智慧化全數(shù)字技術(shù)在水電廠中的應(yīng)用實(shí)踐分析

楊興富

（西南石油大學(xué)，四川 成都 610000；四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 甘孜 626000）

0 引言

以往基于數(shù)字化技術(shù)之下的水電廠，雖然企業(yè)建設(shè)及其管理均可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，但無(wú)法滿足信息采集及其利用廣度方面的需求，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高度的智能化。所以，水電廠就應(yīng)當(dāng)更為注重智能化全數(shù)字科學(xué)技術(shù)的引入及有效應(yīng)用，便于彌補(bǔ)現(xiàn)有不足，促使水電廠可實(shí)現(xiàn)高度的智能化。因而，針對(duì)智慧化全數(shù)字技術(shù)與其在水電廠當(dāng)中應(yīng)用實(shí)踐開(kāi)展綜合分析較為必要。

1 智慧化全數(shù)字技術(shù)闡述

智慧化系統(tǒng)要素，以信息源、通信網(wǎng)絡(luò)、智慧主體為主。為實(shí)現(xiàn)對(duì)人作為重要智慧主體方面作用的充分利用，便于人能挖掘、分析及處理相關(guān)信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)深入且全面的展現(xiàn)，能以更為生動(dòng)及形象方式展現(xiàn)信息數(shù)據(jù)。人和信息交互歷經(jīng)文字、二維圖畫及動(dòng)畫等發(fā)展階段，現(xiàn)階段已經(jīng)向著三維圖畫及動(dòng)畫等方向發(fā)展，智慧化的主體作用可得到更好地發(fā)揮。機(jī)器依托通過(guò)AI 相關(guān)技術(shù)，促使智慧主體各項(xiàng)作用得到充分發(fā)揮。全數(shù)字化技術(shù)節(jié)奏計(jì)算機(jī)自動(dòng)實(shí)施數(shù)據(jù)采集及錄入、傳輸各項(xiàng)操作，促使以機(jī)器為主導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)模式被呈現(xiàn)出來(lái)[1]。全數(shù)字化技術(shù)，促使發(fā)水電廠由前期設(shè)計(jì)、總體生產(chǎn)運(yùn)行及其管理整個(gè)過(guò)程由粗放型向著精細(xì)化的方向快速發(fā)展，為發(fā)電企業(yè)整個(gè)壽命周期持續(xù)提供有力的數(shù)據(jù)支撐，使得水電廠在不同階段的建設(shè)及生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)流暢銜接，這對(duì)信息管理及共享十分有利，且數(shù)據(jù)復(fù)用及深度挖掘得以實(shí)現(xiàn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)智慧化提供有利條件[2]。

2 水電廠當(dāng)中智慧化全數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用

2.1 在智慧化全數(shù)字水電廠基建方面

針對(duì)智慧化全數(shù)字水電廠基建方面，智慧化全數(shù)字科學(xué)技術(shù)之下，水電廠基建項(xiàng)目工程貫穿至水電廠內(nèi)部標(biāo)識(shí)系統(tǒng)（KKS）實(shí)際編碼、三維立體化信息基礎(chǔ)模型、平面流程圖、全程三維優(yōu)化設(shè)計(jì)及三維施工、材料管理、設(shè)備建模及基建安全監(jiān)管等所有節(jié)點(diǎn)。智慧化全數(shù)字水電廠基建，由廠級(jí)的數(shù)字化信息檔案入手，以KKS 編碼為基礎(chǔ)，形成對(duì)材料及設(shè)備的管理[3]。基于智慧化全數(shù)字之下，對(duì)水電廠管理整個(gè)信息系統(tǒng)所提出的要求相對(duì)較高，KKS 引入后，貫穿于水電廠整個(gè)生命周期的一個(gè)編碼體系逐漸形成，水電廠前期規(guī)劃設(shè)計(jì)、具體施工、調(diào)試運(yùn)行及維護(hù)各節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的信息，均被基建項(xiàng)目參與各方精準(zhǔn)獲取、理解及交流，這便于開(kāi)展計(jì)算機(jī)相關(guān)處理操作，水電廠資產(chǎn)和信息從前期設(shè)計(jì)至運(yùn)行維護(hù)整個(gè)過(guò)程處在最佳化的配置當(dāng)中。基建設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，依托全數(shù)字化之下三維模型系統(tǒng)平臺(tái)，各專業(yè)可處于三維環(huán)境當(dāng)中實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)。數(shù)字化系統(tǒng)平臺(tái)當(dāng)中可集中展示設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，以視頻或圖像各種方式，將工程總體設(shè)計(jì)進(jìn)度實(shí)時(shí)展示出來(lái)，數(shù)字化的系統(tǒng)平臺(tái)當(dāng)中點(diǎn)擊設(shè)備所對(duì)應(yīng)名稱后，便可直接精準(zhǔn)定位至具體模型；平臺(tái)當(dāng)中能夠全廠漫游，輕輕點(diǎn)擊模型，便可查詢?cè)O(shè)備、管道、閥門等屬性，工作人員可以快速熟悉所處的操作環(huán)境。后臺(tái)所有信息數(shù)據(jù)均可查，且可擴(kuò)展性相對(duì)較強(qiáng)。

