基于“排序法”對(duì)發(fā)電機(jī)溫度監(jiān)控的 開發(fā)與應(yīng)用

吳 濤 曾德毅 龐武華 王兆磊 張建剛

（1.西安熱工研究院有限公司，西安 710032；2.華能汕頭電廠，廣東 汕頭 515071）

發(fā)電機(jī)是發(fā)電廠或電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它的任何停機(jī)故障都會(huì)導(dǎo)致發(fā)電廠無法發(fā)電，甚至對(duì)電網(wǎng)造成破壞。發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)的核心部件，我們通過對(duì)發(fā)電機(jī)的主要部件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的隱患，提升發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

發(fā)電機(jī)溫度的監(jiān)控是保障發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)潛在故障的重要手段。發(fā)電機(jī)制造廠家在發(fā)電機(jī)內(nèi)部設(shè)置一定數(shù)量的測溫元件對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行溫度監(jiān)控。通過這些測溫元件，我們可以實(shí)時(shí)獲取發(fā)電機(jī)主要部件的溫度數(shù)據(jù)。按照國標(biāo)規(guī)定：發(fā)電機(jī)線圈同層之間最大、最小溫度差不大于8℃，如果達(dá)到12℃以上，排除測量原因外，則必須停機(jī)處理。但在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)最大、最小溫差往往長期大于8℃，機(jī)組運(yùn)行工況下是否為測量原因也無法準(zhǔn)確定，如此帶來的問題就是使得8℃的報(bào)警界限模糊，如何從幾十甚至上百個(gè)溫度測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出其變化趨勢，分析出潛在的故障，對(duì)運(yùn)行人員來說，確實(shí)是一個(gè)難題。

1 “排序法”說明

1.1 “排序法”簡介

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行過程中，發(fā)電機(jī)的溫度總體表現(xiàn)是比較穩(wěn)定的。這樣，我們按一定時(shí)間間隔獲取這些溫度測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，記錄每個(gè)溫度測點(diǎn)的序號(hào)，配合一定的監(jiān)測機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)溫度的監(jiān)控。正常情況下各溫度測點(diǎn)的序號(hào)不應(yīng)有明顯變化，一旦某個(gè)測點(diǎn)的序號(hào)持續(xù)上升或下降，說明該測點(diǎn)溫度出現(xiàn)異常。這種分析方法的核心是溫度測點(diǎn)數(shù)據(jù)的排序，因此，我們將此方法定義為“排序法”。利用”排序法”，可以有效排除環(huán)境溫度、負(fù)荷變化、以及小溫度差值等因素造成的干擾。

1.2 溫控測點(diǎn)范圍

溫控測點(diǎn)是發(fā)電機(jī)內(nèi)部設(shè)置的溫度監(jiān)測點(diǎn)，是對(duì)發(fā)電機(jī)溫度進(jìn)行監(jiān)測的主要數(shù)據(jù)來源。發(fā)電機(jī)的核心部件比如定子、轉(zhuǎn)子等存在大量的溫度測點(diǎn)。鑒于“監(jiān)測”的實(shí)時(shí)性，一般取這些溫控測點(diǎn)的當(dāng)前值，進(jìn)行排序分析。

通常我們按機(jī)組對(duì)這些溫度測點(diǎn)進(jìn)行分組監(jiān)控，比如汕頭電廠有3 臺(tái)機(jī)組，其需要溫度監(jiān)控的測點(diǎn)情況如下：

#1 發(fā)電機(jī)線圈溫度有66 個(gè)測點(diǎn)、鐵芯溫度有12 個(gè)測點(diǎn)；

#2 發(fā)電機(jī)線圈溫度有66 個(gè)測點(diǎn)、鐵芯溫度有12 個(gè)測點(diǎn)；

#3 發(fā)電機(jī)上層和下層線棒出水溫度各有42 個(gè)測點(diǎn),線圈溫度有42 個(gè)測點(diǎn)。

1.3 監(jiān)測時(shí)間選擇

在對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行溫度監(jiān)控過程中，監(jiān)測時(shí)間的設(shè)計(jì)同樣也很重要。我們間隔一定時(shí)間對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行監(jiān)測，每次監(jiān)測的時(shí)間點(diǎn)須考慮地理位置、環(huán)境溫度、季節(jié)等方面因素。在此建議選擇一天中環(huán)境溫度最高的時(shí)間點(diǎn)，比如12∶00 時(shí)或者14∶00 時(shí)等?；蛘吒鶕?jù)季度設(shè)置不同的監(jiān)測時(shí)間點(diǎn)。

