張 宏，李 俊，樊 錦，戴 驅(qū)，殷保珍

（華能瀾滄江水電股份有限公司檢修分公司，云南 昆明650214）

很長一段時間以來，設(shè)備的定期檢修是保障電力系統(tǒng)安全運行的一項重要措施，有力保障了發(fā)電設(shè)備安全、可靠、環(huán)保運行。但隨著電網(wǎng)裝機(jī)容量的不斷增大和設(shè)備監(jiān)測診斷技術(shù)的逐漸成熟，傳統(tǒng)的檢修模式也暴露出一些問題：在定期檢修的指導(dǎo)思想之下，設(shè)備到期必修，極易造成“小病大治、無病亦治”盲目檢修現(xiàn)象，導(dǎo)致部分設(shè)備指標(biāo)修后并不優(yōu)于修前；因設(shè)備的檢修范圍和內(nèi)容被擴(kuò)大，無形中增加了安全風(fēng)險，設(shè)備長時間停運，使可靠性指標(biāo)降低；頻繁的設(shè)備拆卸、試驗，縮短了設(shè)備的使用壽命；每年需投入大量的人力、物力和檢修費用，使經(jīng)濟(jì)效益大大受損。能否建立一個系統(tǒng)，為設(shè)備狀態(tài)及輔助診斷提供服務(wù)，進(jìn)而降低檢修成本、提升設(shè)備可靠性水平和公司綜合競爭力值得思考和探討。

1 遠(yuǎn)程分析診斷系統(tǒng)的作用

（1）實現(xiàn)公司主力水電廠設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)及設(shè)備故障等信息的整合、收集，建立設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫，便于及時、全局掌控公司設(shè)備狀況。

（2）通過對設(shè)備的數(shù)據(jù)分析，判斷設(shè)備的健康狀況，評價設(shè)備的狀態(tài)，為狀態(tài)檢修提供決策；整合設(shè)備健康狀況、檢修情況、設(shè)備故障等信息，為電力營銷管理提供決策支持。

（3）通過系統(tǒng)建模，總結(jié)設(shè)備的故障征兆及特征參數(shù)變化趨勢，發(fā)布故障預(yù)警，有利于及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，消除缺陷、故障，減少損失。公司內(nèi)同形式、特種參數(shù)相似的機(jī)組較多，在公司層面開展設(shè)備數(shù)據(jù)收集、分析，有利于開展橫向、縱向?qū)Ρ?，設(shè)備對標(biāo)；選取的數(shù)據(jù)樣本多，有助于提升故障趨勢建模準(zhǔn)確性。

（4）結(jié)合公司設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)化管理等有關(guān)要求，實現(xiàn)信息收集、設(shè)備診斷分析、狀態(tài)評價、檢修決策、檢修后評價、故障預(yù)警等業(yè)務(wù)的自動化流轉(zhuǎn)，為狀態(tài)檢修提供技術(shù)支持，降低檢修管理成本、提高效率，提升標(biāo)準(zhǔn)化管理水平。

（5）隨著公司“無人值班”管理模式的逐步推進(jìn)，現(xiàn)場值班人員的數(shù)量、值班時間將逐步減少，設(shè)備狀態(tài)評價和設(shè)備故障預(yù)警功能的發(fā)揮將有助于“無人值班”模式下及時消除隱患，為電廠安全穩(wěn)定運行保駕護(hù)航。

（6）實現(xiàn)流域內(nèi)設(shè)備狀態(tài)、故障等信息的共享，減少信息孤島，及時傳遞信息，為及時開展設(shè)備隱患排查，消除設(shè)備缺陷爭取寶貴時間，為技術(shù)培訓(xùn)、經(jīng)驗共享創(chuàng)造條件。

（7）為流域電廠、外部專家開展重大設(shè)備故障遠(yuǎn)程在線分析提供平臺，有助于整合專家技術(shù)資源，及時、快速、高效開展故障分析。

（8）在狀態(tài)檢修、故障預(yù)警、專家診斷等功能的綜合作用下，進(jìn)一步提升設(shè)備健康水平，節(jié)約設(shè)備檢修、維護(hù)成本，為公司降本增效、提升競爭力奠定基礎(chǔ)。

