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★李澤浩  北京亞控科技發(fā)展有限公司

關(guān)鍵詞：水電站；機組碳刷；工業(yè)軟件；信創(chuàng)；監(jiān)控

1　項目概況

1.1　項目背景

白鶴灘超級世紀工程先后兩次在習近平總書記的重要講話上被提及。其通過近70年的努力打破了國外的壟斷，實現(xiàn)了高端裝備國產(chǎn)化自主可控的技術(shù)突破。舉國重器白鶴灘水電站建設(shè)的綜合技術(shù)難度是當今世界最高的，而且創(chuàng)造了單機容量100萬千瓦世界第一、地下洞室群規(guī)模世界第一、300米級高拱壩抗震參數(shù)世界第一、無壓泄洪洞群規(guī)模世界第一等6個世界第一。

1.2　項目目標

亞控科技連續(xù)多年在國內(nèi)SCADA監(jiān)控市場位列第一。本工程項目由亞控合作伙伴華能水電基于KingSCADA4.0信創(chuàng)版二次開發(fā)，該公司本著科技創(chuàng)新振興民族工業(yè)的理念積極參與白鶴灘水電站的建設(shè)，實現(xiàn)了對機組碳刷采集監(jiān)控的全棧國產(chǎn)替代。依托監(jiān)控系統(tǒng)的高性能及高兼容度，新的全棧體系化替代方案實現(xiàn)了高效遷移，為支撐企業(yè)未來業(yè)務(wù)發(fā)展做出了重大貢獻。

水電站發(fā)電機滑環(huán)裝置智能監(jiān)測系統(tǒng)解決方案實時采集熱成像儀的溫度和圖像、PLC控制系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及各個傳感器通過信號集中器轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，并通過內(nèi)部局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，由服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理、統(tǒng)計以及診斷分析。在線監(jiān)測計算機實現(xiàn)對發(fā)電機滑環(huán)裝置的智能在線監(jiān)測。

1.3　應(yīng)用場景

發(fā)電機滑環(huán)裝置是水電站發(fā)電機的關(guān)鍵部件之一，其不僅數(shù)量多且長期處于磨損和高溫工作環(huán)境中。發(fā)電機的勵磁電流是通過碳刷、滑環(huán)輸送到勵磁繞組的。發(fā)電機在運轉(zhuǎn)中會產(chǎn)生震動導致電刷和滑環(huán)瞬間產(chǎn)生電火花，火花強度超過一定限度時就會給發(fā)電機帶來損傷，嚴重時會引起滑環(huán)燒蝕、碳刷超溫燃燒、發(fā)電機停機等重大事故。因此，在運行過程中需要實時監(jiān)測碳刷的工況。

碳刷智能在線監(jiān)測裝置可對碳刷的磨損程度、碳刷與滑環(huán)間的放電情況、碳刷溫度等反應(yīng)工況的重要指標進行在線監(jiān)測，并可將這些工況數(shù)據(jù)和狀態(tài)實時采集進行綜合分析以此準確表征碳刷的當前性能，以保障發(fā)電機正常運轉(zhuǎn)的安全。

2　平臺方案

2.1　平臺架構(gòu)

平臺架構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺架構(gòu)圖

（1）設(shè)備層：包括熱成像儀、PLC控制器、信號集中器等。該層實時采集熱成像儀的溫度和圖像、PLC控制系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及各個傳感器數(shù)據(jù)。

（2）采集通訊層：包括內(nèi)部局域網(wǎng)、防火墻、網(wǎng)閘等。信號集中器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，通過內(nèi)部局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器。

（3）監(jiān)控業(yè)務(wù)層：包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、在線監(jiān)測服務(wù)器、PC等。數(shù)據(jù)服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理、統(tǒng)計以及診斷分析，在線監(jiān)測計算機實現(xiàn)對發(fā)電機滑環(huán)裝置的智能在線監(jiān)測。

2.2　平臺創(chuàng)新點

（1）KingSCADA4.0信創(chuàng)版適用于“全信創(chuàng)”工業(yè)控制系統(tǒng)的高端工業(yè)自動化全組態(tài)監(jiān)控軟件，其具有自主研發(fā)、安全可控、穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品特性以及模塊化開發(fā)、可視化操作、分布式部署、操作簡單、性能卓越等諸多優(yōu)點，完美支持與多種國產(chǎn)CPU、操作系統(tǒng)、PLC設(shè)備、數(shù)據(jù)庫聯(lián)合使用。

