數(shù)字化電站設(shè)備管理系統(tǒng)的研究

李福東，蘇欣，張濤

（1.神華集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100011；2.華北電力大學(xué)國家火力發(fā)電工程技術(shù)研究中心，北京 102206）

數(shù)字化電站設(shè)備管理系統(tǒng)的研究

李福東1，蘇欣2，張濤1

（1.神華集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100011；2.華北電力大學(xué)國家火力發(fā)電工程技術(shù)研究中心，北京 102206）

電廠要想真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，必須完善設(shè)備管理與可靠性管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全面的信息化管理。詳細(xì)介紹了電廠常用的設(shè)備管理系統(tǒng)BFS++系統(tǒng)的內(nèi)容和功能，并提出了改進(jìn)方案。分析了可靠性管理的方法，指出了幾種檢修方式的區(qū)別和各自的適用范圍，針對(duì)可靠性管理存在的問題提出了解決辦法。

數(shù)字化電站；設(shè)備管理系統(tǒng)；BFS++系統(tǒng)；可靠性管理

0 引言

設(shè)備管理系統(tǒng)BFS++是由德國西門子公司開發(fā)的綜合性電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)。它以信息網(wǎng)絡(luò)為支撐，借助Oracle數(shù)據(jù)庫對(duì)設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)進(jìn)行全面管理；以設(shè)備臺(tái)賬為基礎(chǔ)，包括設(shè)備編碼、設(shè)備位置編碼及設(shè)備技術(shù)參數(shù)等，系統(tǒng)主線為工單的提交、審批和執(zhí)行，在一個(gè)高度共享的計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)電廠管理各方面信息的集成與共享，使各個(gè)環(huán)節(jié)能夠協(xié)同運(yùn)作，從而保證電廠安全、穩(wěn)定運(yùn)行［1］。

然而，各個(gè)電廠設(shè)備管理與可靠性評(píng)估系統(tǒng)的應(yīng)用大不相同，沒有一個(gè)統(tǒng)一且明確的標(biāo)準(zhǔn)，使各電廠數(shù)據(jù)信息的共享面臨較大的困難。因此，該系統(tǒng)的規(guī)范化對(duì)于整個(gè)數(shù)字化電站建設(shè)的規(guī)范化有著至關(guān)重要的作用。

1 設(shè)備管理系統(tǒng)概述

對(duì)火電站來說，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及安全性、可靠性直接影響著發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。如鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)中一、二次風(fēng)機(jī)的工作效率，制粉系統(tǒng)、燃燒器等設(shè)備的運(yùn)行狀況都會(huì)對(duì)整個(gè)電廠產(chǎn)生較大的影響。因此，加強(qiáng)數(shù)字化電站的設(shè)備管理有助于提高電廠的運(yùn)行效率，降低運(yùn)營成本。

設(shè)備管理以設(shè)備為研究對(duì)象，尋求提高其工作效率以及降低壽命周期成本的最佳方法，用一套完整、科學(xué)的管理辦法，采取各種調(diào)整措施，對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)全生命周期過程的全面管理。設(shè)備全生命周期管理包括設(shè)備從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、選型、采購、安裝、運(yùn)行、檢修、技改直到報(bào)廢的全過程。

設(shè)備管理的目的和意義就是保證設(shè)備高效運(yùn)行和降低投資運(yùn)營成本，使企業(yè)收獲最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［2］。

BFS++系統(tǒng)主要由5個(gè)基本模塊組成，即電廠數(shù)據(jù)、維修管理、運(yùn)行管理、備品備件管理和文檔管理，每個(gè)模塊下面又分成幾個(gè)小部分，分別實(shí)現(xiàn)不同的功能，各模塊之間聯(lián)系緊密，能夠進(jìn)行比較完整的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)信息的流通［3-4］。各模塊內(nèi)容及其組成部分如圖1所示。

圖1 BFS++系統(tǒng)組成架構(gòu)

