山東廣域科技有限責(zé)任公司 戴吉勇 孟 賓 孫建瑞 趙 坤 李保原 劉書(shū)圻

電力作為一種涉及國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)性資源，對(duì)于社會(huì)的正常生產(chǎn)及民眾的日常生活具有極為重要的意義，智能電網(wǎng)的概念于2003年由美國(guó)提出，經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，智能電網(wǎng)技術(shù)趨于成熟。勝利油田是我國(guó)重要的石油工業(yè)基地，同時(shí)擁有發(fā)電、輸電、變電、配電的基礎(chǔ)配套設(shè)施，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是勝利油田綠色安全生產(chǎn)的重要保障。本文以勝利油田電力設(shè)備智能綜合診斷及監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用為例，就工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的電力設(shè)備智能綜合診斷及監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)研究與推廣應(yīng)用要點(diǎn)展開(kāi)分析。

1 電力設(shè)備智能綜合診斷及監(jiān)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外電力設(shè)備監(jiān)控智能化起步在上個(gè)世紀(jì)60年代，以美國(guó)和日本為代表，在智能電網(wǎng)體系下，國(guó)外已擁有了輸電環(huán)節(jié)采用輸電線路可視化技術(shù)、變電環(huán)節(jié)采用設(shè)備智能監(jiān)控技術(shù)等技術(shù)，目前這些技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到智能化綜合管理的階段。從20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)外電力新產(chǎn)品、電力設(shè)備智能監(jiān)測(cè)技術(shù)獲得了快速發(fā)展，ABB、西門子公司在這方面都是先驅(qū)者，2012年美國(guó)通用公司提出工業(yè)互聯(lián)概念，該理念以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)為基礎(chǔ)，為電力設(shè)備監(jiān)控實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、全面感知、智能優(yōu)化、安全穩(wěn)固提供了新的技術(shù)路線，很大程度上降低了計(jì)劃外停機(jī)概率和安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了設(shè)備可用性和經(jīng)濟(jì)性，帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的智能電網(wǎng)研究起步相對(duì)較晚，結(jié)合我國(guó)的電網(wǎng)和能源利用的實(shí)際情況，從大電網(wǎng)和中低壓電網(wǎng)2個(gè)角度同時(shí)切入，提出“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的目標(biāo)。國(guó)家電網(wǎng)計(jì)劃分三個(gè)階段逐步推動(dòng)智能電網(wǎng)的建設(shè)工作：第一階段（2009～2010年），規(guī)劃試點(diǎn)階段，重點(diǎn)開(kāi)展智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃工作，制定技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)；第二階段（2011～2015年），全面建設(shè)階段，加快特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運(yùn)行控制和互動(dòng)服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用；第三階段（2016～2020年），引領(lǐng)提升階段，全面建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，技術(shù)和裝備達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

2 電力設(shè)備智能綜合診斷及監(jiān)控技術(shù)研究目標(biāo)及研究?jī)?nèi)容

2.1 研究目標(biāo)

針對(duì)電力系統(tǒng)中輸電、變電、配電設(shè)備的安全現(xiàn)狀,研究一種基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算的狀態(tài)可視化、監(jiān)測(cè)在線化、診斷智能化、控制網(wǎng)絡(luò)化、信息互動(dòng)化、功能一體化的電力設(shè)備智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效解決電力設(shè)備依靠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)判斷安全故障問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確診斷電力設(shè)備潛在故障和監(jiān)控預(yù)測(cè)電力設(shè)備的全壽命周期，為此研究基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的電力設(shè)備智能綜合診斷及監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)具有十分重要的意義。

電力設(shè)備巡視實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，減少定期巡視次數(shù)，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)巡視；輸電網(wǎng)外力故障率降低約15%，設(shè)備故障率降低約20%，非計(jì)劃停電時(shí)間降低約60%。配網(wǎng)外力故障率降低約10%，設(shè)備故障率降低約15%，非計(jì)劃停電時(shí)間約40%；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控在線率100%；系統(tǒng)對(duì)遙信量、遙測(cè)量和遙控量處理的正確率100%，遙信動(dòng)作準(zhǔn)確率＞98%，遙控準(zhǔn)確率≥99.99%；通過(guò)減少巡視次數(shù)，按照巡檢規(guī)程由每周巡檢3次減少每周巡檢1次，單站年可節(jié)約人工成本約20萬(wàn)；提高油井時(shí)率、降低跳閘率、減少非計(jì)劃停電時(shí)間。

