CN105067267A - 一种水电机组现场测试和状态监测数据的存储方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水电机组现场测试和状态监测数据的存储方法,属于监测数据存储领域，包括读取测试数据进行二进制文件格式存储,将二进制文件格式的数据传输到MySQL关系数据库进行诊断分析并存储了相关报警状态信息,将所述MySQL关系数据库的存储的相关报警状态信息链接到故障诊断专家系统进行自动诊断。本发明利用了二进制文件格式可以还原试验过程、快速检索和存储，无需试验记录资料，试验数据不再孤立为独立的数值，对大量试验过程和不同电站安装的状态监测系统，数据本身保存了完整的试验过程和状态监测系统的数据，不需要任何其他纸质或人工记录即可独立开展分析，带来了极高的利用效率；同时具有通用性和扩展性功能。

Description

一种水电机组现场测试和状态监测数据的存储方法

技术领域

本发明涉及监测数据存储领域，尤其是一种水电机组现场测试和状态监测数据的存储方法。

背景技术

随着信息技术和测量技术的迅速发展，我国电力工业已进入大电网、高电压、大机组的现代化发展时期，也给我国水电企业的现代化管理提出了更高的要求。水电企业在提高效率、降低成本的同时，要确保机组运行设备的安全可靠、提高设备可用率、减少设备突发事故，实现经济效益和社会效益的同步提升。

而水电机组测试技术与状态监测技术，则是通过大量的传感器对机组运行状态进行全面的信号测量，结合计算机数据存储和网络传输，再进一步开展数学分析处理，从而了解机组运行状态，为机组优化运行、消除机组隐患和开展状态检修提供数据基础和依据。

水电机组现场测试与状态监测，本质上都是机组运行状态的信号测量、存储和分析。但现场测试通常为短期安装和测量，并对得到的试验数据进行离线分析；而状态监测属于长期实时监测与信号采集，实时的显示机组特征参数和分析结果。

考虑信号测量内容和机组部件特征，现场测试通常包括水轮机效率测试、机组稳定性测试、力特性测试等等。水轮机效率测试包括绝对效率和相对效率测试，相对效率测试又称指数试验，是以水轮机流道中内外测压力差表征的流量，计算得到水轮机效率，在现场应用最广泛，比如轴流水轮机现场协联关系的确定等。确定水轮机绝对效率主要包括流速仪法、压力时间法、热力学法、声学法等。

机组稳定性测试，主要为了合理划分机组安全稳定运行区间，指导机组优化运行，同时，可以检验机组设计、制造和安装质量。同时，在机组出现故障时，可以通过稳定性测试与监测，发现引起故障的原因，提出解决措施。稳定性测试测点通常包括机架振动、大轴摆度、压力脉动和噪声量。试验项目包括机组机组启动过程、停机过程、变转速过程、变励磁过程、变负荷过程和甩负荷试验等。

力特性试验主要包括轴向水推力测量、主轴扭矩测量、叶片动应力和残余应力测量等等。除此之外，还有动平衡试验、转轮固有频率试验等等。

水电机组的状态监测主要是指通过对表征机组运行状态的参量实行监测，以便运行人员及时了解机组的运行状态，及时发现事故隐患，采取措施处理，从而减少事故的发生和损失，保证安全经济运行。通过对机组运行状态的监测，为制订大、小修计划和方案提供数据参考和技术支持。

水电机组的运行状态与水力、机械、电气等因素都有直接的关系，状态监测也涉及多种参数和方法。同时，通过引入其他系统，如监控系统油温、瓦温、油位及冷却水温度等变化较慢的过程量数据，以及有功功率、转速、水头等工况参数，使状态监测系统能够对机组运行状态有较为全面的了解和评估。

目前，国内外应用较多技术较为成熟和实用的水电机组状态监测技术包括：机组稳定性监测技术，发电机局部放电监测技术、发电机气隙和磁场强度监测技术、水轮机效率监测技术、主变压器油气监测技术等。另外，近年来转子红外测温等技术也逐渐走向成熟和实用。

目前水电行业应用较多的商用测试仪器和监测设备较多，包括美国NI(NationalInstruments)公司的cDAQ系列、PXI系列、cRIO系列采集设备，其数据存储通常采用LabVIEW编程软件保存的TDMS数据格式。其他还有美国HBM公司Liberty保存的PNRF数据格式、美国HBM公司eDAQ保存的SIE数据格式等等。这几种数据存储方法比较类似，都是各商业公司结合自己的硬件设计开发的、基于二进制文件的存储方法。

以LabVIEW软件的TDMS标准格式为例，它是一种典型的二进制记录文件格式，目前TDMS格式支持Windows和PharLap平台，也是NI公司用在测试测量领域的通用数据文件格式，其公司的其他软件产品如LabVIEW,CVI/LabWindows,SignalExpress,DIAdem可以使用该格式，如果要在Excel、MatLab中调用TDMS格式，则需要利用安装Labview后提供的dll文件来进行，不过其效率相比NI公司原生软件会差一些。

