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★李澤浩  北京亞控科技發展有限公司

關鍵詞：水電站；機組碳刷；工業軟件；信創；監控

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，實現了高端裝備國產化自主可控的技術突破。舉國重器白鶴灘水電站建設的綜合技術難度是當今世界最高的，而且創造了單機容量100萬千瓦世界第一、地下洞室群規模世界第一、300米級高拱壩抗震參數世界第一、無壓泄洪洞群規模世界第一等6個世界第一。

1.2　項目目標

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

水電站發電機滑環裝置智能監測系統解決方案實時采集熱成像儀的溫度和圖像、PLC控制系統監測數據以及各個傳感器通過信號集中器轉換的數據，并通過內部局域網將數據傳輸到中央監控系統的數據服務器，由服務器對數據進行統一處理、統計以及診斷分析。在線監測計算機實現對發電機滑環裝置的智能在線監測。

1.3　應用場景

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

碳刷智能在線監測裝置可對碳刷的磨損程度、碳刷與滑環間的放電情況、碳刷溫度等反應工況的重要指標進行在線監測，并可將這些工況數據和狀態實時采集進行綜合分析以此準確表征碳刷的當前性能，以保障發電機正常運轉的安全。

2　平臺方案

2.1　平臺架構

平臺架構如圖1所示。

圖1 平臺架構圖

（1）設備層：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控制系統監測數據以及各個傳感器數據。

（2）采集通訊層：包括內部局域網、防火墻、網閘等。信號集中器將數據轉換后，通過內部局域網將數據傳輸到中央監控系統的數據服務器。

（3）監控業務層：包括數據服務器、在線監測服務器、PC等。數據服務器對數據進行統一處理、統計以及診斷分析，在線監測計算機實現對發電機滑環裝置的智能在線監測。

2.2　平臺創新點

（1）KingSCADA4.0信創版適用于“全信創”工業控制系統的高端工業自動化全組態監控軟件，其具有自主研發、安全可控、穩定可靠的產品特性以及模塊化開發、可視化操作、分布式部署、操作簡單、性能卓越等諸多優點，完美支持與多種國產CPU、操作系統、PLC設備、數據庫聯合使用。

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

2.3　核心優勢

2.3.1　平臺功能

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

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

（3）報警配置針對常規限值、偏差、離散型、變化率報警，系統需提供內置功能，支持開發態在線配置與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等數據庫交互，將報警、操作事件等信息存儲數據庫中。

（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、停靠布局、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端數據的邏輯計算與處理，支持如下多種類型的后臺腳本：

·系統啟動與關閉時自動執行；

·按照不同的時間周期執行；

·參數發生變化時可觸發執行；

·按照條件的存續狀態觸發執行；

·自定義腳本執行。

2.3.2　平臺性能

2.3.2.1　自主程度方面

平臺系統功能完善，實現了對水電站發電機組的全面在線監測、趨勢分析、故障智能診斷，實現了軟件平臺系統的自主、安全和可控，保障了發電機組穩定可靠運行。平臺服務器硬件規格更高，響應速度更快；操作系統可用性、可維護性更好。平臺構建了基于可信安全架構的信息安全技術的安全防御體系，滿足信息安全等級保護2.0三級要求，安全等級提升。平臺系統基于KingSCADA4.0信創版二次開發，其具有自主研發、安全可控、穩定可靠的產品特性以及模塊化開發、可視化操作、分布式部署、操作簡單、性能卓越等諸多優點，完美支持與多種國產CPU、操作系統、PLC設備聯合使用，具有自主研發、安全可控、穩定可靠等特性，致力于保障國家公共安全和工業及信息化安全，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）服務異常退出可自動重啟服務。

（2）軟件服務異常或通訊中斷時，進行異常提示。

（3）軟件在發生系統服務崩潰、服務器斷電、服務程序異常退出時，能保證數據文件完整有效。

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，過期后權限自動回收；授權變更有日志記錄。

2.3.2.4　易用性

（1）可多人協同開發同一個工程，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，可實現快速復用；支持工程的快速遷移與替換。

3　應用效果

本次項目對白鶴灘水電站發電機滑環裝置智能監測系統軟硬件進行了研究。本項目采集碳粉吸收裝置風機轉速、風壓，滑環裝置碳刷溫度、電流、磨損量、環境溫度、濕度等數據，對各類傳感器進行集成優化，實現在線監測、趨勢分析、故障智能診斷，并在左右岸各安裝1套發電機組滑環裝置智能監測系統。該項目基于KingSCADA4.0信創版二次開發，可實現功能如下：

（1）完成基于Linux系統的在線監測系統開發及優化，解決網絡安全問題。

（2）采集碳粉吸收裝置風機轉速、風壓，滑環裝置碳刷溫度、電流、磨損量，環境溫度、濕度等數據，對各類傳感器進行集成優化，實現在線監測、趨勢分析、故障智能診斷。

（3）解決無線數據傳輸丟失和錯誤問題，提升智能監測系統的運行可靠性。

4　推廣價值

4.1　推廣價值

本項目工程投入以后，在降低設備維護成本、減少故障次數等方面優勢明顯，在安全范圍內達到國際先進水平。該項目運行在全信創化的運行環境，不依托任何國際技術，在水電站大型裝備系統在線安全監測、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了采集監控的全棧國產替代。在現狀分析與需求調研方面，該公司確定由產品、研發與交付的同事牽頭，梳理產品及行業所需替代的如德國talvent、pvss等對標產品與技術特性。對如SCADA、數據庫等產品尋找國內替代廠商進行的調研與技術交流，確定可替代方案，后期擇機開展兼容適配。依托監控系統的高性能及高兼容度，新的全棧體系化替代方案實現了高效遷移。

4.3　經濟效益

亞控科技基于KingSCADA4.0信創版針對白鶴灘水電站發電機滑環裝置開發的智能監測系統，實現了對機組碳刷采集監控的全棧國產替代，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，為支撐企業未來業務發展做出了重大貢獻。

4.4　社會效益

亞控科技基于KingSCADA4.0信創版針對白鶴灘水電站發電機滑環裝置開發的智能監測系統，可采集風機轉速、風壓，滑環裝置碳刷溫度、電流、磨損量、環境溫度、濕度等數據，可對設備進行在線監測、趨勢分析、故障智能診斷，實現了軟件平臺系統的自主、安全和可控，保障了發電機組穩定可靠運行。

作者簡介

李澤浩（1999-），男，黑龍江大慶人，學士，現就職于北京亞控科技發展有限公司，主要從事工業軟件、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