1.4 監(jiān)測過程報(bào)警

根據(jù)國標(biāo)要求以及實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)積累，我們制定監(jiān)測過程的報(bào)警要求。根據(jù)溫控測點(diǎn)組和監(jiān)測時(shí)間的配置信息，每次進(jìn)行排序分析，產(chǎn)生這些測點(diǎn)的當(dāng)前值和排序結(jié)果，結(jié)合近期排序數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)如下報(bào)警要求：

1）溫度越限報(bào)警。比如#1 號(hào)發(fā)電機(jī)定子線圈正常溫度區(qū)間在10℃～85℃之間，超出此區(qū)間時(shí)應(yīng)報(bào)警顯示。

2）組內(nèi)最高/最小溫差超8℃報(bào)警，同時(shí)標(biāo)記顯示最高/低測點(diǎn)。

3）測點(diǎn)溫度變化趨勢異常報(bào)警。某段時(shí)間內(nèi)溫控測點(diǎn)序號(hào)變化超過設(shè)定值，即可判定該測點(diǎn)溫度有異常變化。序號(hào)變化的判斷時(shí)間段和設(shè)定值在使用中必須允許進(jìn)行修改。

1.5 趨勢分析

溫控測點(diǎn)的當(dāng)前值和排序結(jié)果是“排序法”產(chǎn)生的主要數(shù)據(jù)。隨著時(shí)間發(fā)展，這些數(shù)據(jù)會(huì)隨之積累存儲(chǔ)下來。利用這些數(shù)據(jù)，用戶可以自由選擇時(shí)間段、溫控測點(diǎn)以及時(shí)間間隔等條件產(chǎn)生趨勢圖形，同時(shí)結(jié)合運(yùn)行工況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提升運(yùn)行人員的運(yùn)維管理水平。

2 應(yīng)用設(shè)計(jì)

在此我們將“排序法”的應(yīng)用功能定義為“溫控分析”。通過“排序法”的設(shè)計(jì)說明，我們大致將“溫控分析”應(yīng)用的功能設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 “溫控分析”應(yīng)用的功能設(shè)計(jì)圖

2.1 溫控測點(diǎn)組

溫控測點(diǎn)組是溫控分析的基礎(chǔ)配置項(xiàng)。測點(diǎn)組由多個(gè)溫控測點(diǎn)構(gòu)成，這些測點(diǎn)一般來自共同的機(jī)組或設(shè)備。根據(jù)“排序法”的設(shè)計(jì)說明，我們知道，在監(jiān)測排序過程中，針對(duì)測點(diǎn)組或組內(nèi)測點(diǎn)，需要提供報(bào)警功能。因此，溫控測點(diǎn)組和組內(nèi)測點(diǎn)的配置信息應(yīng)包含相關(guān)報(bào)警配置信息。

首先說明下“測點(diǎn)組”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見表1。

表1

針對(duì)多種報(bào)警要求，我們可以設(shè)置不同的報(bào)警顏色來加以區(qū)分。其中，區(qū)間報(bào)警和序號(hào)變化報(bào)警是組內(nèi)測點(diǎn)的報(bào)警功能要求。雖然每個(gè)測點(diǎn)有著不同的正常區(qū)間和序號(hào)變化范圍，但針對(duì)這兩種報(bào)警要求的顏色提示，我們可以采取相同的設(shè)置。

