一、引言
目前电力行业正处于超常规高速发展阶段，新建的机组普遍存在定员少、技术人员和运行人员年轻和经验不足的问题，同时增加的过程复杂性和控制策略使运行人员很难注意到运行的方方面面。在中国电力高速发展的今天电厂迫切需要一套能够对其提供真正指导的系统。
目前电厂的情况是，为了保证正常运行，电厂依据制造厂说明书、设计院资料、部颁规程和标准等，编制了集控运行规程，包括系统组成、机组启动、停运和正常运行和维护、试验、事故处理等各类工况下的操作规程和各类应对措施，需要运行人员不断学习掌握。但由于分析问题和解决问题能力的限制，对有限的缺陷征兆在分析数据为什么越界时几乎不能提供任何帮助。运行过程中报警显示有问题时，既不能确定问题根源，也不能给出具体解决步骤，全靠运行人员的知识积累和现场发挥。同时现场的报警数量太多，以致运行人员漠视报警。运行人员需要花费太多的时间判断什么设备将进一步劣化，需要判断引起问题的根本原因，难于执行理想的正确的反应，可能导致小问题迅速扩大和延误，采取不适宜的应对措施代价可能是巨大的。
为了应对以上这些问题，大唐国际发电股份有限公司委托华北电力科学研究院有限责任公司组织开发了一套运行支持系统，对上述问题的解决进行了有效的探索和解决。系统专业模型由华北电力科学研究院有限责任公司提出，北京博望华科科技有限公司负责整个应用系统具体实施，目前该系统已经在山西大唐云岗热电有限公司正式运行，下面主要针对报警和预警给予介绍。
二、电厂运行支持系统要解决的主要问题
所谓电厂运行支持系统(OSS，Operation Supporting System)，是以电厂工质转换原理、运筹学、人工智能、控制论等为基础，通过先进的计算机技术、仿真技术和信息技术为手段，针对电厂运行中的问题进行实时决策活动的具有智能作用的在线的专家系统。该系统通过对机组运行的判断分析和对技术管理的把握，对机组运行实时的提出专家式的指导和判断，使机组运行达到高水平的安全稳定和经济环保水平。
主要解决的问题如下：
1、补充DCS系统功能
控制系统DCS和PLC提供许多报警功能和停机指导来管理非正常情况，对保证电厂的安全稳定运行起了很大的作用，包括调整控制、先进的调节和多元的约束控制。然而这些系统通常不提供：
(1)有故障的主设备的真实报警和假报警之间的区别;
(2)从不重要的报警中过滤重要的报警;
(3)通过分析所有可能原因来识别一个报警的根本原因，或者确定一组特别的原因;
(4)识别一个从正常操作引起扰动的根本原因;
(5)在发生之前预先指出可能发生的非正常情况(预警);
(6)对运行人员和安全人员提供指导。
2、对事故的预警及处理指导
总结机、炉、电各专业典型事故，分析各事故的约束和形成条件，提供技术指导。
系统具有快速反应的能力，在还没有引起严重问题之前通过专家知识的逻辑推理提示可能发生的故障，提出应对措施，以最好方式处理问题。能够对预警级别的重要性排序。
系统发出的警报要求具有很高的准确性。在需要发出报警时发出报警，在不需要发出报警时不得轻易发出报警(假报警)。在正常运行情况下系统任何偏差都能够被探测并迅速以友好方式提示给运行操作人员，并帮助其采取行动回到优化的运行状态。
故障(事故)预警(报警)和分析。其通过对系统、对象或过程的行为进行不断观察，并把观察到的行为与其应具有的行为进行比较，以发现异常情况，发出警报。
3、对事故(报警)原因的分析诊断
故障(事故)诊断和分析。它是根据观察到的情况(数据)来推断出某个对象机能失常(即故障)的原因。
对已经发生的故障或报警迅速找到故障设备。该判断不是简单通过单故障点判断产生，而是通过各类数学模型或分析案例，利用决策树、模糊逻辑、神经网络等多种方法对事故进行分析，以找出其最根本原因，并能提出应对措施。
能够了解被诊断对象各组成部分的特性及其之间的关系，能够区分一种现象及其所掩盖的另一种现象。
4、非正常工况运行指导
非正常工况也称非正常情形，最典型的是同时发生的、在通常意想不到的事件组合产生的。目前定位的主要是在机组启动、升降负荷、机组停运过程进行的指导。因为不能通过安全联动装置和一般的控制系统的例外逻辑来准确的定位，这使得运行人员探测和解决问题很困难。
三、报警管理的设计原理
在机组原来的DCS系统中，已根据机组的特性设计了较为完善的报警功能。在运行支持系统中，是利用完全平行于DCS系统的实时数据平台(在大唐云岗电厂实时数据库为PI)，从专业和运行的角度，进一步对报警进行综合管理，通过报警分类和综合报警，实现报警快速定位，缩短运行人员进行综合判断的时间，通过正向的正确引导和反向的提醒限制，到达及时消除异常、防止事故扩大和减少事故的目的。
在机组的正常运行中，系统中的工质和能量总是保持动态平衡的，各种设备也是在其设计的特性范围内运行;电厂中的所有异常和事故，总结起来，都是工质和能量的不平衡和设备的自身性能不能适应具体的工作条件造成的。基于这种想法，引入“事故预警”的思想，比如出现煤质突变、汽水流量发生不平衡的情况下，虽然各种参数指标没有到达报警限值，但系统的工质和能量已经失衡，如果不及时干预，就可能发生锅炉灭火、给水中断、过热器系统进水和汽温突变等问题，所以应该对这种失衡状态进行提示和报警，即所谓的预警。
