智慧檢修在火力發(fā)電機組中的應(yīng)用

張斌 高澤明 閆宗良

河北國華定州發(fā)電有限責任公司 河北定州 073000

在發(fā)電項目中，火力發(fā)電機組是最傳統(tǒng)的發(fā)電方式，也是應(yīng)用最廣的發(fā)電方式[1]。但是火力發(fā)電因為需要將煤炭燃燒引起蒸汽發(fā)熱推動鍋爐做功，這一整套系統(tǒng)過于復雜，包括火力發(fā)電供熱系統(tǒng)、煤炭傳動系統(tǒng)、火力發(fā)電給水系統(tǒng)、蒸汽冷凝系統(tǒng)、火力發(fā)電水循環(huán)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等，因此在對火力發(fā)電機組進行檢修的過程中，工作量十分龐大，且一時間難以辨別所需維修的地點，因此引進智慧檢修的方式運用到火力發(fā)電機組的檢修工作中。智慧檢修是通過計算機在線監(jiān)測火力發(fā)電機組中的各處信息，分析歷史數(shù)據(jù)，并通過計算機給出綜合評價的一個檢修系統(tǒng)[2]。本文首先對智慧檢修的重要性和智慧檢修的研究現(xiàn)狀進行探究，簡單敘述了智慧檢修系統(tǒng)的功能，了解了智慧檢修的研究背景。然后從智慧檢修系統(tǒng)的三個功能出發(fā)，詳細介紹了智慧檢修在火力發(fā)電機組中的應(yīng)用。

1 智慧檢修的研究背景

大型火力發(fā)電機組擁有十分復雜的設(shè)備儀器，因此這一設(shè)施的檢查和維修工作極其復雜，只憑人工方法很難在不耽誤電力運行的情況下完成檢修，因此需要使用現(xiàn)代科技手段幫助工作人員完成檢修任務(wù)[3]。智慧檢修通常需要以火力發(fā)電機組以往的工作數(shù)據(jù)作為參考，以國內(nèi)所有火力發(fā)電機組的運行參數(shù)作為大數(shù)據(jù)依據(jù)，實時監(jiān)測火力發(fā)電機組的狀態(tài)，通過計算機手段識別早期的損壞故障征兆，預測檢修時間和檢修方法，并給出合理的檢修方案。綜上所述，就是通過以往的數(shù)據(jù)判斷火力發(fā)電機組現(xiàn)在的狀態(tài)，并在其損壞時給出維修計劃和維修方法。

2 火力發(fā)電機組的智慧檢修應(yīng)用研究

現(xiàn)在的智慧檢修設(shè)備大致可以分為三大系統(tǒng)，分別是火力發(fā)電機組設(shè)備運行實時監(jiān)測系統(tǒng)、火力發(fā)電機組損壞程度預測判定系統(tǒng)和發(fā)電機組智慧檢修推薦系統(tǒng)。但是這三大系統(tǒng)只有第一項系統(tǒng)完全達到了理想狀態(tài)，其他兩項在功能上距離理想狀態(tài)還有很大的不足，因此還需要不斷進行完善。到目前為止，智慧檢修設(shè)備只能預防性地定期對火力發(fā)電機組進行維護檢測，根據(jù)火力發(fā)電機組以往的運行數(shù)據(jù)推算發(fā)生故障的大概時間，卻無法真正地對火力發(fā)電機組的維護維修進行決策。且大多數(shù)設(shè)備還屬于國外產(chǎn)品，價格昂貴，運算性能較差，對我國發(fā)電能力的適用性不足，因此將智慧檢修應(yīng)用于火力發(fā)電機組，研究其有效性，為火力發(fā)電機組檢修提供參考。

2.1 運行實時監(jiān)測系統(tǒng)

運行實時監(jiān)測系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)監(jiān)測存儲中心、程序算法運行中心和智慧平臺應(yīng)用中心組成。

數(shù)據(jù)監(jiān)測存儲中心主要具備數(shù)據(jù)存儲和設(shè)備檢測的功能，能夠進行對設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、將數(shù)據(jù)編碼轉(zhuǎn)譯、將編碼存儲在硬盤中、將編碼轉(zhuǎn)移復制到中央處理器中等多項能力，具備這些能力的數(shù)據(jù)監(jiān)測存儲中心又可以被視為智慧檢修系統(tǒng)的 “偵察兵”，是整個智慧檢修系統(tǒng)的最先運行的部分[4]。