TDMS文件包括三个层次的结构，分别是文件、通道组和通道。每一层都有相关的属性可以定制。

TDMS文件格式包括两个文件，一个是.tdms文件，另一个是.tdms_index文件，前者是主文件或数据文件，后者成为头文件或索引文件。后者与前者相比不要是去掉了前者的数据部分，只保留了属性信息。

TDMS文件结构的核心概念是segment，即Labview等软件采集数据写文件时，每次写入硬盘磁盘，就会生成一个segment，每个segment包括头文件和原始数据两部分，多个segment间采用文件头信息的rawdataoffset属性进行连接。

作为商用测试设备存储数据的标准格式，其综合考虑了对应的硬件设备的需求，但由于其封闭性和与硬件产品的关联性，且其无法存储关系数据和非数值数据，也无法建立数据间的关系联接，缺乏长期数据的有效管理和快速检索。

作为基于二进制文件的存储格式，属性部分可以存储部分通道信息，原始数据部分主要存储浮点数值，无法存储报警信息(一级报警、二级报警、上限溢出)，同时对水电机组而言，某些同一测点的不同取值表示不同含义，同样无法存储相关信息，如监控系统中的机组状态测点，0为停机状态、1为空转状态、2为空载状态、3为并网状态等等。

另外，TDMS的串行文件写入方式，对于水电机组不同种类的测试数据，如有功功率为秒级更新、振动测点为毫秒级更新、变压器油中气体含量则为小时级更新，将会造成大量的数据冗余，对于24时×365天长期实时运行的水电机组状态监测系统，无法做到海量数据的特征值查询和检索，需要通过多个segment文件进行文件的读取和连接。其他非NI公司软件要进行TDMS的数据存取，需要通过NI公司的dll文件，效率和性能与直接读取文件流相比都有所降低。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明主要解决的问题是:

设计一种结合两种存储方式优势的、与硬件设备无关的水电机组监测及测试存储方法，完整保存试验和监测系统的全部信息,高速检索和快速览。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水电机组现场测试和状态监测数据的存储方法,读取测试数据进行二进制文件格式存储,将所述二进制文件格式的数据传输到MySQL关系数据库进行诊断分析并存储相关报警状态信息,将所述MySQL关系数据库存储的相关报警状态信息链接到故障诊断专家系统进行自动诊断。

进一步的，所述二进制文件包括原始数据文件和索引数据文件，所述原始数据文件采用*.dat格式，所述索引文件采用*.dix格式，所述数据文件和索引文件总体格式一致均包括头文件和数据。

进一步的，所述原始数据文件包括原始数据信息和高采样的测点波形信息，所述索引数据文件包括经过处理的数据特征值信息。

进一步的，所述MySQL关系数据库将不同数据保存在不同的表中，所述MySQL关系数据库包括二进制文件连接信息和报警信息，所述MySQL关系数据库还具备有将报警信息链接到故障诊断专家系统进行自动诊断的接口。

进一步的，所述二进制文件中的文件头为FileIndexRec,所述文件头中最后由通道信息的数组组成,所述单个通道结构中最后一组信息为传感信息。

进一步的，所述MySQL关系数据库包括索引表和数据。

本发明的有益效果如下：

完备性，无需试验记录资料，试验数据不再孤立为独立的数值，而能够完备的反应整个试验内容。对大量试验过程和不同电站安装的状态监测系统，数据本身保存了完整的试验过程和状态监测系统的数据，不需要任何其他纸质或人工记录即可独立开展分析。

效率高，通过数据索引文件实现试验数据的快速检索、定位和读取，带来了极高的利用效率。二进制文件本身具有高效的存取效率，这里通过结合索引特征值数据，实现了数据的快速浏览和试验过程的快速浏览。

通用性，本身是通用的数据文件格式和SQL标准数据表格式，所以其他数据都可以通过转换方法，统一各种不同的试验数据到该种存储方法上来，实现存取与分析方法的统一。

扩展性，通过保留的内容字段和空间，能实现独特数据内容的信息扩展。

通过二进制文件头与数据内容两部分结合的方式，一种水电机组现场测试和状态监测数据的存储方法,读取测试数据进行二进制文件格式存储,将所述二进制文件格式的数据传输到MySQL关系数据库进行诊断分析并存储相关报警状态信息。二进制文件包括原始数据文件和索引数据文件，原始数据文件采用*.dat格式，索引文件采用*.dix格式，数据文件和索引文件总体格式一致均包括头文件和数据。原始数据文件包括原始数据信息和高采样的测点波形信息，索引数据文件包括经过处理的数据特征值信息。

