火電廠設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)研發(fā)

張棟棟，李興敏，王 屾，萬松森

（1.華電鄒縣發(fā)電有限公司，山東濟寧 273522；2.西安熱工研究院有限公司，陜西西安 710054）

0 引言

電力行業(yè)是國經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)，隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，用電量和電力設(shè)備規(guī)模不斷擴大，國家電網(wǎng)系統(tǒng)正以前所未有的速度蓬勃發(fā)展。大規(guī)模的電網(wǎng)運行包含多種不確定的安全因素，由于故障導(dǎo)致的損失也將進一步擴大，關(guān)于電力生產(chǎn)、輸送和使用過程的安全管理，成為人們關(guān)注的焦點。

為了提升設(shè)備運行的安全性和可靠性，電力企業(yè)加大了對于設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)的研究，通過現(xiàn)代化信息手段，確保電力設(shè)備的健康、穩(wěn)定運行。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)設(shè)備檢修技術(shù)相比，其優(yōu)勢在于可以通過計算機信息技術(shù)，對設(shè)備運行狀況進行仿真分析，分析采集到的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)運行狀態(tài)參數(shù)的變化，判斷隱藏的安全隱患，從而制定有效的應(yīng)對措施。結(jié)合數(shù)據(jù)庫建立設(shè)備的健康檔案，提高故障診斷的可靠性。伴隨著火電廠智能化程度的不斷提升，對于核心設(shè)備運行的有效性和可維護性，成為人們關(guān)注的焦點問題。傳統(tǒng)的設(shè)備檢修方式日益暴露出其局限性，設(shè)備故障不僅會給電力企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失，對廣大群眾的日常生活也有一定程度的影響。通過對火電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的特點進行分析，闡述設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合ANNs 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，闡述火電廠設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。該系統(tǒng)有效運用，能夠?qū)υO(shè)備故障提前預(yù)警，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運行，有效降低設(shè)備故障發(fā)生率，提高機組設(shè)備的運行效率。

1 在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)的特性

火電廠設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)，結(jié)合火電廠的實際生產(chǎn)指標(biāo)，對設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行實時在線采集，建立火電廠設(shè)備健康數(shù)據(jù)檔案，通過軟件分析建立運行狀態(tài)模型，實現(xiàn)對各個設(shè)備運行狀態(tài)的在線評估和診斷。通過數(shù)據(jù)分析的方式，可以快速發(fā)現(xiàn)火電廠設(shè)備狀態(tài)變化趨勢，通過判斷監(jiān)測值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的差異，進行報警響應(yīng)。設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)實現(xiàn)了火電廠的智能化管理，通過分析報告對設(shè)備運行狀況進行有效評估，實現(xiàn)對隱性故障隱患的有效應(yīng)對，采取及時有效的方式降低故障造成的影響，提高火電廠設(shè)備運行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)還具有較高的安全保密措施，擁有權(quán)限管理功能，通過授予訪問權(quán)限，訪問電廠設(shè)備的重要參數(shù)信息，并且只有最高權(quán)限的人員才能對數(shù)據(jù)信息進行修改。設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)具有良好的擴展性，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口可以快速采集不同電力設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，還可以進行有效擴充，方便系統(tǒng)的優(yōu)化升級。設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)是對電廠設(shè)備運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測，并對設(shè)備異常狀況進行有效預(yù)警，并進行維修，降低安全事故對電網(wǎng)系統(tǒng)造成的影響，提高電網(wǎng)運行的可靠性。

2 在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)現(xiàn)狀評價

設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)是電廠智能化管理中的核心環(huán)節(jié)，通過采集電廠設(shè)備實時狀態(tài)信息，為設(shè)備維護管理提供理論依據(jù)?，F(xiàn)階段，關(guān)于設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)的相關(guān)研究不斷深入，系統(tǒng)的使用范圍越來越廣，可以采集大多數(shù)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，但是在數(shù)據(jù)處理和存儲方面還具有較多問題，在設(shè)備運行過程中產(chǎn)生大量的監(jiān)控數(shù)據(jù)，需要通過有效的方法進行挖掘處理，建立科學(xué)有效的數(shù)據(jù)檢測模型，幫助設(shè)備進行全方位的健康評估。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，這些問題也表現(xiàn)得日益突出，下面就對設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀進行簡要分析。

2.1 系統(tǒng)智能化程度較低

現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)需要依靠檢修人員的判斷，分析設(shè)備運行的健康狀況，對檢修人員的整體素質(zhì)要求較高。而且早期的設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)受到技術(shù)方面的影響，能對一些異常數(shù)據(jù)信息進行警報，無法提前預(yù)判設(shè)備的安全故障，一旦出現(xiàn)報警整個電力設(shè)備將進入故障檢修狀態(tài)，故障產(chǎn)生的影響較大。近年來，社會經(jīng)濟高速發(fā)展，電力系統(tǒng)負荷較大，而故障診斷技術(shù)發(fā)展緩慢，無法跟上電網(wǎng)發(fā)展的速度，導(dǎo)致設(shè)備故障率較高。