BFS++系統(tǒng)可以與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫（PI）系統(tǒng)和點(diǎn)檢定修系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)接，進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)很多特殊功能?？梢酝ㄟ^PI系統(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)某個(gè)或某幾個(gè)參數(shù)超過限制時(shí)，BFS++系統(tǒng)可以自動(dòng)觸發(fā)產(chǎn)生缺陷單，無需人工手動(dòng)處理，提高了工作效率，也使檢修工作更加及時(shí)。

點(diǎn)檢系統(tǒng)通過測定設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，如溫度、振動(dòng)頻率、開關(guān)次數(shù)、運(yùn)行小時(shí)數(shù)等數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)以圖表的形式呈現(xiàn)出來，形成點(diǎn)檢趨勢曲線圖。將這些數(shù)據(jù)與BFS++系統(tǒng)的設(shè)備臺(tái)賬相連接，根據(jù)點(diǎn)檢數(shù)據(jù)產(chǎn)生檢修計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全生命周期管理［5］。

供應(yīng)鏈管理（SCM）系統(tǒng)是指發(fā)電企業(yè)運(yùn)用Oracle電子商務(wù)套件R12版本，基于企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）平臺(tái)技術(shù)構(gòu)建的管理系統(tǒng)，包含采購管理、庫存管理、供應(yīng)商門戶、電子采購和新開發(fā)燃料管理系統(tǒng)以及使用單位、使用人、計(jì)算機(jī)及其配套的設(shè)備、設(shè)施。

2 BFS++系統(tǒng)在電廠應(yīng)用中需要解決的問題

BFS++系統(tǒng)在電廠中應(yīng)用已經(jīng)有較長的時(shí)間，一些電廠在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了一些問題并進(jìn)一步研究了解決方案，除此之外還有一些系統(tǒng)模塊和功能應(yīng)用不夠深入。

（1）BFS++系統(tǒng)的定位。BFS++系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)當(dāng)時(shí)電廠設(shè)備管理的需求，將系統(tǒng)定位為企業(yè)資產(chǎn)管理（EAM）。隨著BFS++系統(tǒng)在電廠應(yīng)用的不斷深入，綜合考慮電廠未來設(shè)備管理工作的規(guī)劃以及EAM和企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）的發(fā)展情況，BFS++系統(tǒng)的定位應(yīng)向ERP靠近。ERP系統(tǒng)以計(jì)劃管理為目的，將設(shè)備管理工作與計(jì)劃、人力、物資、成本管理等建立聯(lián)系，以提高管理水平。

（2）BFS++系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式。BFS++系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用的是客戶端／服務(wù)器（C／S）結(jié)構(gòu)，另一種常用的結(jié)構(gòu)是瀏覽器／服務(wù)器（B／S）結(jié)構(gòu)。C／S與B／S相比，在安全、高效方面具有一定的優(yōu)勢，因此對(duì)一些固定用戶來說使用C／S模式更好，然而對(duì)工作地點(diǎn)不固定的用戶而言，使用B／S模式更為恰當(dāng)。對(duì)電廠來說，應(yīng)當(dāng)設(shè)置C／S，B／S訪問的混合模式，使得系統(tǒng)無論在邏輯設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)流程、權(quán)限控制、界面、報(bào)表設(shè)計(jì)等方面都具有強(qiáng)大的功能和較高的靈活性。

（3）BFS++系統(tǒng)的部分應(yīng)用模塊（如點(diǎn)檢定修、部件清單等）還需要進(jìn)行深層次的開發(fā)和推廣。

（4）BFS++系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)設(shè)定自動(dòng)關(guān)閉的功能，如超過系統(tǒng)規(guī)定的時(shí)間未及時(shí)進(jìn)行操作，系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉重新進(jìn)入，防止非本人進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行不當(dāng)?shù)牟僮鳎鹨恍┎槐匾腻e(cuò)誤。

（5）數(shù)據(jù)大量積累后進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的挖掘，為安全生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)效益提供更好的幫助。