2.2 在三維可視數(shù)字化的數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)分析方面

針對(duì)三維可視數(shù)字化的數(shù)據(jù)管理方面，包含著對(duì)應(yīng)三維設(shè)備基礎(chǔ)模型、各項(xiàng)過(guò)程數(shù)據(jù)、圖紙資料等實(shí)施管理；還提供全廠整個(gè)生命周期所涉及的數(shù)據(jù)管理及其狀態(tài)管控，能夠和廠級(jí)內(nèi)部監(jiān)控信息、管理信息、DCS、資產(chǎn)管理等各個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面集成，關(guān)聯(lián)著工程當(dāng)中主數(shù)據(jù)，確立三維工程基礎(chǔ)模型和文檔信息，積極落實(shí)維護(hù)工作[4]；還能夠與廠級(jí)的閉路電視及信息系統(tǒng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)施映射管理，多系統(tǒng)相互間數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)有效關(guān)聯(lián)及調(diào)用。針對(duì)大數(shù)據(jù)的分析方面，涉及性能計(jì)算及耗差分析、環(huán)保數(shù)據(jù)密切監(jiān)測(cè)及節(jié)能優(yōu)化、優(yōu)化調(diào)配全廠各項(xiàng)資源數(shù)據(jù)支持各項(xiàng)功能，重點(diǎn)構(gòu)成部分以實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史趨勢(shì)、報(bào)警預(yù)警、性能計(jì)算及分析統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性系統(tǒng)分析及預(yù)測(cè)分析等為主。

2.3 在輔機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估及其監(jiān)測(cè)分析方面

輔機(jī)狀態(tài)傳統(tǒng)評(píng)估及監(jiān)測(cè)分析，通常是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)實(shí)施后臺(tái)的計(jì)算及其分析工作，與技術(shù)員之間欠缺交互性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)智慧主體各項(xiàng)作用的充分發(fā)揮。智慧化全數(shù)字科學(xué)技術(shù)之下實(shí)施輔機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估方面數(shù)據(jù)來(lái)源，即三維數(shù)據(jù)基礎(chǔ)模型，提供了與技術(shù)員直觀交互的系統(tǒng)平臺(tái)，便于充分了解并且掌握狀態(tài)評(píng)估機(jī)制及其過(guò)程，為技術(shù)員完善或改進(jìn)現(xiàn)有評(píng)估方法可提供重要指導(dǎo)[5]。智慧化全數(shù)字科學(xué)技術(shù)之下輔機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估，涉及輔機(jī)三維信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)模型之下數(shù)據(jù)篩選、各輔機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中歷史數(shù)據(jù)的采集及分析、選定數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)模型、模型訓(xùn)練各項(xiàng)功能。

