探討設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)在智慧電廠的應(yīng)用

楊紅軍

摘 要：基于計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)等結(jié)合應(yīng)用，電廠自動(dòng)化水平、信息化水平、數(shù)據(jù)化水平、智能化水平大幅度提高，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電廠向智慧電廠的有效轉(zhuǎn)變。文章以智慧電廠設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)其應(yīng)用價(jià)值、實(shí)現(xiàn)框架以及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，旨在提高電廠設(shè)備故障運(yùn)維質(zhì)量，保障電廠各機(jī)組穩(wěn)定、安全運(yùn)行，推動(dòng)智慧電廠高質(zhì)量建設(shè)與發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能診斷技術(shù)系統(tǒng);智慧電廠;設(shè)備故障;故障特征

引言：

在信息化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化時(shí)代背景下，傳統(tǒng)電廠運(yùn)行與管理模式已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際需求。如何利用科學(xué)技術(shù)構(gòu)建智慧電廠，促進(jìn)發(fā)電與其他產(chǎn)業(yè)深度融合，已經(jīng)成為新時(shí)代電力企業(yè)可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展過程中關(guān)注的重點(diǎn)問題。設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)以其對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的智能分析、評(píng)判、監(jiān)管、決策，能夠有效提高設(shè)備運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性、可靠性，降低設(shè)備故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響，更好為電力用戶服務(wù)。故加強(qiáng)設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用是智慧電廠建設(shè)重要任務(wù)之一。本文淺談一下設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)，意在拋磚引玉，為我國(guó)智慧電廠建設(shè)提供一些思路。

一、智慧電廠中設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值分析

發(fā)電廠是電能生產(chǎn)與提供的重要場(chǎng)所，隨著電能應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展對(duì)電能需求的不斷增多，對(duì)發(fā)電廠建設(shè)、運(yùn)行與管理提出了更高要求。“安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保、高效、創(chuàng)新”是新時(shí)期發(fā)電廠建設(shè)與發(fā)展的基本原則與主要目標(biāo)[1]。其中安全占據(jù)首位，只有保證發(fā)電廠設(shè)備安全與穩(wěn)定運(yùn)行，才能實(shí)現(xiàn)電能安全生產(chǎn)與供應(yīng)，從而為電廠經(jīng)濟(jì)有效節(jié)約、能源高效利用、環(huán)境科學(xué)保護(hù)、技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新等營(yíng)造良好生產(chǎn)環(huán)境。設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)可通過設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集、分析、處理，掌握設(shè)備運(yùn)行安全狀態(tài);能夠根據(jù)電廠設(shè)備故障特征對(duì)設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別、評(píng)價(jià)、判斷;能夠針對(duì)設(shè)備故障給予自動(dòng)化處理，從而減少設(shè)備故障發(fā)生率，減輕設(shè)備故障發(fā)生對(duì)電能安全生產(chǎn)的影響。與此同時(shí)，隨著電廠現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等與電廠生產(chǎn)、管理融合程度的不斷加深，電廠智慧化發(fā)展成為必然趨勢(shì)。而智慧電廠建設(shè)需要從基礎(chǔ)設(shè)備層、智能控制層、生產(chǎn)管理層、電廠決策層等進(jìn)行優(yōu)化，這在一定程度上促進(jìn)了自動(dòng)化設(shè)備、智能設(shè)備在電能生產(chǎn)、供應(yīng)中的應(yīng)用[2]。采用傳統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維管理模式與方法已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際需求。而設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)的有效應(yīng)用，能夠克服傳統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維管理存在的不足，滿足智慧電廠設(shè)備運(yùn)維管理需求。此外，隨著電廠機(jī)組規(guī)模的不斷擴(kuò)大，機(jī)組運(yùn)行系統(tǒng)復(fù)雜程度的不斷提高，設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)海量增多，運(yùn)用智能診斷技術(shù)系統(tǒng)能夠從海量數(shù)據(jù)中挖掘有價(jià)值數(shù)據(jù)，以便工作人員全面、準(zhǔn)確掌握設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備故障特征，從而給予設(shè)備故障及時(shí)、有效判斷和處理，進(jìn)而最大程度減少設(shè)備故障影響，提高電廠設(shè)備管理能力，促進(jìn)電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行和優(yōu)化發(fā)展。

二、智慧電廠中設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架分析

（一）設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)基礎(chǔ)框架

設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)屬于綜合性管理系統(tǒng)，具備數(shù)據(jù)挖掘、設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備故障診斷、設(shè)備故障預(yù)警、設(shè)備故障自動(dòng)化處理、設(shè)備參數(shù)調(diào)整等功能。能夠在運(yùn)行過程中從海量數(shù)據(jù)中挖掘出最有價(jià)值的信息，并根據(jù)信息對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行感知、識(shí)別、預(yù)測(cè)、判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行安全隱患，從而將設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)消滅在萌芽中。故在進(jìn)行設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可采用模塊化設(shè)計(jì)法將系統(tǒng)劃分為多個(gè)模塊，通過各模塊彼此關(guān)聯(lián)、彼此協(xié)作達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)，發(fā)揮設(shè)計(jì)作用。通常情況下，智慧電廠設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)可由數(shù)據(jù)采集模塊、信息傳輸模塊、信息顯示與處理模塊、故障特征提取模塊、設(shè)備運(yùn)行故障診斷與預(yù)警模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊等構(gòu)成[3]。與此同時(shí)，智慧電廠設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)開發(fā)時(shí)可進(jìn)行三層布局，從上至下分別為用戶應(yīng)用層（用于用戶進(jìn)行前臺(tái)操作）、業(yè)務(wù)邏輯層（用于系統(tǒng)功能有效實(shí)現(xiàn)）、數(shù)據(jù)操作層（用于數(shù)據(jù)采集、整理、分析、存儲(chǔ)、傳遞等）。