其次說明下“溫控測點(diǎn)”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見表2。

表2

根據(jù)“測點(diǎn)組”和“溫控測點(diǎn)”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，“溫控分析”應(yīng)用需要為用戶提供“測點(diǎn)組”的創(chuàng)建、編輯和刪除等配置管理功能，以及“溫控測點(diǎn)”的增加、刪除、導(dǎo)入、導(dǎo)出等配置管理功能。

2.2 溫控?cái)?shù)據(jù)

溫控?cái)?shù)據(jù)是利用“排序法”處理“溫控測點(diǎn)組”產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，主要包括溫控測點(diǎn)的當(dāng)前值和當(dāng)前序號(hào)。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見表3。

表3

溫控?cái)?shù)據(jù)是監(jiān)測報(bào)警和趨勢分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。用戶需要有對(duì)溫控?cái)?shù)據(jù)的查詢和分析等方面的功能支持。

2.3 監(jiān)測任務(wù)

監(jiān)測任務(wù)是溫控分析應(yīng)用的核心功能，包括實(shí)時(shí)和恢復(fù)兩種運(yùn)行模式。實(shí)時(shí)監(jiān)測任務(wù)流程如圖2所示。

圖2 實(shí)時(shí)監(jiān)測任務(wù)流程

1）節(jié)點(diǎn)角色說明

（1）溫控?cái)?shù)據(jù)讀取器：根據(jù)溫控測點(diǎn)組的配置，從實(shí)時(shí)庫中讀取溫控測點(diǎn)的當(dāng)前值。

（2）溫控排序器：負(fù)責(zé)溫控測點(diǎn)組所有測點(diǎn)當(dāng)前值的排序統(tǒng)計(jì)。

（3）溫控報(bào)警器：根據(jù)溫控測點(diǎn)組的報(bào)警配置信息，結(jié)合溫控?cái)?shù)據(jù)，完成報(bào)警監(jiān)視。

（4）溫控歷史庫：負(fù)責(zé)溫控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。

（5）實(shí)時(shí)庫：負(fù)責(zé)溫控測點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

2）調(diào)用關(guān)系說明

（1）監(jiān)測任務(wù)起動(dòng)，“溫控?cái)?shù)據(jù)讀取器”從“實(shí)時(shí)庫”中讀取測點(diǎn)組所有測點(diǎn)的當(dāng)前數(shù)據(jù)。

（2）“溫控?cái)?shù)據(jù)讀取器”將這些數(shù)據(jù)傳遞給“溫控排序器”。

（3）“溫控排序器”獲取測點(diǎn)的當(dāng)前數(shù)據(jù)之后，進(jìn)行排序統(tǒng)計(jì)，產(chǎn)生這些測點(diǎn)的排序號(hào)，將完整的溫控?cái)?shù)據(jù)傳遞給“溫控報(bào)警器”，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到“溫控歷史庫”。

（4）“溫控報(bào)警器”從“溫控歷史庫”中讀取近期溫控?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)期數(shù)據(jù)，完成報(bào)警監(jiān)視。

（5）“溫控報(bào)警器”將產(chǎn)生的報(bào)警記錄壓入“溫控歷史庫”，便于用戶后續(xù)進(jìn)行查詢和分析。

恢復(fù)型監(jiān)測任務(wù)流程與實(shí)時(shí)任務(wù)基本一致，主要區(qū)別是溫控測點(diǎn)的取值是采用“插值”方式。無論實(shí)時(shí)還是恢復(fù)型，用戶都應(yīng)有創(chuàng)建、刪除、編輯等方面的管理功能。

2.4 當(dāng)期查詢

當(dāng)期查詢是用戶選擇測點(diǎn)組，查詢?cè)摻M當(dāng)前的“溫控?cái)?shù)據(jù)”。顯示當(dāng)前溫控?cái)?shù)據(jù)時(shí)，需要配合溫控測點(diǎn)組的報(bào)警配置顏色顯示溫控測點(diǎn)的報(bào)警信息，便于用戶查看。該功能的具體顯示效果，后續(xù)結(jié)合工程應(yīng)用來具體說明。

