發(fā)電機是發(fā)電廠或電力系統(tǒng)的關鍵設備，它的任何停機故障都會導致發(fā)電廠無法發(fā)電，甚至對電網造成破壞。發(fā)電機的定子和轉子是發(fā)電機的核心部件，我們通過對發(fā)電機的主要部件進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)潛在的隱患，提升發(fā)電機運行的安全性和穩(wěn)定性。

發(fā)電機溫度的監(jiān)控是保障發(fā)電機正常運行，發(fā)現(xiàn)潛在故障的重要手段。發(fā)電機制造廠家在發(fā)電機內部設置一定數(shù)量的測溫元件對發(fā)電機進行溫度監(jiān)控。通過這些測溫元件，我們可以實時獲取發(fā)電機主要部件的溫度數(shù)據(jù)。按照國標規(guī)定：發(fā)電機線圈同層之間最大、最小溫度差不大于8度，如果達到12度以上，排除測量原因外，則必須停機處理。

但在實際運行中，發(fā)電機最大、最小溫差往往長期大于8度，機組運行工況下是否為測量原因也無法準確定，如此帶來的問題就是使得8度的報警界限模糊，如何從幾十甚至上百個溫度測點的數(shù)據(jù)進行分析，找出其變化趨勢，分析出潛在的故障，對運行人員來說，確實是一個難題。

1“排序法”說明

1.1 “排序法”簡介

發(fā)電機正常運行過程中，發(fā)電機的溫度總體表現(xiàn)是比較穩(wěn)定的。這樣，我們按一定時間間隔獲取這些溫度測點的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行排序，記錄每個溫度測點的序號，配合一定的監(jiān)測機制，實現(xiàn)對發(fā)電機溫度的監(jiān)控。正常情況下各溫度測點的序號不應有明顯變化，一旦某個測點的序號持續(xù)上升或下降，說明該測點溫度出現(xiàn)異常。

這種分析方法的核心是溫度測點數(shù)據(jù)的排序，因此，我們將此方法定義為“排序法”。利用“排序法”，可以有效排除環(huán)境溫度、負荷變化、以及小溫度差值等因素造成的干擾。

1.2 溫控測點范圍

溫控測點是發(fā)電機內部設置的溫度監(jiān)測點，是對發(fā)電機溫度進行監(jiān)測的主要數(shù)據(jù)來源。發(fā)電機的核心部件比如定子、轉子等存在大量的溫度測點。鑒于“監(jiān)測”的實時性，一般取這些溫控測點的當前值，進行排序分析。

通常我們按機組對這些溫度測點進行分組監(jiān)控，比如汕頭電廠有三臺機組，其需要溫度監(jiān)控的測點情況如下：

• #1發(fā)電機線圈溫度有66個測點、鐵芯溫度有12個測點；
• #2發(fā)電機線圈溫度有66個測點、鐵芯溫度有12個測點；
• #3發(fā)電機上層和下層線棒出水溫度各有42個測點,線圈溫度有42個測點。

1.3 監(jiān)測時間選擇

在對發(fā)電機進行溫度監(jiān)控過程中，監(jiān)測時間的設計同樣也很重要。我們間隔一定時間對發(fā)電機進行監(jiān)測，每次監(jiān)測的時間點須考慮地理位置、環(huán)境溫度、季節(jié)等方面因素。在此建議選擇一天中環(huán)境溫度最高的時間點，比如中午12點或者下午2點等?；蛘吒鶕?jù)季度設置不同的監(jiān)測時間點。

1.4 監(jiān)測過程報警

根據(jù)國標要求以及實際運行的經驗積累，我們制定監(jiān)測過程的報警要求。根據(jù)溫控測點組和監(jiān)測時間的配置信息，每次進行排序分析，產生這些測點的當前值和排序結果，結合近期排序數(shù)據(jù)，設計如下報警要求：

1）溫度越限報警。比如#1號發(fā)電機定子線圈正常溫度區(qū)間在10度到85度之間，超出此區(qū)間時應報警顯示。

2）組內最高/最小溫差超8℃報警，同時標記顯示最高/低測點。

3）測點溫度變化趨勢異常報警。某段時間內溫控測點序號變化超過設定值，即可判定該測點溫度有異常變化。序號變化的判斷時間段和設定值在使用中必須允許進行修改。

1.5 趨勢分析

溫控測點的當前值和排序結果是“排序法”產生的主要數(shù)據(jù)。隨著時間發(fā)展，這些數(shù)據(jù)會隨之積累存儲下來。利用這些數(shù)據(jù)，用戶可以自由選擇時間段、溫控測點以及時間間隔等條件產生趨勢圖形，同時結合運行工況進行數(shù)據(jù)分析，提升運行人員的運維管理水平。

