★李泽浩  北京亚控科技发展有限公司

关键词：水电站；机组碳刷；工业软件；信创；监控

1　项目概况

1.1　项目背景

白鹤滩超级世纪工程先后两次在习近平总书记的重要讲话上被提及。其通过近70年的努力打破了国外的垄断，实现了高端装备国产化自主可控的技术突破。举国重器白鹤滩水电站建设的综合技术难度是当今世界最高的，而且创造了单机容量100万千瓦世界第一、地下洞室群规模世界第一、300米级高拱坝抗震参数世界第一、无压泄洪洞群规模世界第一等6个世界第一。

1.2　项目目标

亚控科技连续多年在国内SCADA监控市场位列第一。本工程项目由亚控合作伙伴华能水电基于KingSCADA4.0信创版二次开发，该公司本着科技创新振兴民族工业的理念积极参与白鹤滩水电站的建设，实现了对机组碳刷采集监控的全栈国产替代。依托监控系统的高性能及高兼容度，新的全栈体系化替代方案实现了高效迁移，为支撑企业未来业务发展做出了重大贡献。

水电站发电机滑环装置智能监测系统解决方案实时采集热成像仪的温度和图像、PLC控制系统监测数据以及各个传感器通过信号集中器转换的数据，并通过内部局域网将数据传输到中央监控系统的数据服务器，由服务器对数据进行统一处理、统计以及诊断分析。在线监测计算机实现对发电机滑环装置的智能在线监测。

1.3　应用场景

发电机滑环装置是水电站发电机的关键部件之一，其不仅数量多且长期处于磨损和高温工作环境中。发电机的励磁电流是通过碳刷、滑环输送到励磁绕组的。发电机在运转中会产生震动导致电刷和滑环瞬间产生电火花，火花强度超过一定限度时就会给发电机带来损伤，严重时会引起滑环烧蚀、碳刷超温燃烧、发电机停机等重大事故。因此，在运行过程中需要实时监测碳刷的工况。

碳刷智能在线监测装置可对碳刷的磨损程度、碳刷与滑环间的放电情况、碳刷温度等反应工况的重要指标进行在线监测，并可将这些工况数据和状态实时采集进行综合分析以此准确表征碳刷的当前性能，以保障发电机正常运转的安全。

2　平台方案

2.1　平台架构

平台架构如图1所示。

图1 平台架构图

（1）设备层：包括热成像仪、PLC控制器、信号集中器等。该层实时采集热成像仪的温度和图像、PLC控制系统监测数据以及各个传感器数据。

（2）采集通讯层：包括内部局域网、防火墙、网闸等。信号集中器将数据转换后，通过内部局域网将数据传输到中央监控系统的数据服务器。

（3）监控业务层：包括数据服务器、在线监测服务器、PC等。数据服务器对数据进行统一处理、统计以及诊断分析，在线监测计算机实现对发电机滑环装置的智能在线监测。

2.2　平台创新点

（1）KingSCADA4.0信创版适用于“全信创”工业控制系统的高端工业自动化全组态监控软件，其具有自主研发、安全可控、稳定可靠的产品特性以及模块化开发、可视化操作、分布式部署、操作简单、性能卓越等诸多优点，完美支持与多种国产CPU、操作系统、PLC设备、数据库联合使用。

（2）实现了对水电站发电机组的全面在线监测、趋势分析、故障智能诊断，实现了软件平台系统的自主、安全和可控，保障了发电机组稳定可靠运行。

2.3　核心优势

2.3.1　平台功能

（1）工程开发包含变量信息、采集配置、报警配置、存储配置、脚本计算、视频配置、页面内容等修改热部署（即部署即生效，无需重启服务程序）。

（2）可与数据采集软件进行数据交互，支持快速添加采集应用和采集软件中的变量分组及变量信息。

（3）报警配置针对常规限值、偏差、离散型、变化率报警，系统需提供内置功能，支持开发态在线配置与excel表格导入导出两种报警配置方式，支持自定义报警判断、报警确认、报警删除逻辑。

（4）可与达梦、人大金仓、MySQL、PostgreSQL、SQLserver等数据库交互，将报警、操作事件等信息存储数据库中。

（5）页面编辑器集成了easyUI组件，包含水平布局、垂直布局、表单布局、停靠布局、手风琴布局、选项卡布局等多种布局容器；集成echarts图表，可自定义样式，可绑定鼠标事件。