2.4 在三維定位方面

針對(duì)廠級(jí)人員的定位系統(tǒng)，即依托三維技術(shù)對(duì)于全廠人員實(shí)施高效化管理，所涉及的技術(shù)以高精度超寬帶定位、三維建模之下圖像識(shí)別精準(zhǔn)定位、GIS 及陀螺儀聯(lián)合下大范圍精準(zhǔn)定位等各項(xiàng)技術(shù)為主。與傳統(tǒng)類型通信技術(shù)之下定位方法比較起來(lái)，高精度超寬帶定位此項(xiàng)技術(shù)有明顯差異性存在，集中表現(xiàn)為高精度超寬帶定位作業(yè)技術(shù)無(wú)須用到傳統(tǒng)的通信體制當(dāng)中載波，以發(fā)送及接收有納秒級(jí)及其以下極窄的脈沖，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，適宜室內(nèi)環(huán)境下實(shí)施精確定位操作[6]。相比較于傳統(tǒng)類型窄帶系統(tǒng)，超寬帶類型有強(qiáng)穿透力、優(yōu)良的抗多徑作用、低功耗、高精準(zhǔn)性及安全性、便捷性等優(yōu)勢(shì)，適宜應(yīng)用室內(nèi)環(huán)境中對(duì)移動(dòng)物體實(shí)施定位跟蹤。

2.5 在設(shè)備操作及檢修系統(tǒng)的智能化方面

針對(duì)設(shè)備操作及檢修系統(tǒng)的智能化方面，智慧化全數(shù)字綜合系統(tǒng)當(dāng)中，引入了圖像處理及數(shù)字影像各項(xiàng)技術(shù)手段，融合水電廠整個(gè)的生產(chǎn)過(guò)程，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的設(shè)施設(shè)備實(shí)操指導(dǎo)及檢修維護(hù)?，F(xiàn)階段，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）這兩項(xiàng)技術(shù)普遍應(yīng)用到智慧化全數(shù)字綜合系統(tǒng)當(dāng)中，混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)處于逐步投入應(yīng)用階段?？梢暬S平臺(tái)及廠內(nèi)人員的精準(zhǔn)定位專項(xiàng)系統(tǒng)之下，能夠結(jié)合兩票系統(tǒng)，開(kāi)展檢修或巡檢計(jì)劃的創(chuàng)建優(yōu)化或修改處理、管理操作，促使巡檢路線最終形成，依托可視化三維平臺(tái)實(shí)現(xiàn)巡檢路的顯示及上傳，對(duì)巡檢路線當(dāng)中設(shè)施設(shè)備具體運(yùn)行狀況實(shí)施分析，結(jié)合檢修需求增設(shè)電子圍欄的報(bào)警系統(tǒng)。智慧化全數(shù)字今后在水電廠領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)踐當(dāng)中，針對(duì)三維平臺(tái)設(shè)施設(shè)備檢修及其操作方面將會(huì)與不同感知檢測(cè)科學(xué)技術(shù)融合，如聲波及光學(xué)技術(shù)等，促使智慧化全數(shù)字科學(xué)技術(shù)處于水電廠領(lǐng)域當(dāng)中應(yīng)用實(shí)踐更具生命力及發(fā)展前景。