2 應用設計

在此我們將“排序法”的應用功能定義為“溫控分析”。通過“排序法”的設計說明，我們大致將“溫控分析”應用的功能設計如下圖1所示。

圖1 溫控分析應用的功能設計圖

2.1 溫控測點組

溫控測點組是溫控分析的基礎配置項。測點組由多個溫控測點構成，這些測點一般來自共同的機組或設備。根據(jù)“排序法”的設計說明，我們知道，在監(jiān)測排序過程中，針對測點組或組內測點，需要提供報警功能。因此，溫控測點組和組內測點的配置信息應包含相關報警配置信息。

首先說明下“測點組”的數(shù)據(jù)結構設計見表1。

表1

針對多種報警要求，我們可以設置不同的報警顏色來加以區(qū)分。其中，區(qū)間報警和序號變化報警是組內測點的報警功能要求。雖然每個測點有著不同的正常區(qū)間和序號變化范圍，但針對這兩種報警要求的顏色提示，我們可以采取相同的設置。

其次說明下“溫控測點”的數(shù)據(jù)結構設計見表2。

表2

根據(jù)“測點組”和“溫控測點”的數(shù)據(jù)結構，“溫控分析”應用需要為用戶提供“測點組”的創(chuàng)建、編輯和刪除等配置管理功能，以及“溫控測點”的增加、刪除、導入、導出等配置管理功能。

2.2 溫控數(shù)據(jù)

溫控數(shù)據(jù)是利用“排序法”處理“溫控測點組”產生的數(shù)據(jù)，主要包括溫控測點的當前值和當前序號。其數(shù)據(jù)結構設計見表3。

表3

溫控數(shù)據(jù)是監(jiān)測報警和趨勢分析的基礎數(shù)據(jù)。用戶需要有對溫控數(shù)據(jù)的查詢和分析等方面的功能支持。

2.3 監(jiān)測任務

監(jiān)測任務是溫控分析應用的核心功能，包括實時和恢復兩種運行模式。實時監(jiān)測任務流程如圖2所示。

圖2 實時監(jiān)測任務流程

1）節(jié)點角色說明

（1）溫控數(shù)據(jù)讀取器: 根據(jù)溫控測點組的配置，從實時庫中讀取溫控測點的當前值。

（2）溫控排序器: 負責溫控測點組所有測點當前值的排序統(tǒng)計。

（3）溫控報警器: 根據(jù)溫控測點組的報警配置信息，結合溫控數(shù)據(jù)，完成報警監(jiān)視。

（4）溫控歷史庫: 負責溫控數(shù)據(jù)存儲的關系型數(shù)據(jù)庫。

（5）實時庫: 負責溫控測點實時數(shù)據(jù)存儲的實時數(shù)據(jù)庫。

2）調用關系說明

（1）監(jiān)測任務啟動，“溫控數(shù)據(jù)讀取器”從“實時庫”中讀取測點組所有測點的當前數(shù)據(jù)。

（2）“溫控數(shù)據(jù)讀取器”將這些數(shù)據(jù)傳遞給“溫控排序器”。

（3）“溫控排序器”獲取測點的當前數(shù)據(jù)之后，進行排序統(tǒng)計，產生這些測點的排序號，將完整的溫控數(shù)據(jù)傳遞給“溫控報警器”，同時將這些數(shù)據(jù)存儲到“溫控歷史庫”。

（4）“溫控報警器”從“溫控歷史庫”中讀取近期溫控數(shù)據(jù)，結合當期數(shù)據(jù)，完成報警監(jiān)視。

（5）“溫控報警器”將產生的報警記錄壓入“溫控歷史庫”，便于用戶后續(xù)進行查詢和分析。

恢復型監(jiān)測任務流程與實時任務基本一致，主要區(qū)別是溫控測點的取值是采用“插值”方式。無論實時還是恢復型，用戶都應有創(chuàng)建、刪除、編輯等方面的管理功能。

2.4 當期查詢

當期查詢是用戶選擇測點組，查詢該組當前的“溫控數(shù)據(jù)”。顯示當前溫控數(shù)據(jù)時，需要配合溫控測點組的報警配置顏色顯示溫控測點的報警信息，便于用戶查看。該功能的具體顯示效果，后續(xù)結合工程應用來具體說明。

2.5 趨勢分析

根據(jù)“排序法”設計要求，我們知道用戶對溫控數(shù)據(jù)存在趨勢分析的需求。“監(jiān)測任務”不斷產生溫控數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)，用戶在查看時往往需要了解某些工況下的溫度變化趨勢。溫控數(shù)據(jù)的趨勢包括測點值和測點序號的趨勢。這兩者的趨勢，用戶可以分離查看，也可以結合在一起查看。該功能的具體顯示效果，后續(xù)結合工程應用來具體說明。

3 工程實踐

“溫控分析”作為應用功能，首次是在華能汕頭電廠中實施，屬于“廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)”的子模塊。應用界面如下圖3所示。

