水电监控系统报警信号处理方法分析

水电监控系统报警信号处理方法分析

李小治1, 鲍艳香2,孙毅1

（1. 南京南瑞集团公司水利水电科技有限公司   江苏 南京 210003

2.水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心   江苏 南京 210012）

摘要：随着计算机监控技术的高速发展。作为水电站的各业务系统间的数据交互越来越多，信号的体量越来越大，信号的采集速度和精度要求越来越高。在实际生产运行中，难免会因为监控系统信号报警问题，给水电厂的运行带来安全风险和管理风险。为保证监控系统所有的重要故障和事故信息都能及时通知到相关人员,需要对信号报警进一步处理。本文主要论述了几种上位机报警信号处理的方法，希望能提升水电站运行的效率和安全水平。

关键词：报警；监控系统；信号处理

0 引言

随着信息化技术的发展，自动控制系统在水电站控制领域得到了广泛的应用。水电站主要使用的控制系统包括数据采集与监视控制系统（SCADA），可编程逻辑控制器（PLC），远程终端单元（RTU），智能电子设备（IED）等。水电站计算机监控系统在水电站发电生产过程实行监测和控制的系统。主要功能有:自动采集水轮发电机组、水力机组辅助设备、主变压器和开关站等的电气、温度、压力、液位和流量等数据,并进行显示、分析和储存;完成各种生产流程,包括开停机、分合开关等顺序控制,机组有功功率和无功功率调节,自动发电控制和自动电压控制。同时还具有人机交互、故障报警、防误操作、事故处理,以及历史数据库管理等功能。

计算机监控系统一般将SOE和开关量信号分为状变信号、故障信号、事故信号等;而模拟量和温度量信号一般设置高限、高高限、低限、低低限,越限时报警,需要运行值班人员24 h不间断进行监视,设备运行状况判断依赖于运维人员的专业技能水平,易因人员疏忽或技能水平不足而忽视重要信号,从而导致事故发生。建立高效的上位机报警信号处理方法,减少不必要的人工监视,可最大限度减少人为因素的影响,依赖可靠的分析技术和手段,减少大量冗繁的报警信息，提高运行监盘效率和可靠性。

1基本原则

报警信号处理设计原则主要有以下几个方面：1、报警信号处理应满足必要条件之一就不能改变信号所代表的定义。2、报警信号处理的过程不影响现有系统的运行和性能。3、报警信号处理主要优化计算机监控系统的监视功能,同时降低运行人员的工作强度。

2监控系统结构

图1  信号逻辑图

图1为水电站电力生产工控系统的信号上送常规逻辑图。目前水电站监控系统是通过现地PLC、外部通信、IED装置等数据采集系统将IO信号通过主干网交换机上传至数据采集与处理服务器，数据采集与处理服务器通过网络方式将信息发布到操作员站人机界面节点。运行人员可以通过简报信息、光字报警、语音报警、画面显示等方式对设备进行控制与监视。随着计算机监控技术和电力系统装备的发展，未来不仅信号的数量会大大增加，信号呈现方式会有多种多样这要求我们运行维护人员有更高的要求。报警信号处理的策略配置就显得十分重要。

3报警信号处理方法

3.1单一信号报警处理

计算机监控系统主要报警信号有SOE、开关量、模拟量、温度量和事件报警等。在日常生产运行过程中我们经常会发现由于设备的不稳定运行导致SOE或开关量频繁刷屏动作和复归，或者是传感器设备发生故障或者采样精度不够导致模拟量或温度度信号在越限范围间反复动作。大量的不规范信号多次重复报警。非重要信号前生的大量报警从而淹盖了有用的报警信息。针对上述情况我们处理的策略有如下四种方法：

(1)频繁刷屏的信号我们可以通过简报信息进行抖动设置。我们可以设定在一定时间内该信号只报一次。当进行了抖动过滤设置后，发生抖动的测点抖动次数将会被自动统计，并且会在下一次该测点在简报报警时一并显示。

(2)模拟量或温度量等采样信号是由传感器上送的电流或电压量信号，本身会产生精度丢失。针对此类信号可以设值信号的刷新死区和报警死区。刷新死区可以避免信号频繁变化，报警死区可以避免信号频繁报警。

(3)针对已知为设备故障或者设备检修调试时产生的动作信号，可以通过屏蔽信号功能。当进行屏蔽设置后，屏蔽的信号将不会参于逻辑计算、不再简报报警、不再产生语音报警和光字报警提示。

(4)组织集控中心电力运行人员和自动化人员商讨数据点过滤原则，明确监视重点，根据过滤原则对集控中心计算机监控系统中数据进行重新过滤，将一些不属于职责监视范围的报警信息从简报窗口中去掉，精简简报窗口中的信息内容。对于开关、事故信号、开停机、通道故障、数据链路异常以及其他不及时发现会引起严重后果的重要故障报警信息用红色显示，以便于值班人员及时发现和处理。