2 遠(yuǎn)程分析診斷系統(tǒng)的構(gòu)架

遠(yuǎn)程分析診斷系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架上分為兩個層次：遠(yuǎn)程分析診斷系統(tǒng)、廠站層級子站。

2.1 遠(yuǎn)程分析診斷系統(tǒng)

遠(yuǎn)程分析診斷系統(tǒng)由數(shù)據(jù)中心和應(yīng)用中心組成。數(shù)據(jù)中心由數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫軟件、數(shù)據(jù)接口軟件組成，實現(xiàn)從各電站監(jiān)測層獲取機(jī)組、主變、GIS等設(shè)備的數(shù)據(jù)，在昆明進(jìn)行集中存儲。應(yīng)用中心由應(yīng)用服務(wù)器、工程師站、用戶終端和應(yīng)用軟件組成，通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口從數(shù)據(jù)中心獲取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)不同電站狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)一分析和診斷。同時是整套系統(tǒng)與用戶進(jìn)行交互的窗口，能對外提供各種監(jiān)測、分析與診斷服務(wù)。

2.2 廠站層級子站

廠站層級子站由數(shù)據(jù)服務(wù)器、接口軟件、隔離裝置、交換機(jī)等組成，通過與電廠內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)通信，采集信息，轉(zhuǎn)換后統(tǒng)一上送昆明側(cè)遠(yuǎn)程分析診斷系統(tǒng)。廠站級子站應(yīng)具備一定的數(shù)據(jù)處理和分析功能，這樣就不需要將所有的原始數(shù)據(jù)都傳輸?shù)竭h(yuǎn)程分析診斷中心，就近實現(xiàn)部分分析處理功能，有效利用了系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備，降低了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量，提高了系統(tǒng)的運行效率。

2.3 系統(tǒng)構(gòu)架

在電廠配置數(shù)據(jù)服務(wù)器，將計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、在線監(jiān)測、離線數(shù)據(jù)進(jìn)行格式歸一化處理后，通過通信送到昆明遠(yuǎn)程分析診斷系統(tǒng)。

圖1 遠(yuǎn)程分析診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

3 遠(yuǎn)程分析診斷系統(tǒng)功能

根據(jù)國家能源局2013年3月7日發(fā)布的《水電站設(shè)備狀態(tài)檢修管理導(dǎo)則》（DL/T 1246-2013），結(jié)合設(shè)備實際情況，遠(yuǎn)程分析診斷系統(tǒng)作為狀態(tài)檢修的技術(shù)支持系統(tǒng)，功能包括信息收集和統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、設(shè)備故障迅速分析、故障預(yù)警、設(shè)備狀態(tài)分析、專家診斷6大功能。

3.1 信息收集和統(tǒng)計

信息收集是數(shù)據(jù)統(tǒng)計、狀態(tài)分析、故障診斷的基礎(chǔ)，為了確保設(shè)備遠(yuǎn)程狀態(tài)分析及輔助診斷系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，必須對電廠設(shè)備的信息進(jìn)行收集。

3.1.1 信息收集的原則

目前，公司內(nèi)主力水電廠全部配置了計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng)，部分電廠配置了主變在線監(jiān)測系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了主設(shè)備的監(jiān)視及狀態(tài)監(jiān)測。單一某個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以展示設(shè)備某一方面的狀態(tài)或工況，若要客觀、完整的掌握設(shè)備的真實狀態(tài)，需要綜合完整的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。若接入的數(shù)據(jù)不全，則開展分析時可能需人工從其他系統(tǒng)收集信息，造成分析效率低下。但收集的信息過多將造成系統(tǒng)負(fù)擔(dān)重、存儲困難、成本高等問題，因此設(shè)備信息收集需遵循“必要性、真實性、實時性、完整性相結(jié)合”的原則。