3 設(shè)備可靠性管理

設(shè)備可靠性管理是對(duì)系統(tǒng)中設(shè)備的質(zhì)量進(jìn)行管理，可明確顯示電廠生產(chǎn)過程中所有的安全問題，進(jìn)行分析并提出解決方案，為檢修工作提供依據(jù)?？煽啃怨芾淼囊恍┝炕笜?biāo)也可以反映電廠設(shè)備的運(yùn)行情況和運(yùn)行維護(hù)管理水平。

電廠設(shè)備可靠性管理的目的是保證電廠設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，以電廠設(shè)備的可靠性為研究對(duì)象，對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析及計(jì)算，找出影響電廠生產(chǎn)的因素，再分析研究出應(yīng)對(duì)的措施，以提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性、可靠性。

3.1 設(shè)備可靠性管理分層次法

多數(shù)電廠采用的可靠性管理方法是定量管理，即考核分析設(shè)備的可靠性指標(biāo)。本文提出另一種輔助方法——可靠性定性管理方法［6］，即采用設(shè)備可靠性分級(jí)管理的方法，對(duì)不同等級(jí)的設(shè)備采取不同的可靠性管理方法。

電廠需要重點(diǎn)監(jiān)測的設(shè)備主要可以分為以下幾類。

（1）高危險(xiǎn)設(shè)備：對(duì)可靠性要求最高的設(shè)備，主要包括大風(fēng)機(jī)、大水泵、油泵等。

（2）高覆蓋設(shè)備：覆蓋率較高的設(shè)備，主要包括與冷卻水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、氫系統(tǒng)、化學(xué)水系統(tǒng)等公用系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備，覆蓋2臺(tái)或多臺(tái)機(jī)組的設(shè)備。

（3）雙高設(shè)備：高效能、高效益設(shè)備，主要包括鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等。當(dāng)這類設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，機(jī)組必須立即停機(jī)，電能供應(yīng)將被迫中斷；這些設(shè)備的修復(fù)期往往較長，將造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

這3類設(shè)備是設(shè)備可靠性管理的關(guān)鍵，檢修管理中應(yīng)采用合適的技術(shù)手段來保證其經(jīng)濟(jì)性和安全性。在對(duì)設(shè)備進(jìn)行分級(jí)管理時(shí)，可按照上面的分類方法列出設(shè)備結(jié)構(gòu)樹，再按照設(shè)備所屬的系統(tǒng)及機(jī)組進(jìn)行分級(jí)，以危險(xiǎn)程度、覆蓋度以及效益損失等指標(biāo)進(jìn)行分類。

對(duì)電廠的設(shè)備進(jìn)行分級(jí)管理：“三高”設(shè)備要重點(diǎn)考核，進(jìn)行設(shè)備跟蹤、診斷、檢測等，不斷完善和提高檢測的手段；其他設(shè)備應(yīng)按原有可靠性管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)，重點(diǎn)進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)管理，嚴(yán)格控制檢修費(fèi)用、備件儲(chǔ)備。隨著可靠性分層次管理法的實(shí)施，設(shè)備可靠性等級(jí)更加明確，為檢修工作提供了決策依據(jù)，做到應(yīng)修必修、不失修、不過修。

3.2 檢修方式

電廠采用的主要檢修方式有事后維修方式、計(jì)劃性預(yù)防性檢修方式和狀態(tài)檢修方式，這幾種檢修方式各有利弊。

事后維修方式是當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障無法正常工作時(shí)才進(jìn)行維修，主要用于處理事前不可預(yù)知的設(shè)備故障。在現(xiàn)代設(shè)備可靠性管理中，它主要針對(duì)對(duì)系統(tǒng)安全性影響較小的設(shè)備。