（2）實現(xiàn)了對水電站發(fā)電機組的全面在線監(jiān)測、趨勢分析、故障智能診斷，實現(xiàn)了軟件平臺系統(tǒng)的自主、安全和可控，保障了發(fā)電機組穩(wěn)定可靠運行。

2.3　核心優(yōu)勢

2.3.1　平臺功能

（1）工程開發(fā)包含變量信息、采集配置、報警配置、存儲配置、腳本計算、視頻配置、頁面內(nèi)容等修改熱部署（即部署即生效，無需重啟服務(wù)程序）。

（2）可與數(shù)據(jù)采集軟件進行數(shù)據(jù)交互，支持快速添加采集應(yīng)用和采集軟件中的變量分組及變量信息。

（3）報警配置針對常規(guī)限值、偏差、離散型、變化率報警，系統(tǒng)需提供內(nèi)置功能，支持開發(fā)態(tài)在線配置與excel表格導入導出兩種報警配置方式，支持自定義報警判斷、報警確認、報警刪除邏輯。

（4）可與達夢、人大金倉、MySQL、PostgreSQL、SQLserver等數(shù)據(jù)庫交互，將報警、操作事件等信息存儲數(shù)據(jù)庫中。

（5）頁面編輯器集成了easyUI組件，包含水平布局、垂直布局、表單布局、?？坎季?、手風琴布局、選項卡布局等多種布局容器；集成echarts圖表，可自定義樣式，可綁定鼠標事件。

（6）頁面中可添加2D工藝圖，可繪制直線、曲線、矩形、橢圓、扇形、多邊形等多種圖形單元，支持配置動畫鏈接，支持圖形單元的收藏與復用。

（7）可通過腳本方式進行服務(wù)端數(shù)據(jù)的邏輯計算與處理，支持如下多種類型的后臺腳本：

·系統(tǒng)啟動與關(guān)閉時自動執(zhí)行；

·按照不同的時間周期執(zhí)行；

·參數(shù)發(fā)生變化時可觸發(fā)執(zhí)行；

·按照條件的存續(xù)狀態(tài)觸發(fā)執(zhí)行；

·自定義腳本執(zhí)行。

2.3.2　平臺性能

2.3.2.1　自主程度方面

平臺系統(tǒng)功能完善，實現(xiàn)了對水電站發(fā)電機組的全面在線監(jiān)測、趨勢分析、故障智能診斷，實現(xiàn)了軟件平臺系統(tǒng)的自主、安全和可控，保障了發(fā)電機組穩(wěn)定可靠運行。平臺服務(wù)器硬件規(guī)格更高，響應(yīng)速度更快；操作系統(tǒng)可用性、可維護性更好。平臺構(gòu)建了基于可信安全架構(gòu)的信息安全技術(shù)的安全防御體系，滿足信息安全等級保護2.0三級要求，安全等級提升。平臺系統(tǒng)基于KingSCADA4.0信創(chuàng)版二次開發(fā)，其具有自主研發(fā)、安全可控、穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品特性以及模塊化開發(fā)、可視化操作、分布式部署、操作簡單、性能卓越等諸多優(yōu)點，完美支持與多種國產(chǎn)CPU、操作系統(tǒng)、PLC設(shè)備聯(lián)合使用，具有自主研發(fā)、安全可控、穩(wěn)定可靠等特性，致力于保障國家公共安全和工業(yè)及信息化安全，運行可靠，具有極強的可移植和可擴展性。

2.3.2.2　可靠性

（1）服務(wù)異常退出可自動重啟服務(wù)。

（2）軟件服務(wù)異?；蛲ㄓ嵵袛鄷r，進行異常提示。

（3）軟件在發(fā)生系統(tǒng)服務(wù)崩潰、服務(wù)器斷電、服務(wù)程序異常退出時，能保證數(shù)據(jù)文件完整有效。

2.3.2.3　安全性

（1）可通過https進行加密的通訊訪問。

（2）軟件可進行分級授權(quán)功能，管理員用戶可為用戶配置不同的管理角色，可按照時間段配置授權(quán)，過期后權(quán)限自動回收；授權(quán)變更有日志記錄。