另外，MySQL关系数据库包括索引表和数据。二进制文件中的文件头为FileIndexRec,文件头中最后由通道信息的数组组成,单个通道结构中最后一组信息为传感信息。MySQL关系数据库将不同数据保存在不同的表中，所述MySQL关系数据库包括二进制文件连接信息和报警信息，所述MySQL关系数据库还具备有将报警信息链接到故障诊断专家系统进行自动诊断的接口。

附图说明

图1是TDMS数据文件格式示意图；

图2是本发明优选实施例的存储方法示意图；

图3是本发明优选实施例的二进制文件格式结构框架示意图；

图4是本发明优选实施例的数据文件的头文件结构示意图；

图5是本发明优选实施例的头文件的原始数据结构；

图6是本发明优选实施例的头文件的索引文件结构；

图7是本发明优选实施例的索引文件和原始文件大小示意图；

图8是本发明优选实施例的数组信息示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图2所示，一种水电机组现场测试和状态监测数据的存储方法,其特征在于:包括读取测试数据进行二进制文件格式存储,将所述二进制文件格式的相关文件数据传输到MySQL关系数据库进行诊断分析并存储了相关报警状态信息,将所述MySQL关系数据库存储的相关报警状态信息链接到故障诊断专家系统进行自动诊断。

如图3所示，二进制文件包括原始数据文件和索引数据文件，所述原始数据文件采用*.dat格式，所述索引文件采用*.dix格式，所述数据文件和索引文件总体格式一致均包括头文件和数据。所述原始数据文件包括原始数据信息和高采样的测点波形信息，所述索引数据文件包括经过处理的数据特征值信息。所述MySQL关系数据库将不同数据保存在不同的表中，所述MySQL关系数据库包括二进制文件连接信息和报警信息，所述MySQL关系数据库还具备有将报警信息链接到故障诊断专家系统进行自动诊断的接口。

进一步的，所述二进制文件中的文件头为FileIndexRec,所述文件头中最后由通道信息的数组组成,所述单个通道结构中最后一组信息为传感信息。

由表1所示：

文件头中最后由通道信息的数组组成，单个ChannelRec结构见表2：

表2

单个通道结构中最后一组信息为传感器信息，单个SensorRec结构件表3：

表3

进一步的，所述MySQL关系数据库包括索引表和数据表。

如下表所示

MySQL的索引表

MySQL的数据表

进一步的，在多个数据文件存在的情况下，可以采用读取*.dix的方式进行快速数据浏览。因为索引文件仅仅保存了特征值结果，按照1000Hz的采样率来算(忽略头文件和组文件的相同部分)，原始文件中每组每个通道保存了1000×8byte＝8000byte的数据，而索引文件只保存8×8byte＝64byte的数据，因此文件大小只有原始数据文件的1/250。同样，读取时间也只有读取原始数据的1/250，可以大大节省读取时间和效率。

如图7所示，而在趋势分析和试验数据分析，想在长时间的数据时间中挑选合适的分析文件段时，采用读取*.dix文件浏览的方式，将会大大提高数据检索效率。

如图8所示，试验数据中，每组的头文件GroupIndexRec将会存入当前组的记录信息，这样，在试验过程中，可以手工输入大量的备注信息，迅速定位试验的关键时刻。可以一次读取全部索引信息，然后迅速定位到不同的试验阶段，以便快速进行数据截取、分区，也为自动数据分析提供依据。

Claims (6)

1.一种水电机组现场测试和状态监测数据的存储方法,其特征在于:读取测试数据进行二进制文件格式存储,将所述二进制文件格式的数据传输到MySQL关系数据库进行诊断分析并存储相关报警状态信息。

2.根据权利要求1所述的一种水电机组现场测试和状态监测数据的存储方法，其特征在于：所述二进制文件包括原始数据文件和索引数据文件，所述原始数据文件采用*.dat格式，所述索引文件采用*.dix格式，所述数据文件和索引文件总体格式一致均包括头文件和数据。

3.根据权利要求2所述的一种水电机组现场测试和状态监测数据的存储方法，其特征在于：所述原始数据文件包括原始数据信息和高采样的测点波形信息，所述索引数据文件包括经过处理的数据特征值信息。

4.根据权利要求1所述的一种水电机组现场测试和状态监测数据的存储方法，其特征在于：所述MySQL关系数据库包括索引表和数据。

5.根据权利要求2所述的一种水电机组现场测试和状态监测数据的存储方法，其特征在于：所述二进制文件中的文件头为FileIndexRec,所述文件头中最后由通道信息的数组组成,所述单个通道结构中最后一组信息为传感信息。

6.根据权利要求4所述的一种水电机组现场测试和状态监测数据的存储方法，其特征在于：所述MySQL关系数据库将不同数据保存在不同的表中，所述MySQL关系数据库包括二进制文件连接信息和报警信息，所述MySQL关系数据库还具备有将报警信息链接到故障诊断专家系统进行自动诊断的接口。