2.2 系統(tǒng)擴展性能較差

早期設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)接口設(shè)計不統(tǒng)一，適用性和擴展性較差，人機交互界面不友好，系統(tǒng)使用效率較低。采集的數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫中，沒有進行分類整理，數(shù)據(jù)量非常龐大，管理人員無法通過分類信息高效地找到需要使用的數(shù)據(jù)資源，極大地降低了設(shè)備檢修效率。

2.3 數(shù)據(jù)分析能力薄弱

設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)采用非線性或非數(shù)值性數(shù)據(jù)建立模型，操作復(fù)雜，而且監(jiān)測結(jié)果誤差較大，尤其在精確性和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)得問題較多。設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)抗干能力和監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)逐漸完善，但是用于電力系統(tǒng)當(dāng)中的卻很少，現(xiàn)有的故障診斷方法只是針對設(shè)備表現(xiàn)出來的故障進行診斷，需要通過系統(tǒng)化的理論進行優(yōu)化升級。隨著傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、微處理器技術(shù)的高速發(fā)展，設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)得到了有效發(fā)展。目前，關(guān)于設(shè)備在線監(jiān)測不斷完善，并取得了一些新的成就，依靠紅外線測溫技術(shù)、超聲波探傷技術(shù)的運用，電網(wǎng)運行更加安全、可靠。

3 火電廠設(shè)備在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)

火電廠設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)核心結(jié)構(gòu)，包括單元電器控制系統(tǒng)、信號傳感器，傳感器負責(zé)采集電廠設(shè)備電壓、電流、溫度、濕度、振動等信號，然后將采集到的信號傳輸至數(shù)據(jù)處理單元。通過分析處理獲取設(shè)備的特征參數(shù)，診斷設(shè)備運行狀態(tài)。同時，系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)存儲功能，將監(jiān)測到的設(shè)備狀態(tài)信息通過數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，對數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)設(shè)備的歷史狀態(tài)參數(shù)，分析設(shè)備可能存在的故障隱患，制定針對性的維護措施。設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)架構(gòu)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)也獲得了長足進展。設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，通過系統(tǒng)模塊對電廠設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，利用軟件分析對火電廠設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行建模分析，實現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)的在線評估與診斷。以下對設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)設(shè)計進行分析。

3.1 數(shù)據(jù)采集

設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)，可以掌握電廠設(shè)備的運行狀態(tài)信息，通過對實時采集的運行狀態(tài)信息進行篩選，提取有效信息建立設(shè)備的健康檔案，通過對歷史數(shù)據(jù)信息進行比對分析了解設(shè)備隱藏的故障問題。此外，系統(tǒng)還可以根據(jù)設(shè)備的健康檔案庫，建立特征參數(shù)關(guān)聯(lián)性算法，通過軟件對設(shè)備的故障周期進行有效預(yù)判，及時提出優(yōu)化措施，幫助設(shè)備檢修人員快速應(yīng)對。通過數(shù)據(jù)庫建立設(shè)備的健康檔案，通過歷史數(shù)據(jù)反映電廠設(shè)備的運行參數(shù)，提高系統(tǒng)診斷的準(zhǔn)確性。

3.2 建立分析模型

設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)，可以在海量數(shù)據(jù)信息中篩選和過濾出有效信息，由于設(shè)備狀態(tài)信息隨著時間推移發(fā)生有規(guī)律的變化，系統(tǒng)需要判斷數(shù)據(jù)變量之間的獨立性，不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)信息不存在影響，除了設(shè)備的運行參數(shù)外，去除其他外界因素對設(shè)備運行狀況的影響。在對海量數(shù)據(jù)進行分析的過程中，采用平均值的方法獲取設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)健康數(shù)值，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，幫助系統(tǒng)進行深度學(xué)習(xí)，通過挖掘設(shè)備健康數(shù)據(jù)庫中的信息，找出監(jiān)測值與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)健康狀況之間的聯(lián)系。當(dāng)設(shè)備監(jiān)測值與標(biāo)準(zhǔn)健康值不同時，根據(jù)兩者之間的差異確定設(shè)備的運行狀況。

3.3 狀態(tài)分析與故障預(yù)警

設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)將設(shè)備運行狀態(tài)，分為正常、異常、嚴(yán)重3 個狀態(tài)，通過對設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析后，得到設(shè)備健康狀況，通過對標(biāo)準(zhǔn)健康值進行比對，計算出監(jiān)測值和標(biāo)準(zhǔn)值的差異，獲得該設(shè)備在監(jiān)測時間段內(nèi)的健康狀況，通過該數(shù)據(jù)對設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)和未來狀態(tài)進行對比，分析設(shè)備目前所處的狀態(tài)，根據(jù)不同的狀態(tài)量進行報警。

4 總結(jié)

設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與預(yù)警診斷系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅節(jié)約了傳統(tǒng)人工檢修的工作強度、降低了數(shù)據(jù)處理的難度，實現(xiàn)了電網(wǎng)智能化管理，而且對電能質(zhì)量和設(shè)備使用壽命有較大的提升。該系統(tǒng)可以通過采集到的設(shè)備運行狀態(tài)信息，建立實時監(jiān)測模型，借助軟件分析進行狀態(tài)評估和故障診斷，制定有效的維護措施，改善設(shè)備運行狀況，提升電力生產(chǎn)的效率。