預(yù)防性檢修是一種以時(shí)間為依據(jù)的定期檢修方式。統(tǒng)計(jì)電廠設(shè)備的運(yùn)行情況，根據(jù)易損零部件的使用壽命分析以及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，制訂科學(xué)的檢修計(jì)劃和周期。這種檢修方式可以減少工作量、減少計(jì)劃檢修導(dǎo)致的設(shè)備閑置現(xiàn)象，主要用于一些沒有備份裝置的重要設(shè)備以及意外停機(jī)可能導(dǎo)致巨大損失的設(shè)備［7］。

狀態(tài)檢修方式是通過專用儀器獲取設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。電力設(shè)備狀態(tài)檢修流程如圖2所示。

圖2 電力設(shè)備狀態(tài)檢修流程

狀態(tài)檢修方式不以時(shí)間為依據(jù)進(jìn)行定期檢修，更著重設(shè)備狀態(tài)跟蹤監(jiān)測，針對(duì)不同類型設(shè)備采用不同的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，如振動(dòng)監(jiān)測、紅外線輻射、液位監(jiān)測、超聲波檢漏等。根據(jù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，掌握設(shè)備運(yùn)行狀況，識(shí)別故障征兆，做出及時(shí)準(zhǔn)確的設(shè)備故障診斷，判斷故障發(fā)生的部位以及嚴(yán)重程度，從而安排檢修工作。

3.3 可靠性管理存在的問題及解決辦法

臨時(shí)維修頻繁：電廠設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比較長，設(shè)備的安全可靠性較低，可能會(huì)在計(jì)劃檢修周期到來之前出現(xiàn)缺陷和故障，使非計(jì)劃停運(yùn)小時(shí)數(shù)增加，從而影響設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

維修過剩：在規(guī)劃期內(nèi)出現(xiàn)不必要的修理，造成檢修資源浪費(fèi)。

除此之外，傳統(tǒng)的手動(dòng)檢測方法已經(jīng)不能滿足當(dāng)今電廠設(shè)備監(jiān)測的要求，然而高科技的監(jiān)測設(shè)備比較昂貴，維修成本也較高，因此，為了提高設(shè)備的安全性、可靠性，必須優(yōu)化檢修方式，采用先進(jìn)的狀態(tài)檢修方法。

針對(duì)這些問題，電廠需要采取相應(yīng)的措施，以提高設(shè)備檢修管理的水平。

首先，要制訂合理的檢修策略。電廠設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作環(huán)境以及生產(chǎn)工藝不同，各種設(shè)備在系統(tǒng)中的重要程度大不相同，對(duì)系統(tǒng)安全性及可靠性的影響也就不同，并且不同設(shè)備故障造成的損失以及修理的難易程度也有很大區(qū)別，因此，不可能所有設(shè)備都采用相同的檢修方式。應(yīng)根據(jù)幾種檢修方式的適用范圍，針對(duì)不同設(shè)備制訂特定的檢修計(jì)劃，以避免設(shè)備檢修不及時(shí)或維修過?，F(xiàn)象的發(fā)生。

其次，要進(jìn)一步完善狀態(tài)檢修策略。狀態(tài)檢修過程包括在線數(shù)據(jù)監(jiān)測與采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析等。設(shè)備診斷方式有靜態(tài)診斷和動(dòng)態(tài)診斷：前者是通過分析設(shè)備歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行離線判斷，后者是采用先進(jìn)的設(shè)備監(jiān)測技術(shù)在線監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)和性能。

最后，建立完善的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而制訂合理的檢修策略，提高設(shè)備的可靠性。

4 電廠調(diào)研過程中的收獲與思考［8-10］

（1）設(shè)備編碼。電廠標(biāo)志系統(tǒng)（KKS）碼為工藝流程碼，與物資編碼不同，只編到設(shè)備級(jí)，沒有到部件級(jí)，將來應(yīng)繼續(xù)編制統(tǒng)一關(guān)鍵部件的部件級(jí)編碼，如泵內(nèi)部的葉輪、燃?xì)廨啓C(jī)的葉片、關(guān)鍵管道的焊口等。電廠KKS碼在BFS++系統(tǒng)中統(tǒng)一維護(hù)，推送到一體化平臺(tái)，保證了各系統(tǒng)KKS編碼的唯一性，全廠各系統(tǒng)的設(shè)備信息都通過KKS編碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)。對(duì)一些沒有編碼的部件，電廠需要賦予新的編碼或擴(kuò)展碼，將來需要將編碼擴(kuò)展到部件級(jí)，制訂部件級(jí)編碼的規(guī)范。