对异常分析和判断可以采取故障诊断、特征函数等思路和手段，但这些手段往往不但实施难度大，而且准确性差，所以，在该运行支持系统中，对综合报警采取了特征信号提取的思路，在DCS的基础上进一步做工作。另外，理清各种报警，彻底分辨和提取特征信号，不进行同类信号的合并，同时对特征信号进行运算，直接找到异常的具体原因;通过严格区分不同报警信号和对特征信号进行运算后进行的综合报警，从而实现报警快速定位。
报警预警的逻辑为：当采集到实时系统新的数据时，将每个新数据和报警定值(或设计值)进行测试比较，测试条件包括“大于”、“等于”等等，每次测试的结果是一个布尔值(是/否)，将多种测试结果进入组合逻辑，然后决定综合的报警状态集。这种方式既适合单点报警，也适合比较复杂的逻辑组合报警。
比较的条件包括大于、小于、等于、不等于、变化率大于、变化率小于等等，报警和预警的思路一致，只不过是对应的分析结果分别为报警原因和应当采取的措施。
总之，设计该报警预警管理模块的基本思路是：在专业标准和可靠运行经验的基础上，依据运行规程和有关技术措施，建立各类工况下各类具体的参数定值和各种报警预警模型，根据内在报警故障传播逻辑分析产生的根本原因，提供正确控制运行的途径和目标，提供原因分析或可能后果并提供应对措施。充分利用PI实时数据库的强大功能，结合专业分级模型，建立报警预警体系，对机组安全运行进行全方位的指导。
四、报警定值的确定
报警定值的确定对于报警管理非常重要，如何确定参数报警定值是实现报警分级的基础和关键所在。
参数允许范围=(参数平均值 参数标准差) 许可波动范围
参数允许范围的上限和下限同时作为参数的报警定值。许可波动范围可以在初期用参数报警定值的百分比代替(如设置为20%)，如按上式计算得到的参数允许范围上限超出了参数报警定值，则用参数报警定值代替，这样即考虑到参数报警的标准同时也考虑了机组参数在不同工况下的实际反映，合理设置报警标准。
五、报警管理模块的具体设计
设备运行的预警与报警过程需要依据设备运行的具体工况，参数间的逻辑关系，利用各类数学模型结合已有的现场经验建立。正确的模型是正确实现预警与报警的前提。
为获取正确的模型，首先分析总结不同工况下的参数的报警标准，分析变化过程的特点与参数间的逻辑关系。第二，分析系统的控制逻辑，建立异常参数关系，即建立各类报警预警模型。第三，编制系统模型软件对预警与报警过程进行模拟验证系统模型。最后接入实时历史数据库进行模型正确性验证和试运行，在实践中检验设计的合理性。
1.报警的分级
考虑到异常对机组运行影响的不同，为了便于管理，把机组运行状态的报警严格划分为5个级别，即MFT等主设备跳闸为一级综合报警、RB等影响到机组运行状态的故障为二级综合报警、影响机组局部系统的异常为三级报警、主参数一般异常为四级报警、辅助设备一般问题为五级报警。
在运行支持系统的报警管理中，和DCS报警不同在于增加了一、二级的综合报警和预警。机组运行中，像MFT和RB这些情况，都是由于一系列相互关系的问题引发的，综合报警就是要建立结果和原因的可靠的一一对应联系;在机组的运行中，有些工况虽然还没有出现问题，但已经出现工质和能量的不平衡状态，照此发展下去，很快就会出现不良后果，所以要求运行人员及时发现问题，并进行合理干预，从而减少问题发生，对这种不平衡状态的及时报警，就是预警。
2.报警的显示
在运行支持系统中，报警窗口优先显示，始终处于最前，即在运行支持系统运行的情况下，无论系统当前在哪个模块，一旦出现报警，即时弹出报警界面。
为方便管理，各级信息采取统一格式，但以颜色区分，第一、二级采用红色，第三、四、五级采用橙色，预警采用红色。
所谓“报警快速定位”，最合理和有效的做法就是体现在MFT、机组运行状态的综合报警和重要辅机跳闸报警具体到直接原因上，即是什么就直接指示出什么，就在报警原因栏中体现。
各终端的报警显示状态完全统一到主控的状态。
3.报警的管理
为了体现综合报警和方便报警管理，对报警界面进行了合理设计，即在报警界面的栏目中依次是“报警级别”、“报警测点”、“报警描述”、“报警原因”、“备注”、“报警时间”、“报警确认”和“报警消除时间”栏。
(1)如果发生MFT，报警原因栏就是显示造成MFT的条件，如果是辅机跳闸造成MFT，备注栏就显示辅机跳闸原因，即如造成辅机跳闸的轴承温度高等原因;如果是水位、炉膛负压等主参数导致的MFT，报警原因栏显示“***高/低”，备注栏显示该主参数的当前值和变化速率，参数上升变化速率用+号，参数下降用-号。
(2)在二级的RB报警中，也按(1)中的要求做。
(3)锅炉的重要辅机跳闸报警放在三级报警中，也要综合出辅机跳闸和跳闸原因，一同显示。
为简化报警界面，在正常指示情况下，隐含“报警测点”、“报警消除时间”栏目;报警确认后即转向后台，报警永久记录，并能够分级别和时段查询，但必须有报警出现和条件消失时间的时记录，并可进行统计和查询。
运行支持系统报警的确认只能在主控由运行人员确认，主控以外的终端不能确认，只能看到报警和状态，以免影响报警对运行人员的提示作用，其他人员如果发现问题，应及时通知主控，也可自己进行任意查询。
六、总结
山西大唐国际云冈热电有限责任公司的运行支持系统还包括耗差分析、运行优化、实时考核、运行管理等内容，本文主要介绍了其中报警和预警设计和实现。目前整套系统运行良好，达到了预期效果。