3.1.2 收集對象

按照設(shè)備劃分，信息收集的對象為水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、GIS，涵蓋主設(shè)備和相應(yīng)輔助設(shè)備。內(nèi)容包括溫度、壓力、液位、流量、振動、擺度、局放、絕緣、微水等。電廠側(cè)相關(guān)系統(tǒng)連接示意圖見圖2。

圖2 電廠側(cè)相關(guān)系統(tǒng)連接示意

3.1.3 收集內(nèi)容

按照數(shù)據(jù)的類型，分為離線數(shù)據(jù)和在線數(shù)據(jù)。其中離線數(shù)據(jù)包括歷史數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)，在線數(shù)據(jù)即運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（1）歷史數(shù)據(jù)包括設(shè)計報告、設(shè)備銘牌參數(shù)、出廠報告、調(diào)試報告和交接記錄、技改情況等。

（2）檢修數(shù)據(jù)包括設(shè)備檢修履歷、檢修試驗報告。

（3）運行數(shù)據(jù)包括實時運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、巡檢記錄、運行日志、運行分析、歷年缺陷及故障記錄等。

3.1.4 信息收集實現(xiàn)方式

目前，水電廠主設(shè)備和輔助設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測等數(shù)據(jù)的監(jiān)測和記錄都比較完整，只是數(shù)據(jù)分布在不同的系統(tǒng)。因此，在線數(shù)據(jù)可從計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)組、主變在線監(jiān)測系統(tǒng)接取，但須滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)要求，設(shè)置必要的隔離裝置和防火墻。同時，系統(tǒng)需具備人工錄入數(shù)據(jù)的功能，保障離線數(shù)據(jù)的正確、高效錄入。

3.2 數(shù)據(jù)分析

前面已提到水電廠設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)測和記錄已經(jīng)比較完整，但當(dāng)前的數(shù)據(jù)分析主要以人工分析為主，單分析主設(shè)備及其重要輔助設(shè)備的數(shù)據(jù)，就耗費大量的時間和精力。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過建模可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的功能，但系統(tǒng)功能開發(fā)太多，會占用系統(tǒng)資源，影響系統(tǒng)運行的效率和可靠性，不符合越簡單越可靠的原則，因此收集了設(shè)備的信息之后，可在遠(yuǎn)程分析診斷系統(tǒng)進(jìn)行建模，開發(fā)數(shù)據(jù)分析功能模塊。

3.2.1 單一設(shè)備數(shù)據(jù)的綜合分析

通過一段時間內(nèi)，對設(shè)備多層面狀態(tài)數(shù)據(jù)的收集和分析，總結(jié)設(shè)備運行規(guī)律。如調(diào)速器油壓裝置運行分析，可結(jié)合油泵啟停頻率、機(jī)組負(fù)荷調(diào)整情況、開停機(jī)（或緊急停機(jī)情況）等情況進(jìn)行多維度綜合分析，總結(jié)油泵運行規(guī)律。

3.2.2 設(shè)備對比分析、總結(jié)

（1）同機(jī)組比較分析。部分測點每臺機(jī)組都會配置若干個，如瓦溫、冷卻器熱風(fēng)溫度等。同一機(jī)組中這些測點，其邏輯和變化趨勢應(yīng)一致或相近。對這些測點進(jìn)行集合趨勢分析，可用于比較或推測與其緊密相關(guān)的所有測點的數(shù)據(jù)分布規(guī)律。

（2）不同機(jī)組比較分析，即對同一測點在不同機(jī)組間的同名測點的集合趨勢分析方法。目前，公司主力水電廠的設(shè)備機(jī)型、布置形式、配置基本相似，選取多組樣本相同或相似設(shè)備的數(shù)據(jù)做分析，總結(jié)規(guī)律更加真實，更有助于設(shè)備的分析和總結(jié)，為運行維護(hù)提供指導(dǎo)。通過對相同型號的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，分析指標(biāo)不好的原因，如安裝工藝、環(huán)境干擾等，進(jìn)而為下次檢修、維護(hù)提供參考；通過對比相同作用的設(shè)備數(shù)據(jù)，分析設(shè)備的優(yōu)劣，為技改設(shè)備選型提供參考，為數(shù)據(jù)分析提供參考。

