水电控制系统优化维护研究

摘要：大型水电厂中，象励磁、调速这样主要的控制系统，本身具有较高的可靠性，特别是微机化以后，系统初步有一些自诊断功能，对提高设备维护效率有一定的促进作用，但如何将控制系统的控制、维护、状态检测与管理功能进行有机结合，把现代的信息技术、智能技术引入到电厂的日常维护工作当中，还是一个全新的课题，本文将就控制系统优化维护系统的构成作一些探讨研究。

关键词：控制系统 状态检测 仿真技术 优化维护

1　前言

水电厂控制系统的优化维护系统的建立，主要是得益目前技术的发展，控制系统本身从原来的常规控制发展到大规模集成电路，一直到现在控制核心都是CPU，包括外围的数据采集也使用了DSP技术，这样系统自诊断功能加强了，另一方面与其他系统交换信息的能力也大大提高，使得现场维护人员可以更多更充分了解系统的运行信息，建立一套综合系统故障信息和状态检测，并能够进行综合的评价，提出必要的运行维护指导系统，对目前水电厂无人值班发展大方向的前提下，减少维护人员，提高处理设备故障能力，是很有好处的。

2　优化维护的基本概念

优化维护是在根据设备运行状态决定维护策略的状态维护基础上，结合企业的管理、控制等其他方面的信息，使企业获得最佳经济效益的原则，提出相应的维护决策的维护方法。从其概念中，很容易知道优化维护包含了控制、维护、管理相容的思想，这是在九十年代在欧洲逐步兴起的一门技术，称其为CMMS技术(control_maintenance_management system)。

优化维护系统则是建立在优化维护的概念基础上设计发展的系统。它应该是以现成的控制设备为基础和维护对象，在确保不影响原系统控制功能的基础上，添加适当的采集设备实时的检测控制系统的状态和输出，判断系统是否出现故障，并对异常进行定量的分析，判明异常变化的类型、时间、表现形式和危害程度，同时与系统的控制、管理等其他信息进行交换，提出全局性的优化维护措施。因此，水电厂控制系统的优化维护系统可以作为电厂水轮发电机组故障诊断与状态检修的作成部分和补充，但作为控制系统的优化维护，与机组本身的检测，又有其特殊性。

3　优化维护系统基本功能

控制系统的优化维护系统与机组的状态监测与故障诊断系统相比，有许多相似之处，其主要功能包括状态监测、分析诊断、故障预测和维护决策等几方面的内容。控制系统的优化维护决策系统检测的范围不仅仅是控制系统本身，还包含其随动系统，如调速系统的电气控制部分和液压随动系统。

控制系统的特点是实时性、动态连续控制，一般都是闭环系统，具有反馈环节，正是由于这样的特点，在控制系统出现控制偏差或控制不稳定时，很难区分环节中影响的因素，而不象机组的状态检测与故障诊断，对于信号检测和采集，异常信号分析比较容易分离，因此应用于控制系统的优化维护决策系统，采用仿真技术是非常必要的，以此来区分控制中哪个环节出现偏差，逐步的缩小故障范围。

优化维护是我们建立该系统的最终目的。因此，该系统应该具备对控制系统进行一些水电厂检修维护过程中的试验功能，并对试验数据进行分析比较，优化控制参数。系统有能力向控制系统安全、可靠的注入扰动量，进行试验，而在控制系统投入正式运行时，又不干扰控制系统的正常运行。

4　建立优化维护系统对控制系统的要求

作为优化维护系统的对象，控制系统应该具备一些基本的条件：

1)以微处理器为控制核心，具备基本的信息相互交换能力，以读取和输入数据;

2)具有比较丰富的检测点，用于优化维护系统采集控制系统不同环节的状态数据;

3)有良好的隔离措施，可以方便的加装必要的传感器;

4)核心单元的自诊断能力;

5)控制系统的随动机构，能够检测其状态。

5　隔河岩电厂优化维护系统的建立

隔河岩电厂的励磁系统和调速系统，都是从国外进口的设备，以微处理器为控制核心，可靠性较高，具备建立优化维护系统的基本条件，电厂的调速、励磁优化维护系统作为电厂机组状态检测与故障诊断系统的有机组成部分，为机组状态检测与故障诊断系统提供足够的状态信息和诊断分析信息，形成机组总体故障诊断的依据。隔河岩电厂的励磁和调速系统的优化维护系统在系统结构和软件功能设计上有许多共同的思想，下面仅以励磁系统的优化维护系统作以说明。

5.1　优化维护系统总体结构

控制系统优化维护系统的结构设计要考虑以下几个因素：

1)控制运行时，系统的信息特征值变化规律;

2)故障的发生、发展过程;

3)优化维护系统的各种复杂应用场合;

4)系统本身的扩展性;

5)信息的交换能力。

基于以上因素的考虑，`隔河岩电厂的优化维护系统采用了如下所示的三层结构。

图1　优化维护系统总体框图

从上图可以很清楚的看出，第一层次主要完成系统运行状态信号、参数设置和相应信号的采集，由于我们现场目前运行的大多数运行的控制系统，并没有特别考虑与其他维护系统的信息交换功能，避免控制系统因与优化维护系统频繁交换数据而影响控制功能，因此对于控制系统的数据设置，都采用工业控制机触发请求的方式;第二层次主要完成对现场数据的采集分析，进行控制系统的仿真，并将仿真的结果与控制系统的控制输出进行比较，差异向维护工作站传送;第三层次是一个智能的维护决策系统，接受第二层次信息，在出现故障征兆时，发出报警，并与历史记录相比较，提出优化控制和维护要求，同时能够记录故障综合情况。