程序算法運行中心也是整個智慧檢修設(shè)備的中央處理器，一般在處理器內(nèi)采取流式算法將轉(zhuǎn)運來的編碼轉(zhuǎn)譯為數(shù)據(jù)，并按照特定的程序算法對數(shù)據(jù)進行加工處理，經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)參數(shù)會轉(zhuǎn)移到下一個平臺系統(tǒng)中，開展下一步的工作。相比于最初的算法中心，現(xiàn)在的程序算法運行中心已經(jīng)能夠采取在線運行的方式處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，其內(nèi)部配備了多層算法，可以實現(xiàn)獨立運行。其所有需要編碼轉(zhuǎn)譯的數(shù)據(jù)都來自于數(shù)據(jù)監(jiān)測存儲中心，由程序算法運行中心統(tǒng)一處理后再返還數(shù)據(jù)監(jiān)測存儲中心，避免數(shù)據(jù)重復調(diào)用，浪費內(nèi)存空間。

智慧平臺應(yīng)用中心通常用于管理和發(fā)布發(fā)電機智慧檢修的應(yīng)用程序，采取開放式結(jié)構(gòu)[5]。在智慧檢修系統(tǒng)中，各個單獨的應(yīng)用模塊都在指揮平臺應(yīng)用中心的管理范圍之內(nèi)，由各個開發(fā)商獨立運營與維護。

運行實時監(jiān)測系統(tǒng)在運行的過程中需要以關(guān)鍵指標量作為標準，判斷火力發(fā)電機組內(nèi)部的運行良好程度。在分析處理發(fā)電站設(shè)備參數(shù)時，關(guān)鍵指標量能夠起到至關(guān)重要的作用。設(shè)振動擺度α 、軸線位移l 、壓力脈動ε 和空氣間隙h ，得到關(guān)鍵指標量A ：

通過公式（1）計算的關(guān)鍵指標量A 是一個重要的指標工具。而且還能在局部放電時為系統(tǒng)提供局部放電脈沖信號，以便長期觀察放電趨勢，判斷需要維修的部位。

2.2 機組損壞程度預測判定系統(tǒng)

機組損壞程度預測判定系統(tǒng)中的首要功能就是大數(shù)據(jù)平臺，其內(nèi)部核心是一個擁有超球建模功能的學習引擎，能夠通過分析處理運行實時監(jiān)測系統(tǒng)中收集到的發(fā)電機數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，建立一個基于火力發(fā)電機組的健康模型，并通過對比健康模型和顯示數(shù)據(jù)之間的差異，判斷火力發(fā)電機組的健康程度，并實時匯報健康預測，機組損壞程度預測判定系統(tǒng)運行機制如圖1 所示。

圖1 機組損壞程度預測判定系統(tǒng)運行機制

如圖1 所示，在該系統(tǒng)中重要的模塊主要分為三個部分，分別是超球建模模塊、智能感知模塊和故障診斷模塊。超球建模模塊的主要功能是收集觀測火力發(fā)電機組的歷史數(shù)據(jù)，并根據(jù)大數(shù)據(jù)庫中的資料將觀測到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)譯處理[6]。

超球建模需要以機器學習算法為主要運行計算工具，通過計算機設(shè)備在火力發(fā)電機組的實時觀測數(shù)據(jù)建立該算法的底層模型，整個過程完全由計算機本身自動化實現(xiàn)，不需要人為干擾。該模塊基于火力發(fā)電機組的運行歷史參數(shù)，再結(jié)合大數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)資料，按照火力發(fā)電機組的架構(gòu)及標簽整理其所監(jiān)測的對象的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后應(yīng)用超球建模算法自動分析狀態(tài)關(guān)聯(lián)程度，形成一個火力發(fā)電機組的狀態(tài)模型，因此超球建模也被稱為超球模型。

智能感知模塊則是大數(shù)據(jù)平臺的基本功能之一，在前文超球建模系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不斷感知火力發(fā)電機組的數(shù)據(jù)更新信息，將更新資料與模型資料對比，自動分析，并給出設(shè)備的健康評價值。設(shè)備健康評價值又被稱為健康度，是一種能夠體現(xiàn)火力發(fā)電機組健康狀況的評分標準。