3.2.3 總結(jié)設(shè)備運行動態(tài)定值

當(dāng)前的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)報警、預(yù)警功能已比較完善，但仍然有提升空間。如設(shè)備運行定值方面，定值為單一固定值，一般依據(jù)出廠說明書、規(guī)程規(guī)范、理論計算等確定。但每臺設(shè)備的安裝工藝、系統(tǒng)之間配合、動態(tài)和靜態(tài)工況是有差異的，單憑單一的固定值作為定值不是很合理，定值太小，容易刷屏，影響值班人員的判斷，定值太大，起不到預(yù)警和保護(hù)的作用?？梢栽诳偨Y(jié)設(shè)備運行規(guī)律的基礎(chǔ)上，制定合理的動態(tài)定值。如水導(dǎo)油盆油位，機(jī)組停機(jī)態(tài)下的油位要比發(fā)電運行狀態(tài)下的油位低。又如機(jī)組振動、擺度數(shù)據(jù)，如果以單一固定的定值和延時配合作為報警值，并不是很合理，因為不同工況下，機(jī)組的振動、擺度值不同，需結(jié)合水頭、所帶負(fù)荷確定定值。甚至隨著環(huán)境溫度、季節(jié)的變化，總結(jié)、確定動態(tài)的定值。

3.2.4 設(shè)備運行區(qū)域劃分和統(tǒng)計

收集機(jī)組一段時間內(nèi)各水頭、工況下的振動、擺度、壓力脈動、噪聲等數(shù)據(jù)，參考模型試驗，得出綜合特性曲線，進(jìn)而確定機(jī)組的運行區(qū)域，為運行提供指導(dǎo)。同時對機(jī)組禁止運行區(qū)、限制運行區(qū)和穩(wěn)定運行區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，為狀態(tài)檢修決策提供參考。

3.3 設(shè)備故障迅速分析

（1）水電機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障的原因多種多樣，因此，故障案例和故障數(shù)據(jù)的積累尤為重要，單個電廠或單臺機(jī)組出現(xiàn)故障的概率不高，建立設(shè)備故障庫，廣泛積累故障數(shù)據(jù)，為故障診斷方法的研究提供更多的樣本。同時，故障庫應(yīng)能展示設(shè)備故障前、故障過程的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，能夠記錄設(shè)備故障的分析過程、方法、方向及故障處理措施。流域電廠可通過平臺查詢相關(guān)信息，用于技術(shù)培訓(xùn)，當(dāng)發(fā)生類似問題，可以作為解決問題的參考。

（2）打破電廠界限，建立開放的交流平臺，當(dāng)某一電廠發(fā)生異常或故障時，分布在不同電廠的專家可借助平臺查詢故障相關(guān)信息，并在平臺上進(jìn)行交流，共同分析故障，提出解決對策、物資調(diào)劑等，以便快速解決設(shè)備故障。

3.4 故障預(yù)警

3.4.1 總結(jié)故障時特征參數(shù)變化情況和規(guī)律

結(jié)合公司內(nèi)外部發(fā)生的典型設(shè)備故障，收集故障前、故障時、故障后設(shè)備關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析，總結(jié)特征參數(shù)變化規(guī)律，對系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)、建模，建立故障庫，使之能反映設(shè)備故障前、故障時、故障后設(shè)備特征參數(shù)的變化過程，趨勢或發(fā)展方向。

3.4.2 單一設(shè)備故障預(yù)警

在設(shè)備故障庫的基礎(chǔ)上，通過對設(shè)備在線、離線數(shù)據(jù)的對比、分析，當(dāng)設(shè)備的特征參數(shù)變化符合故障征兆時，發(fā)出故障預(yù)警，使運維人員及時采取措施，將設(shè)備故障消除在萌芽狀態(tài)，防止設(shè)備故障擴(kuò)大。同時，系統(tǒng)提示下一步發(fā)展或變化方向，以便為運維人員采取措施提供決策支持。