（6）页面中可添加2D工艺图，可绘制直线、曲线、矩形、椭圆、扇形、多边形等多种图形单元，支持配置动画链接，支持图形单元的收藏与复用。

（7）可通过脚本方式进行服务端数据的逻辑计算与处理，支持如下多种类型的后台脚本：

·系统启动与关闭时自动执行；

·按照不同的时间周期执行；

·参数发生变化时可触发执行；

·按照条件的存续状态触发执行；

·自定义脚本执行。

2.3.2　平台性能

2.3.2.1　自主程度方面

平台系统功能完善，实现了对水电站发电机组的全面在线监测、趋势分析、故障智能诊断，实现了软件平台系统的自主、安全和可控，保障了发电机组稳定可靠运行。平台服务器硬件规格更高，响应速度更快；操作系统可用性、可维护性更好。平台构建了基于可信安全架构的信息安全技术的安全防御体系，满足信息安全等级保护2.0三级要求，安全等级提升。平台系统基于KingSCADA4.0信创版二次开发，其具有自主研发、安全可控、稳定可靠的产品特性以及模块化开发、可视化操作、分布式部署、操作简单、性能卓越等诸多优点，完美支持与多种国产CPU、操作系统、PLC设备联合使用，具有自主研发、安全可控、稳定可靠等特性，致力于保障国家公共安全和工业及信息化安全，运行可靠，具有极强的可移植和可扩展性。

2.3.2.2　可靠性

（1）服务异常退出可自动重启服务。

（2）软件服务异常或通讯中断时，进行异常提示。

（3）软件在发生系统服务崩溃、服务器断电、服务程序异常退出时，能保证数据文件完整有效。

2.3.2.3　安全性

（1）可通过https进行加密的通讯访问。

（2）软件可进行分级授权功能，管理员用户可为用户配置不同的管理角色，可按照时间段配置授权，过期后权限自动回收；授权变更有日志记录。

2.3.2.4　易用性

（1）可多人协同开发同一个工程，不需进行工程合并。

（2）具有在线帮助文档，便于开发流程学习、问题定位。

2.3.2.5　可移植性

页面、图形模型的导出/导入支持json格式文件，可实现快速复用；支持工程的快速迁移与替换。

3　应用效果

本次项目对白鹤滩水电站发电机滑环装置智能监测系统软硬件进行了研究。本项目采集碳粉吸收装置风机转速、风压，滑环装置碳刷温度、电流、磨损量、环境温度、湿度等数据，对各类传感器进行集成优化，实现在线监测、趋势分析、故障智能诊断，并在左右岸各安装1套发电机组滑环装置智能监测系统。该项目基于KingSCADA4.0信创版二次开发，可实现功能如下：

（1）完成基于Linux系统的在线监测系统开发及优化，解决网络安全问题。

（2）采集碳粉吸收装置风机转速、风压，滑环装置碳刷温度、电流、磨损量，环境温度、湿度等数据，对各类传感器进行集成优化，实现在线监测、趋势分析、故障智能诊断。

（3）解决无线数据传输丢失和错误问题，提升智能监测系统的运行可靠性。

4　推广价值

4.1　推广价值

本项目工程投入以后，在降低设备维护成本、减少故障次数等方面优势明显，在安全范围内达到国际先进水平。该项目运行在全信创化的运行环境，不依托任何国际技术，在水电站大型装备系统在线安全监测、趋势预判和智能诊断方面具有非常好的推广价值。

4.2　示范意义

亚控科技助力白鹤滩水电站碳刷实现了采集监控的全栈国产替代。在现状分析与需求调研方面，该公司确定由产品、研发与交付的同事牵头，梳理产品及行业所需替代的如德国talvent、pvss等对标产品与技术特性。对如SCADA、数据库等产品寻找国内替代厂商进行的调研与技术交流，确定可替代方案，后期择机开展兼容适配。依托监控系统的高性能及高兼容度，新的全栈体系化替代方案实现了高效迁移。

4.3　经济效益

亚控科技基于KingSCADA4.0信创版针对白鹤滩水电站发电机滑环装置开发的智能监测系统，实现了对机组碳刷采集监控的全栈国产替代，方案将平台效率提升了10%～30%，并降低了IT投资和运维成本，有效提高了整体运营效率，为支撑企业未来业务发展做出了重大贡献。

4.4　社会效益

亚控科技基于KingSCADA4.0信创版针对白鹤滩水电站发电机滑环装置开发的智能监测系统，可采集风机转速、风压，滑环装置碳刷温度、电流、磨损量、环境温度、湿度等数据，可对设备进行在线监测、趋势分析、故障智能诊断，实现了软件平台系统的自主、安全和可控，保障了发电机组稳定可靠运行。

作者简介

李泽浩（1999-），男，黑龙江大庆人，学士，现就职于北京亚控科技发展有限公司，主要从事工业软件、智能制造等方面的研究。

参考文献：

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[2] GB/T22239-2019, 信息安全技术 网络安全等级保护基本要求[S].

[3] 穆云婷, 王云龙, 任天晓, 等. 油气长输管道工业控制网络安全风险与应对措施[J]. 网络空间安全, 2021, 12 (Z1) .

[4] 高志斌, 张曲汉, 李欣嵘, 等. 基于等保2.0的油气管道工业控制系统网络安全防护方式探析[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2020, 40 (13) : 151 - 152.

[5] 张翔宇, 路来顺. 工业控制系统网络安全分析与研究[J]. 网络空间安全, 2019, 10 (5) .

摘自《自动化博览》2025年1月刊