依托視覺(jué)及三維系統(tǒng)開(kāi)展智能檢修各項(xiàng)操作，并依托大數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)手段，促使智能化的技術(shù)處于信息數(shù)據(jù)實(shí)際獲取廣度得到持續(xù)擴(kuò)展，通過(guò)采集及分析處理海量數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)挖掘科學(xué)技術(shù)將潛在干擾、錯(cuò)誤及冗余數(shù)據(jù)等均剔除，獲取更為真實(shí)可靠的分析結(jié)果，便于反映水電廠真實(shí)的運(yùn)行情況[7]；大數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)之下，可以發(fā)現(xiàn)水電廠內(nèi)發(fā)電機(jī)組整個(gè)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中細(xì)微的一些狀態(tài)變化，提前識(shí)別隱患問(wèn)題，且予以消除，促使水電廠內(nèi)部發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行期間故障問(wèn)題的發(fā)生概率得以有效降低，提高機(jī)組總體運(yùn)行安全可靠性。智慧化的數(shù)字水電廠當(dāng)中，針對(duì)于深度利用各項(xiàng)檢測(cè)信息方面，涉及振動(dòng)頻譜的數(shù)據(jù)分析手段之下對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備具體的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施診斷分析，結(jié)合設(shè)備材質(zhì)實(shí)際劣變數(shù)據(jù)實(shí)施狀態(tài)分析等各項(xiàng)診斷技術(shù)。如設(shè)備振動(dòng)的加速度方面信號(hào)比較敏感于高頻信號(hào)，有著適應(yīng)性廣及檢測(cè)操作便捷等特點(diǎn)。但振動(dòng)的加速度方面信號(hào)往往極易受到振動(dòng)信號(hào)實(shí)際傳遞路徑、傳遞振動(dòng)元件間隙、傳感裝置安裝誤差、監(jiān)測(cè)部件所固有振動(dòng)方面因素所影響，以至于振動(dòng)的加速度總體信號(hào)復(fù)雜性突出，借助信號(hào)分析現(xiàn)有方法若想提取到故障特征則比較困難。故結(jié)合振動(dòng)的加速度相應(yīng)信號(hào)頻譜，依托可視化的分析方法，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)故障特征的有效提取，它主要是以傅立葉的變換為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)的加速度整個(gè)信號(hào)頻譜有效獲?。辉俳Y(jié)合高低能量整個(gè)區(qū)域邊界，有效分割處理振動(dòng)的加速度整個(gè)信號(hào)頻譜，統(tǒng)計(jì)分割處理之后各個(gè)分頻段當(dāng)中頻率分量實(shí)際幅值和，選定頻段幅值和作為主要的特征指標(biāo)，將隨著時(shí)間變化相應(yīng)譜陣列確立起來(lái)，可視化地集中顯示出來(lái)后，水電廠內(nèi)部機(jī)械設(shè)備整個(gè)壽命周期實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)可被顯示出來(lái)。還可借助機(jī)組在線的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)專項(xiàng)系統(tǒng)，實(shí)施數(shù)據(jù)采集及其并預(yù)處理各項(xiàng)操作，以模糊化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、傅立葉快速變換等為基礎(chǔ)，對(duì)類型不同的故障實(shí)施診斷分析，借助決策融合科學(xué)技術(shù)合理優(yōu)化最終的診斷結(jié)果，促使問(wèn)題分析及推理優(yōu)化、實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程化診斷及其分析能力等得到提升，確保水電廠總體智能化的水平得到有效提升。