2.5 趨勢分析

根據(jù)“排序法”設(shè)計(jì)要求，我們知道用戶對(duì)溫控?cái)?shù)據(jù)存在趨勢分析的需求。“監(jiān)測任務(wù)”不斷產(chǎn)生溫控?cái)?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)，用戶在查看時(shí)往往需要了解某些工況下的溫度變化趨勢。溫控?cái)?shù)據(jù)的趨勢包括測點(diǎn)值和測點(diǎn)序號(hào)的趨勢。這兩者的趨勢，用戶可以分離查看，也可以結(jié)合在一起查看。該功能的具體顯示效果，后續(xù)結(jié)合工程應(yīng)用來具體說明。

3 工程實(shí)踐

“溫控分析”作為應(yīng)用功能，首次是在華能汕頭電廠中實(shí)施，屬于“廠級(jí)信息監(jiān)控系統(tǒng)”的子模塊。應(yīng)用界面如圖3所示。

圖3 “溫控分析”應(yīng)用界面

為了便于用戶權(quán)限管理，溫控分析應(yīng)用在系統(tǒng)中包括溫控配置和溫控查詢兩個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊。溫控配置是負(fù)責(zé)溫控測點(diǎn)組的配置管理功能節(jié)點(diǎn)。溫控查詢是為用戶提供溫控?cái)?shù)據(jù)查詢和趨勢分析的功能節(jié)點(diǎn)。

3.1 應(yīng)用部署

在華能汕頭電廠，溫控分析是作為“廠級(jí)信息監(jiān)控系統(tǒng)”的子應(yīng)用模塊而嵌入在SIS 發(fā)布服務(wù)器中運(yùn)行。在此說明下“廠級(jí)信息監(jiān)控系統(tǒng)”的部署架構(gòu)，如圖4所示。

圖4 “廠級(jí)信息監(jiān)控系統(tǒng)”的部署架構(gòu)

溫控分析作為“廠級(jí)信息監(jiān)控系統(tǒng)”的子應(yīng)用，部署在“應(yīng)用發(fā)布服務(wù)器”。實(shí)時(shí)監(jiān)測任務(wù)通過“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器”獲取溫控測點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將溫控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)到“關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器”。用戶通過Web 訪問溫控分析應(yīng)用，完成溫控測點(diǎn)組的配置和查詢。

3.2 溫控配置

溫控配置包括測點(diǎn)組配置、測點(diǎn)配置和監(jiān)測任務(wù)。

1）測點(diǎn)組配置

測點(diǎn)組是溫控分析的基礎(chǔ)配置單位，如圖5所示。

圖5 “測點(diǎn)組配置”界面

其中，“排序時(shí)間點(diǎn)”是監(jiān)測每天執(zhí)行的時(shí)間點(diǎn)，支持按季度設(shè)置。華能汕頭電廠地處華南沿海，每日溫度最高點(diǎn)基本在12∶00 時(shí)左右，且四季變化不大，因此四個(gè)季度都選擇12∶00 時(shí)。

2）測點(diǎn)配置

溫控測點(diǎn)通過“廠級(jí)信息監(jiān)控系統(tǒng)”可以選擇增加，如圖6所示。

圖6 “廠級(jí)信息監(jiān)控系統(tǒng)”界面

點(diǎn)擊“報(bào)警設(shè)置”，可以配置具體測點(diǎn)的報(bào)警信息，如圖7所示。

圖7 “報(bào)警設(shè)置”界面

“正常區(qū)間范圍”是測點(diǎn)溫度的正常范圍，若不在此區(qū)間，“當(dāng)期查詢”會(huì)將該測點(diǎn)的數(shù)值按報(bào)警色顯示，便于用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常測點(diǎn)。

“序號(hào)變化范圍”是結(jié)合對(duì)測點(diǎn)近期排序號(hào)振幅監(jiān)測的配置。以圖為例說明，該測點(diǎn)如果在7 天內(nèi)溫度排序上下浮動(dòng)5 位，將被視作異常測點(diǎn)，及時(shí)報(bào)警顯示。

3）監(jiān)測任務(wù)

“測點(diǎn)組”配置完成后，用戶可以起動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測任務(wù)，如圖8所示。