（2）一體化平臺(tái)——設(shè)備數(shù)據(jù)庫。設(shè)備的備件、規(guī)格、運(yùn)行狀態(tài)以及檢修的相關(guān)信息分布在不同的系統(tǒng)中，需要設(shè)計(jì)一個(gè)一體化平臺(tái)，將BFS++中的設(shè)備資料、電子圖檔系統(tǒng)中的圖紙、三維移交系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)資料等整合在一起，使運(yùn)行人員和檢修人員查閱設(shè)備信息時(shí)有一個(gè)統(tǒng)一的入口?？梢詫⒃O(shè)備文字材料、圖紙以及運(yùn)行狀態(tài)等同時(shí)顯示出來，方便工作人員查閱。

之前BFS++系統(tǒng)是面向具體的工作，如設(shè)備檢修、運(yùn)行等，現(xiàn)在轉(zhuǎn)為面向工作崗位，按照特定人員崗位的工作需要將系統(tǒng)重新整合，這樣可以達(dá)到提高工作效率、精簡人員的目的。

（3）可靠性管理。設(shè)備的可靠性分析數(shù)據(jù)之前只是文檔的形式，數(shù)字化電站中可作為BFS++系統(tǒng)中的一個(gè)模塊，數(shù)據(jù)源是唯一的，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

（4）信息孤島。由于不同業(yè)務(wù)之間存在關(guān)聯(lián)、交叉、重復(fù)、空白的現(xiàn)象，信息未得到有效利用，數(shù)字化電站中可通過構(gòu)建一體化平臺(tái)來消除信息孤島。一體化平臺(tái)規(guī)范了數(shù)據(jù)要求，當(dāng)系統(tǒng)更換時(shí)需按照規(guī)范來進(jìn)行。一體化平臺(tái)的內(nèi)容包括統(tǒng)一的身份認(rèn)證、界面集成、數(shù)據(jù)集成和業(yè)務(wù)集成，如BFS++與ERP和SCM的業(yè)務(wù)集成。

（5）成本與收益的衡量。在完善現(xiàn)有系統(tǒng)和引進(jìn)新型技術(shù)時(shí)需要衡量收益與付出的代價(jià)，考慮管理成本，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（6）開放性。BFS++系統(tǒng)的開放性較差，與其他系統(tǒng)進(jìn)行整合較為困難，需進(jìn)一步完善其接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

5 結(jié)束語

本文對(duì)現(xiàn)代數(shù)字化電站中的設(shè)備管理與可靠性管理進(jìn)行了研究，全方位地了解了設(shè)備管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能以及一些更深層次的應(yīng)用。

通過對(duì)BFS++系統(tǒng)的研究，了解了設(shè)備管理系統(tǒng)的各組成模塊以及它們分別實(shí)現(xiàn)的功能，系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交換和共享；同時(shí)，系統(tǒng)在使用過程中也出現(xiàn)了一些問題，需要進(jìn)一步制訂解決問題的策略。

致謝：本文的調(diào)研成果是在神華國華（北京）燃?xì)鉄犭娪邢薰竟ぷ魅藛T的大力支持下完成的，在此向他們表示衷心的感謝。

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（本文責(zé)編：劉芳）

TM 621

：B

：1674-1951（2015）06-0018-03

李福東（1970—），男，遼寧錦州人，高級(jí)工程師，從事火電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)與管理等方面的工作（E-mail：10000355＠shenhua.cc）。

2014-11-25；

2015-04-27