故障診斷模塊則是通過上述數(shù)據(jù)庫中每個時間段火力發(fā)電機組狀態(tài)的不同，確定該發(fā)電機組的健康狀況的一個模塊。可以首先在數(shù)據(jù)庫中收集所有相關(guān)設(shè)備的狀況數(shù)據(jù)，以提高該模塊的權(quán)威性和準確性。

2.3 智慧檢修系統(tǒng)

使用智慧檢修能夠大幅度提升火力發(fā)電機組的運行管理水平，因火力發(fā)電機組本身的復雜性，工作人員難以全面照顧每一臺火力發(fā)電機組的完好無損。而火力發(fā)電機組一旦產(chǎn)生事故，輕則整個火力發(fā)電機組受到損壞需要重新建設(shè)，導致區(qū)域內(nèi)的電力系統(tǒng)癱瘓，造成巨大的經(jīng)濟損失，重則會導致發(fā)電廠發(fā)生爆炸，造成重大人員傷亡事故。而基于計算機的智慧檢修系統(tǒng)卻能夠起到預警和檢測作用，及時提醒工作人員進行檢修，保障火力發(fā)電機組的安全運行，對電力系統(tǒng)的運行有著至關(guān)重要的意義。而且智慧檢修系統(tǒng)的檢修方法是將火力發(fā)電機組的損傷掐滅在萌芽狀態(tài)，并沒有等到機械設(shè)備完全損傷再去修理，此時的維修費用遠低于事后修補，極大地節(jié)省了檢修成本。

相比已經(jīng)基本成型的運行實時監(jiān)測系統(tǒng)和機組損壞程度預測判定系統(tǒng)，智能檢修系統(tǒng)一直處于開發(fā)階段，目前也沒有能夠自動運行的成果。智慧檢修系統(tǒng)是在前兩個已經(jīng)能夠判定故障地點的模塊基礎(chǔ)上，自動生成維修策略，并通過傳感器等自動化機制，自行維修火力發(fā)電機組。因此只有智能檢修系統(tǒng)開發(fā)成功，智慧檢修系統(tǒng)才算真正成型。

3 實驗

建立一個火力發(fā)電機組的健康模型，這個健康模型的原始數(shù)據(jù)脫胎于發(fā)電機組的歷史數(shù)據(jù)中，使用超球建模算法輔助實現(xiàn)。然后利用智能感知模塊觀測到的火力發(fā)電機組實時數(shù)據(jù)，對比數(shù)據(jù)庫中的健康數(shù)據(jù)，得到該火力發(fā)電機組的健康值評價。如果故障診斷模塊中的數(shù)據(jù)較為全面，還能判斷故障種類和故障地點，如表1 所示。

如表1 所示，當智能感知模塊感知到火力發(fā)電機組設(shè)備損壞具體情況時，就能夠根據(jù)大數(shù)據(jù)庫中的信息得到故障參數(shù)，并通過計算分析得到故障部位，從而實現(xiàn)火力發(fā)電機組的智能維修，減少維修損耗，通過對比本文提出的智慧檢修在火力發(fā)電機中的應(yīng)用方法和文獻[3]火力發(fā)電企業(yè)機組檢修實施階段管控方案及系統(tǒng)、文獻[4]基于全生命周期的水電站智慧檢修對比故障診斷數(shù)據(jù)精準度如圖2 所示，由圖2 可知，本文方法可以更好地診斷故障數(shù)據(jù)，為下一步檢修奠定基礎(chǔ)。

表1 故障診斷參考示例

圖2 故障診斷數(shù)據(jù)精準度

4 結(jié)語

總體而言，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，機械設(shè)備是在不斷復雜化的。而火力發(fā)電機組作為其中必須長期保證其完好性，且結(jié)構(gòu)相對復雜的設(shè)施，只依靠人工檢修已經(jīng)很難維護，因此上文中所研究的智慧檢修就不可避免地受到重視。越來越多的電力企業(yè)開始建設(shè)智慧檢修設(shè)備，逐步完善智慧檢修體系，打造智慧檢修管理方案。盡管已經(jīng)有很多企業(yè)關(guān)注并應(yīng)用了智慧檢修的方法，但這種方法目前還處于發(fā)展的早期階段，還有許多難點需要進行繼續(xù)深入的研究。