圖8 實(shí)時(shí)監(jiān)測界面

選擇某個(gè)測點(diǎn)組，點(diǎn)擊“起動(dòng)”按鈕，可以起動(dòng)該組的實(shí)時(shí)監(jiān)測任務(wù)，點(diǎn)擊“停止”按鈕，可以停止該組的實(shí)時(shí)監(jiān)測任務(wù)。若想恢復(fù)某段時(shí)間的溫控?cái)?shù)據(jù)，點(diǎn)擊“追數(shù)”，配置時(shí)間段，提交即可由服務(wù)器后臺(tái)運(yùn)行完成。

3.3 溫控查詢

我們注意到上圖中有“發(fā)布”和“撤銷”按鈕。溫控測點(diǎn)組配置完成之后，點(diǎn)擊“發(fā)布”按鈕可以將該組發(fā)布到“溫控查詢”欄目，反之，點(diǎn)擊“撤銷”即可將其從“溫控查詢”欄目移除。用戶通過“溫控查詢”欄目，可以使用溫控測點(diǎn)組的當(dāng)期查詢和趨勢分析等功能。

1）當(dāng)期查詢

通過“當(dāng)期查詢”，用戶可以實(shí)時(shí)了解溫控測點(diǎn)的當(dāng)期值和序號(hào)，以及報(bào)警信息。如圖9所示。

每種報(bào)警情況都有不同的報(bào)警顏色，便于用戶區(qū)分。

圖9 “當(dāng)期查詢”界面

2）趨勢分析

在圖9中，選擇相應(yīng)的測點(diǎn)，點(diǎn)擊“趨勢分析”，即可進(jìn)入該測點(diǎn)組的趨勢分析界面，如圖10 所示。

圖10 “趨勢分析”界面

點(diǎn)擊“查詢?cè)O(shè)置”，可以設(shè)置趨勢分析的時(shí)間段以及選擇顯示項(xiàng)。

3.4 應(yīng)用總結(jié)

經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行，基于“排序法”設(shè)計(jì)的“溫控分析”應(yīng)用功能運(yùn)行穩(wěn)定，報(bào)警及時(shí)，發(fā)揮了預(yù)期作用，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）在發(fā)電機(jī)溫度異常時(shí)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確定位異常測點(diǎn)位置，提供準(zhǔn)確且完整的異常數(shù)據(jù)信息，極大提升運(yùn)行人員處理發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障的效率。

2）通過對(duì)發(fā)電機(jī)溫度變化的趨勢分析，結(jié)合歷史運(yùn)行工況數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)分析。一方面可以減少運(yùn)行人員的工作量，提升工作效率。另一方面可以提升運(yùn)行人員的運(yùn)行管理水平。

3）溫控分析應(yīng)用按需配置，操作方便、數(shù)據(jù)可靠，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行人員的需求目標(biāo)，對(duì)于該功能的使用和推廣都起到了極大作用。

4 結(jié)論

“排序法”是電廠運(yùn)行人員經(jīng)過多年工作積累，結(jié)合專業(yè)知識(shí)，不斷總結(jié)不斷實(shí)踐產(chǎn)生的科學(xué)方法?；凇芭判蚍ā痹O(shè)計(jì)的“溫控分析”應(yīng)用，能夠同 時(shí)監(jiān)測幾十個(gè)甚至上百個(gè)發(fā)電機(jī)溫度測點(diǎn)的變化，及時(shí)報(bào)警異常變化，協(xié)助運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)潛在隱患，從而提升發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

[1] 趙玉良,吳文祥,李郁.基于SIS 的實(shí)時(shí)考核報(bào)表系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].熱力發(fā)電,2012(11): 77-79,85.

[2] 楊永軍,龐順,趙玉良,等.火電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用[J].熱力發(fā)電,2014,43(2): 104-108.

[3] 吳智群,趙玉良,吳濤,等.發(fā)電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)統(tǒng)一實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)的應(yīng)用研究[J].熱力發(fā)電,2011,40(8): 1-4,16.