3.4.3 單一設(shè)備當(dāng)前工況下的趨勢預(yù)測

在某種相對穩(wěn)定的運行工況下，基于設(shè)備當(dāng)前和歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)過一定的樣本選擇后，采用相應(yīng)的模型(或算法)對其進(jìn)行趨勢預(yù)測，這種趨勢預(yù)測是在假設(shè)設(shè)備將繼續(xù)維持該種工況運行的大前提下進(jìn)行的；同時在已知相關(guān)惡化指標(biāo)的基礎(chǔ)上，計算出設(shè)備狀態(tài)發(fā)展到惡化階段所需時間，以供設(shè)備的預(yù)測評價使用。

3.4.4 設(shè)備故障預(yù)警

當(dāng)公司內(nèi)某一設(shè)備發(fā)生故障時，流域內(nèi)電廠相關(guān)專業(yè)人員可通過系統(tǒng)及時了解相關(guān)信息。同時，系統(tǒng)對相同或同類設(shè)備電廠發(fā)出預(yù)警信息，提醒相關(guān)電廠加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)視或巡檢，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，并采取措施盡快消除隱患。

3.5 設(shè)備狀態(tài)分析

（1）設(shè)備狀態(tài)分析

依據(jù)《水電站設(shè)備狀態(tài)檢修管理導(dǎo)則》（DL/T 1246-2013），結(jié)合電廠實際情況，明確狀態(tài)檢修的范圍，制定設(shè)備的狀態(tài)分析項目、所占權(quán)重、特征狀態(tài)參數(shù)，分析標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)規(guī)程規(guī)范、設(shè)計、設(shè)備制造廠規(guī)定、運行維護(hù)經(jīng)驗等確定。

（2）綜合設(shè)備狀態(tài)和設(shè)備缺陷情況，開展設(shè)備狀態(tài)評價。

（3）根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)，制定檢修級別、檢修項目內(nèi)容、檢修工期。

（4）以效益最大化為目標(biāo)，根據(jù)各電廠單臺機(jī)組的檢修建議，按照優(yōu)先級別進(jìn)行排序，綜合來水預(yù)測、耗水率、發(fā)電計劃、物資到貨、檢修隊伍人力資源等因素，制定公司級檢修計劃。

3.6 專家診斷

一般的設(shè)備缺陷，在電廠層面或借助公司內(nèi)部力量即可解決，但針對一些重大缺陷、設(shè)備疑難雜癥，需聯(lián)合設(shè)備廠家、研究院等多方力量才能開展分析，研究解決對策，如變壓器總烴超標(biāo)、乙炔超標(biāo)、發(fā)電機(jī)電暈、振動超標(biāo)等。

建立開放的專家診斷平臺，使不同電廠的專家、設(shè)備廠家、研究院專家能通過平臺，及時調(diào)取相關(guān)數(shù)據(jù)，分析故障，研討解決措施，有助于縮短分析準(zhǔn)備時間，及時處理故障，并進(jìn)一步降低成本。

4 結(jié)論

狀態(tài)檢修管理模式的提出已有很多年，國內(nèi)三峽電廠、國外的魁北克水電研究等通過多年的摸索和實踐，建立了狀態(tài)檢修技術(shù)支持系統(tǒng)，形成一套較為科學(xué)、成熟的管理體系，為狀態(tài)檢修決策提供了有力支撐。

推進(jìn)狀態(tài)檢修管理，建立發(fā)電設(shè)備狀態(tài)分析及輔助診斷系統(tǒng)不可能一蹴而就，需要結(jié)合實際情況和系統(tǒng)功能需求，以及試點電廠的實施情況，對系統(tǒng)的功能進(jìn)行開發(fā)和完善，真正為公司開展?fàn)顟B(tài)檢修提供有力的技術(shù)支撐。