2.6 在跨系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用方面

在跨系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用方面，以數(shù)據(jù)側(cè)、移動(dòng)端、第三方等系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用為主。針對(duì)移動(dòng)端的系統(tǒng)平臺(tái)，依托最具先進(jìn)性、應(yīng)用最具廣泛性的移動(dòng)通信科學(xué)技術(shù)手段，依托智能化的通信設(shè)備及移動(dòng)互聯(lián)等，促使各級(jí)數(shù)據(jù)能夠以更為豐富且直觀形式被快速傳輸至智慧主體當(dāng)中，移動(dòng)查看各項(xiàng)的生產(chǎn)指標(biāo)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)整個(gè)過(guò)程予以實(shí)時(shí)監(jiān)控，且還有著大數(shù)據(jù)的系統(tǒng)平臺(tái)消息實(shí)時(shí)提醒、瀏覽設(shè)備基礎(chǔ)模型、設(shè)施設(shè)備缺陷問(wèn)題管理、查看數(shù)據(jù)報(bào)表、管理在線文檔等各項(xiàng)功能。

2.7 在大機(jī)組智能化的控制方面

針對(duì)大機(jī)組智能化的控制方面，以DCS 及SIS 所提供各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，智能化科學(xué)技術(shù)輔助下，獲取水電廠生產(chǎn)整個(gè)過(guò)程當(dāng)中各項(xiàng)重要指標(biāo)內(nèi)在規(guī)律及其關(guān)聯(lián)性等，及時(shí)且精準(zhǔn)判斷機(jī)組具體的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)控制策略可予以自動(dòng)調(diào)整，以此來(lái)滿足于實(shí)際生產(chǎn)需求[8]。智慧化全數(shù)字科學(xué)技術(shù)當(dāng)中，依托各種測(cè)量手段，擴(kuò)大機(jī)組各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息實(shí)際獲取廣度，聯(lián)合軟測(cè)量、狀態(tài)觀測(cè)及模式識(shí)別各項(xiàng)技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取機(jī)組當(dāng)中大量狀態(tài)變量數(shù)據(jù)信息，還可借助數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)技術(shù)深入挖掘并獲取更深層次的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)之下智能化的建模技術(shù)，把更新、更多及更精準(zhǔn)的各項(xiàng)狀態(tài)信息實(shí)時(shí)反饋到控制裝置當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)控制有效校正及其優(yōu)化處理，自動(dòng)適應(yīng)于水電廠機(jī)組處于不同工況條件下實(shí)際運(yùn)行需求，水電廠當(dāng)中對(duì)機(jī)組總體的運(yùn)行方式、經(jīng)營(yíng)管理、控制參數(shù)及其效能指標(biāo)等予以持續(xù)優(yōu)化、改進(jìn)，這相比較于傳統(tǒng)類型控制結(jié)構(gòu)，智慧化全數(shù)字科學(xué)技術(shù)之下，促使水電廠總體運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中信息數(shù)據(jù)的采集及獲取廣度、信息數(shù)據(jù)實(shí)際處理深度方面得以提升。

2.8 在一體化管控方面

針對(duì)宏觀角度分析，水電廠整體生產(chǎn)至區(qū)域性實(shí)施電力生產(chǎn)往往處于綜合性的一個(gè)互動(dòng)體當(dāng)中，促使閉環(huán)系統(tǒng)形成，閉環(huán)當(dāng)中除了涉及傳統(tǒng)的一些控制因素外，還涉及管理層面向于人員管理等高層次的各項(xiàng)因素，大閉環(huán)當(dāng)中各項(xiàng)因素缺陷及其故障，可視作施加至閉環(huán)系統(tǒng)當(dāng)中擾動(dòng)，會(huì)間接或直接影響到生產(chǎn)，如操作者未認(rèn)真值守所致生產(chǎn)事故、相關(guān)檢修技術(shù)員自身工作疏忽所致機(jī)組產(chǎn)生非故障的停機(jī)問(wèn)題等，屬于管控分離傳統(tǒng)生產(chǎn)模式所無(wú)法達(dá)到全局優(yōu)化根本原因。實(shí)現(xiàn)一體化的管控，屬于管控分離傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的優(yōu)化或改進(jìn)，對(duì)綜合性閉環(huán)系統(tǒng)實(shí)施有效控制。智慧化的全數(shù)科學(xué)字技術(shù)之下，對(duì)水電廠實(shí)行一體化的管控，對(duì)發(fā)電過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)及生產(chǎn)管理專項(xiàng)系統(tǒng)相互間，可將數(shù)據(jù)共享專項(xiàng)機(jī)制確定下來(lái)，促使控制及管理有效聯(lián)動(dòng)，結(jié)合實(shí)際的各項(xiàng)管理需求，對(duì)生產(chǎn)任務(wù)予以實(shí)時(shí)調(diào)整或優(yōu)化，依托多種模式及通信手段等，把管理需求實(shí)時(shí)反饋至發(fā)電生產(chǎn)及其運(yùn)行整個(gè)控制系統(tǒng)當(dāng)中，實(shí)時(shí)調(diào)整或優(yōu)化總體的控制策略，促使水電廠的各生產(chǎn)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，且企業(yè)實(shí)現(xiàn)更多經(jīng)濟(jì)效益的有效獲取。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智慧化全數(shù)字科學(xué)技術(shù)，其融合了當(dāng)前更多先進(jìn)的技術(shù)手段，應(yīng)用至水電廠當(dāng)中，則智慧化全數(shù)字水電廠基建，實(shí)現(xiàn)三維可視數(shù)字化的數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)分析、輔機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估及其監(jiān)測(cè)分析，廠級(jí)人員的三維精準(zhǔn)定位、設(shè)備操作及檢修系統(tǒng)的智能化、跨系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用、大機(jī)組智能化的控制、一體化管控等能夠?qū)崿F(xiàn)，不但可滿足信息采集及其利用廣度方面需求，且可實(shí)現(xiàn)高度的智能化。