3.2 多信号联动报警

在生产运行过程中我们还会遇到单一信号很难将一个故障、事故或者当前设备运行状态正确呈现给运行人员。这就需要监控系统软件具备逻辑脚本运算功能，它可以把多个信号进行逻辑组态得到我们想要的结果并由人机界面输出报警。在这里提出两种实现方法适用于不同对象：

(1)简单逻辑功能我们可通过简报的自定义告警功能实现。如图2所示是某电站的一个简单组态逻辑。通过逻辑组态中我们得出当“8号机组发电态==1”&&“8F密封水水压<1.0”满足条件时，简报输出“8F密封水断流动作”否则简报输出“8F密封水断流复归”。这种简单的自定义告警功能模块的特点如下，它是实时生效的，只要条件成立就显示简报报警，适用于运行人员临时进行逻辑组态，形成新报警或对已有报警进行屏蔽。它组建的逻辑运算简单，测点数量有限，只针对本机节点生效，而且一旦本机节点重启则逻辑功能会清零。但是我们可以把设置的逻辑方案保存在本地文件夹便于下次调用。

图2  自定义逻辑告警图

(2)运行维护过程中我们会遇到大量的复杂计算有“与”、“或”“非”“求余”等复杂逻辑功能运算。我们可通过对象脚本编辑功能来实现。如图3所示是某电站通过对象脚本编辑功能实现全厂有功实发值和设定值偏差超过50MW的偏差告警功能。图3中所示我们发现有四段逻辑运算。首先定义了2个int型的变量“Chtag”和“Count”，1个float型变量“Pset”。第一段逻辑当“$二江全厂AGC投入$ == 1”且“$二江全厂总有功给定值$ != Pset”时赋值“Chtag = 1”和“Pset = $二江全厂总有功给定值$”。第二段逻辑当“Chtag == 1”时赋初值0给“Count”和“Chtag”。第三段是一个累加计数运算，“Count”累加到90就不再累加了。第四段逻辑当“Count == 90”且“$二江全厂总有功给定值$”与“$二江全厂总有功实发值$”差值的绝对值大于50时简报报警输出“全厂有功实发值和设定值偏差超过50MW，全厂AGC报警”并且入“ej_plant_AGC_LOG”一览表。由于脚本运算功能是2秒种运行周期，上述逻辑实现了通过AGC调节作用180秒全厂有功实发值和设定值偏差50MW的AGC报警功能。这种脚本编辑模块的特点如下，它需要数据库重启生效，逻辑运算由数据采信和处理服务器来完成，然后把计算的结果推送至简报报警。适用于维护人员进行复杂的逻辑组态，组态是存在数据库永久有效。它组建的逻辑运算复杂，测点数量可变，并且是所有节点生效。

可以看出逻辑组态告警大大增加了信号报警的灵活性。合理利用逻辑报警功能可以将复杂信号简单明了化。逻辑组态功能强大，可以满足电厂生产运行的要求，下面是典型的几个告警模型。(1)延时报警：当某个条件/某几个条件满足时，开始计时，超过规定时间后动作。例如调速器油泵运行超过30min报警。(2)模拟量/温度量上升趋势报警。当模拟量/温度量在一定时间内保持上升趋势，且上升超过定值后报警。例如水导轴瓦温度持续上升，且5min内上升10℃报警。(3)三相不平衡。判断三个测点两两偏差过大后报警。例如三相电压不平衡，超过5后报警。(4)启停间隔判断告警。当*泵启停间隔大于/小于限定时间时，报警。如机组定负荷时压油泵启动间隔过小。

图3  对象脚本编辑告警图

4结语

安全责任重于泰山，而对实施“少人值守、无人值班”模式的水电厂来说，高效的报警信号处理是保证安全生产和高效运行的重要技术。文章介绍了一些报警信号处理的方法，这些方法的应用提升了水电厂安全运行水平，有效保障安全生产，提高工作效率，为国家创造更大的经济收益。由于时间仓促，水平有限，理解难免有谬误之处，敬请指正，希望对报警信号处理相关方面能有所裨益。

参考文献

[1]孙毅,黄金龙,吴宁,等.向家坝电站运行设备异常状态识别功能的设计与实现[J].西北水电,2020(04):93-97

[2]张启明,朱辰,施冲,等. 水电厂综合自动化报警系统的开发与应用[J].水电厂自动化,2002(04):19-21

[3]简永明. 乌江梯级电站集控系统报警信息的分类及处理[J].水电厂自动化,2008(04):55-57.

[4]肖学友. 监控系统智能化报警应用分析[J].水电站机电技术,2021,44(1):46-48.