2.3.2.4　易用性

（1）可多人協(xié)同開發(fā)同一個工程，不需進行工程合并。

（2）具有在線幫助文檔，便于開發(fā)流程學習、問題定位。

2.3.2.5　可移植性

頁面、圖形模型的導出/導入支持json格式文件，可實現(xiàn)快速復用；支持工程的快速遷移與替換。

3　應(yīng)用效果

本次項目對白鶴灘水電站發(fā)電機滑環(huán)裝置智能監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件進行了研究。本項目采集碳粉吸收裝置風機轉(zhuǎn)速、風壓，滑環(huán)裝置碳刷溫度、電流、磨損量、環(huán)境溫度、濕度等數(shù)據(jù)，對各類傳感器進行集成優(yōu)化，實現(xiàn)在線監(jiān)測、趨勢分析、故障智能診斷，并在左右岸各安裝1套發(fā)電機組滑環(huán)裝置智能監(jiān)測系統(tǒng)。該項目基于KingSCADA4.0信創(chuàng)版二次開發(fā)，可實現(xiàn)功能如下：

（1）完成基于Linux系統(tǒng)的在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)及優(yōu)化，解決網(wǎng)絡(luò)安全問題。

（2）采集碳粉吸收裝置風機轉(zhuǎn)速、風壓，滑環(huán)裝置碳刷溫度、電流、磨損量，環(huán)境溫度、濕度等數(shù)據(jù)，對各類傳感器進行集成優(yōu)化，實現(xiàn)在線監(jiān)測、趨勢分析、故障智能診斷。

（3）解決無線數(shù)據(jù)傳輸丟失和錯誤問題，提升智能監(jiān)測系統(tǒng)的運行可靠性。

4　推廣價值

4.1　推廣價值

本項目工程投入以后，在降低設(shè)備維護成本、減少故障次數(shù)等方面優(yōu)勢明顯，在安全范圍內(nèi)達到國際先進水平。該項目運行在全信創(chuàng)化的運行環(huán)境，不依托任何國際技術(shù)，在水電站大型裝備系統(tǒng)在線安全監(jiān)測、趨勢預判和智能診斷方面具有非常好的推廣價值。

4.2　示范意義

亞控科技助力白鶴灘水電站碳刷實現(xiàn)了采集監(jiān)控的全棧國產(chǎn)替代。在現(xiàn)狀分析與需求調(diào)研方面，該公司確定由產(chǎn)品、研發(fā)與交付的同事牽頭，梳理產(chǎn)品及行業(yè)所需替代的如德國talvent、pvss等對標產(chǎn)品與技術(shù)特性。對如SCADA、數(shù)據(jù)庫等產(chǎn)品尋找國內(nèi)替代廠商進行的調(diào)研與技術(shù)交流，確定可替代方案，后期擇機開展兼容適配。依托監(jiān)控系統(tǒng)的高性能及高兼容度，新的全棧體系化替代方案實現(xiàn)了高效遷移。

4.3　經(jīng)濟效益

亞控科技基于KingSCADA4.0信創(chuàng)版針對白鶴灘水電站發(fā)電機滑環(huán)裝置開發(fā)的智能監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對機組碳刷采集監(jiān)控的全棧國產(chǎn)替代，方案將平臺效率提升了10%～30%，并降低了IT投資和運維成本，有效提高了整體運營效率，為支撐企業(yè)未來業(yè)務(wù)發(fā)展做出了重大貢獻。

4.4　社會效益

亞控科技基于KingSCADA4.0信創(chuàng)版針對白鶴灘水電站發(fā)電機滑環(huán)裝置開發(fā)的智能監(jiān)測系統(tǒng)，可采集風機轉(zhuǎn)速、風壓，滑環(huán)裝置碳刷溫度、電流、磨損量、環(huán)境溫度、濕度等數(shù)據(jù)，可對設(shè)備進行在線監(jiān)測、趨勢分析、故障智能診斷，實現(xiàn)了軟件平臺系統(tǒng)的自主、安全和可控，保障了發(fā)電機組穩(wěn)定可靠運行。

作者簡介

李澤浩（1999-），男，黑龍江大慶人，學士，現(xiàn)就職于北京亞控科技發(fā)展有限公司，主要從事工業(yè)軟件、智能制造等方面的研究。

參考文獻：

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摘自《自動化博覽》2025年1月刊