（二）設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)主要功能

設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)所具備的功能具體體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）數(shù)據(jù)采集功能：即對(duì)設(shè)備各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，包括設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備振動(dòng)參數(shù)等，可通過發(fā)電廠集散控制系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)等獲取。

（2）信息處理功能：在信息傳輸模塊、信息處理與顯示模塊等共同作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)、數(shù)據(jù)等有效處理，包括原始信號(hào)去噪聲、信號(hào)干擾消除、時(shí)域波形分析、三維圖譜分析、行為軌跡分析等。

（3）故障特征提取與表示功能：即借助故障特征提取模塊從采集到的數(shù)據(jù)中將設(shè)備故障特征信息進(jìn)行有效提取和表示，以便系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)、判斷設(shè)備故障。在此過程中，運(yùn)用到的特征提取方法較多，如小波分析法、時(shí)域提取法、頻域變換法等。在對(duì)提取特征進(jìn)行表示時(shí)，可運(yùn)用表示形式眾多，如通過均值、方差、概率密度函數(shù)等表示信號(hào)幅值特征;通過自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)等表示信號(hào)時(shí)域特征;通過自功率譜、互功率譜等表示信號(hào)頻域特征等。

（4）設(shè)備故障診斷與預(yù)警功能：該功能是設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)核心功能，也是設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用主要目標(biāo)。其實(shí)現(xiàn)主要借助系統(tǒng)設(shè)備故障診斷與預(yù)警模塊，對(duì)提取到的設(shè)備故障信號(hào)特征進(jìn)行處理分析，準(zhǔn)確判斷故障類型，預(yù)測(cè)故障發(fā)生時(shí)間，確定故障發(fā)生位置，評(píng)估故障影響程度等，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)警，以便工作人員及時(shí)預(yù)防和處理故障。

（三）設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

智慧電廠設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)所應(yīng)用到的技術(shù)眾多，其中大數(shù)據(jù)技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)視聽覺技術(shù)、智能分析技術(shù)、故障信號(hào)特征提取技術(shù)等是系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)。

就計(jì)算機(jī)視聽覺技術(shù)中的聽覺技術(shù)（圖1）而言，能夠根據(jù)智慧電廠設(shè)備運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的音頻信號(hào)，進(jìn)行故障特征提取，從而了解設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，判斷設(shè)備是否存在運(yùn)行故障并對(duì)其發(fā)生位置、形成原因等進(jìn)行判斷。就智能分析技術(shù)而言，系統(tǒng)基于線性回歸分析、因子分析、樸素貝葉斯模型分析、相關(guān)性分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析等對(duì)系統(tǒng)控制對(duì)象運(yùn)行指標(biāo)、輸入輸出關(guān)系等具有準(zhǔn)確掌握，為設(shè)備故障診斷、預(yù)測(cè)、控制等提供依據(jù)。

三、智慧電廠中設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

在新時(shí)代背景下，隨著電廠智慧化水平的不斷提高，設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)將趨向功能多元化、系統(tǒng)集成化、設(shè)備控制智能化等趨勢(shì)發(fā)展。即設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)能夠與其他系統(tǒng)互聯(lián)互通，切實(shí)提高設(shè)備信息共享水平，同時(shí)深入挖掘設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)快速分析，實(shí)時(shí)掌控設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行規(guī)律、設(shè)備運(yùn)行特征，給予設(shè)備故障有效預(yù)測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行智能控制與處理，保證電廠生產(chǎn)安全的同時(shí)，節(jié)約設(shè)備運(yùn)維人力資源、物質(zhì)資源，提高電力企業(yè)生產(chǎn)綜合效益。

結(jié)論：智慧電廠建設(shè)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深入融合的具體表現(xiàn)，對(duì)發(fā)展高質(zhì)量電力企業(yè)存在重要影響。智慧電廠對(duì)機(jī)組運(yùn)行質(zhì)量、效率、安全具有較高要求，強(qiáng)調(diào)運(yùn)行先進(jìn)且科學(xué)技術(shù)給予機(jī)組優(yōu)化控制。而設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用可有效滿足智慧電廠設(shè)備運(yùn)行管理需求，給予電廠設(shè)備智能評(píng)判、監(jiān)測(cè)、控制。因此，電力企業(yè)以及相關(guān)工作人員應(yīng)高度重視設(shè)備智能診斷技術(shù)系統(tǒng)，能夠在不斷努力探究下進(jìn)行系統(tǒng)完善、改進(jìn)、優(yōu)化，持續(xù)提高智慧電廠設(shè)備智能診斷水平，推動(dòng)智慧電廠優(yōu)化發(fā)展。

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