圖3 “溫控分析”應用界面

為了便于用戶權限管理，溫控分析應用在系統(tǒng)中包括溫控配置和溫控查詢兩個節(jié)點模塊。溫控配置是負責溫控測點組的配置管理功能節(jié)點。溫控查詢是為用戶提供溫控數(shù)據(jù)查詢和趨勢分析的功能節(jié)點。

3.1 應用部署

在華能汕頭電廠，溫控分析是作為“廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)”的子應用模塊而嵌入在SIS發(fā)布服務器中運行。在此說明下“廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)”的部署架構，如下圖4所示。

圖4 “廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)”的部署架構

溫控分析作為“廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)”的子應用，部署在“應用發(fā)布服務器”。實時監(jiān)測任務通過“實時數(shù)據(jù)庫服務器”獲取溫控測點的實時數(shù)據(jù)，并將溫控數(shù)據(jù)存儲到“關系數(shù)據(jù)庫服務器”。用戶通過Web訪問溫控分析應用，完成溫控測點組的配置和查詢。

3.2 溫控配置

溫控配置包括測點組配置、測點配置和監(jiān)測任務。

1) 測點組配置

測點組是溫控分析的基礎配置單位，如下圖5所示。

圖5

其中，“排序時間點”是監(jiān)測每天執(zhí)行的時間點，支持按季度設置。華能汕頭電廠地處華南沿海，每日溫度最高點基本在12點左右，且四季變化不大，因此四個季度都選擇12點。

2) 測點配置

溫控測點通過“廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)”可以選擇增加，如下圖6所示。

圖6

點擊“報警設置”，可以配置具體測點的報警信息，如下圖7所示。

圖7

“正常區(qū)間范圍”是測點溫度的正常范圍，若不在此區(qū)間，“當期查詢”會將該測點的數(shù)值按報警色顯示，便于用戶及時發(fā)現(xiàn)異常測點。

“序號變化范圍”是結合對測點近期排序號振幅監(jiān)測的配置。以圖為例說明，該測點如果在7天內溫度排序上下浮動5位，將被視作異常測點，及時報警顯示。

3) 監(jiān)測任務

“測點組”配置完成后，用戶可以啟動實時監(jiān)測任務，如下圖8所示。

圖8

選擇某個測點組，點擊“啟動”按鈕，可以啟動該組的實時監(jiān)測任務，點擊“停止”按鈕，可以停止該組的實時監(jiān)測任務。若想恢復某段時間的溫控數(shù)據(jù)，點擊“追數(shù)”，配置時間段，提交即可由服務器后臺運行完成。

3.3 溫控查詢

我們注意到上圖中有“發(fā)布”和“撤銷”按鈕。溫控測點組配置完成之后，點擊“發(fā)布”按鈕可以將該組發(fā)布到“溫控查詢”欄目，反之，點擊“撤銷”即可將其從“溫控查詢”欄目移除。用戶通過“溫控查詢”欄目，可以使用溫控測點組的當期查詢和趨勢分析等功能。

1) 當期查詢

通過“當期查詢”，用戶可以實時了解溫控測點的當期值和序號，以及報警信息。如下圖9所示。

圖9

每種報警情況都有不同的報警顏色，便于用戶區(qū)分。

2) 趨勢分析

在圖9中，選擇相應的測點，點擊“趨勢分析”，即可進入該測點組的趨勢分析界面，如下圖10所示。

圖10

點擊“查詢設置”，可以設置趨勢分析的時間段以及選擇顯示項。

3.4 應用總結

經過一段時間的實際運行，基于“排序法”設計的“溫控分析”應用功能運行穩(wěn)定，報警及時，發(fā)揮了預期作用，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1) 在發(fā)電機溫度異常時，能夠及時準確定位異常測點位置，提供準確且完整的異常數(shù)據(jù)信息，極大提升運行人員處理發(fā)電機運行故障的效率。

2) 通過對發(fā)電機溫度變化的趨勢分析，結合歷史運行工況數(shù)據(jù)進行總結分析。一方面可以減少運行人員的工作量，提升工作效率。另一方面可以提升運行人員的運行管理水平。

3) 溫控分析應用按需配置，操作方便、數(shù)據(jù)可靠，實現(xiàn)了運行人員的需求目標，對于該功能的使用和推廣都起到了極大作用。

4結論

“排序法”是電廠運行人員經過多年工作積累，結合專業(yè)知識，不斷總結不斷實踐產生的科學方法。基于“排序法”設計的“溫控分析”應用，能夠同時監(jiān)測幾十個甚至上百個發(fā)電機溫度測點的變化，及時報警異常變化，協(xié)助運行人員發(fā)現(xiàn)潛在隱患，從而提升發(fā)電機運行的安全性和穩(wěn)定性。

本文編自《電氣技術》，論文標題為“基于‘排序法’對發(fā)電機溫度監(jiān)控的開發(fā)與應用”，作者為吳濤、曾德毅 等。