应参数指标的变动情况来判定水电机组后续的发展情况，从而及时发现机组故障情况，及时采取针对性措施进行治理，防止发生破坏性事故。

3.2.4 波形数据块分析工具

PSTA2100系统提供如下应用模块用于对波形数据块的专业分析：波形频谱分析工具、空间轴线分析及瀑布图分析。

3.2.5 试验分析

机组进行现场试验时，KDM平台会自动同步记录试验过程的所有采集数据，通过数值分析工具检索和整理采集的数据。能够支持的现场试验包括但不限于如下项目：甩负荷和带负荷试验；启停机试验；效率试验；稳定性（动平衡）试验；模拟盘车过程，校验盘车结论[3]。

3.3 其他功能

3.3.1 远程及安全功能

系统支持电站、集控中心及设备厂家通过远程通信方式对机组状态进行远程故障诊断。

3.3.2 数据通信

PSTA2100系统可从电站计算机监控系统中获取数据，同时又可将本系统的数据打包发送给监控系统，满足安全要求。PSTA2100系统能正确接收GPS的同步信号。同步信号取自电站计算机监控系统，同步方式可采用脉冲对时、串口对时或IRIG-B对时（最终对时方式设计联络会确定），PSTA2100系统的对时由系统自动完成。3.3.3 数据采集

该系统能够采集完整的数据，全方位记录水电机组的运行数据，记录以往机组事故数据。一旦水电机组出现故障就可以提供完善的数据，以便分析事故[4]。3.3.4 数据管理

可以长期存储机组稳态、暂态过程和高密度录波数据，存储容量满足保留最近4年内的原始数据，存储间隔为不间断存储，保证机组历史信息不丢失。对超过4年的数据系统提供数据备份软件可进行自动和人工备份。系统存储量可根据硬盘容量进行扩展，提供黑匣子记录功能，可完整记录机组出现异常前后的数据，确保系统能提供完整详尽的数据用于分析诊断机组状态。此外，提供试验数据存储功能，确保试验数据的长期保留。

4 结 论

本文主要以河口小水电站为例阐述基于PSTA2100系统的水电机组监测系统方面的内容。此系统采用先进的云技术架构，模块可灵活组配，支持多种硬件部署方案，功能可持续更新和扩展，对小水电站具有非常实际的作用。