2.2 研究?jī)?nèi)容

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)形式技術(shù)方案設(shè)計(jì)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)以太網(wǎng)的物理層目前有線傳輸大都采用PON 和EPON 技術(shù)，無(wú)線傳輸采用WIA-PA、WirelessHART、ISA100.11a、NB-IOT 等技術(shù)；新時(shí)期要建立一套具有油田特色的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系、標(biāo)準(zhǔn)，解決各系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、互不相連的信息孤島問(wèn)題，一方面要搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；另一方面要進(jìn)行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)內(nèi)涵特征分析；此外還應(yīng)建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全機(jī)制，為油田工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系應(yīng)用提供支撐。

全業(yè)務(wù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案。勝利油田開(kāi)展全業(yè)務(wù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)終端層體系架構(gòu)的研究，目的在于建立“全數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、全環(huán)節(jié)物物互聯(lián)、全過(guò)程可信互動(dòng)、全方位數(shù)據(jù)應(yīng)用”的全業(yè)務(wù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。該環(huán)節(jié)的工作任務(wù)包括：研究并提出全業(yè)務(wù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，同時(shí)建設(shè)勝利油田電網(wǎng)的全業(yè)務(wù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)、安全架構(gòu)和部署架構(gòu)。此外，分析電力物聯(lián)網(wǎng)終端層的終端、連接、安全需要，配置詳細(xì)的物聯(lián)方案。

基于邊緣計(jì)算的采集終端關(guān)鍵技術(shù)。勝利油田采集終端的邊緣計(jì)算核心技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)、隔離技術(shù)、體系結(jié)合、算法執(zhí)行框架、數(shù)據(jù)處理平臺(tái)及安全等，將電力設(shè)備傳感器采集信息進(jìn)行邊緣計(jì)算，診斷潛在安全隱患及設(shè)備使用壽命，減少電力設(shè)備故障率，可靠進(jìn)行全壽命周期預(yù)測(cè)。其具體工作主要包括：研究采集終端邊緣計(jì)算和分布式計(jì)算協(xié)同運(yùn)行技術(shù)；同時(shí)探究基于邊緣計(jì)算的高效任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)處理技術(shù)；此外進(jìn)行采集終端故障自診斷和采集策略自優(yōu)化研究應(yīng)用。

嵌入式智能傳感器研制與應(yīng)用。嵌入式智能傳感器不僅可保證電力設(shè)備原有的運(yùn)行可靠性，還能擴(kuò)展其他功能，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行自檢和自控，保證電力系統(tǒng)的智能化和人性化特點(diǎn)。嵌入式智能傳感器應(yīng)用內(nèi)容包括：其一，選取合適的微處理器設(shè)計(jì)一個(gè)低成本、高效率、合理的框架，并對(duì)可擴(kuò)展性、可靠性方面做深入地研究；其二，分析智能傳感器各個(gè)硬件模塊，完成相關(guān)元器件的選取，設(shè)計(jì)整個(gè)硬件電路原理圖；其三，嵌入式Linux 內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)與調(diào)試；其四，完成智能傳感器與電力設(shè)備配套應(yīng)用的整體開(kāi)發(fā)。

智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)研制與推廣應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)“綜合接入、邊緣智能、多維感知、安全防護(hù)”功能，解決電力設(shè)備難于監(jiān)控管理等問(wèn)題是智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要目標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用中，電力設(shè)備智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集處理層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)分析層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層四個(gè)部分。首先完成智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)；加快數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，對(duì)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行離線與在線實(shí)時(shí)分析，滿足故障診斷分析、告警分析、預(yù)警分析需要；基于系統(tǒng)采集及分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用展示，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的有效控制。

3 電力設(shè)備智能綜合診斷及監(jiān)控技術(shù)市場(chǎng)前景

市場(chǎng)需求分析：大規(guī)模新能源接入和電網(wǎng)設(shè)備全面智能化是智能電網(wǎng)的主要特征，目前電力設(shè)備智能監(jiān)控和診斷在智能電網(wǎng)中有四大應(yīng)用領(lǐng)域及市場(chǎng)，即新建智能變電站、在運(yùn)變電站的智能化改造、傳統(tǒng)（非智能）變電站狀態(tài)檢測(cè)、發(fā)電領(lǐng)域以及其他工業(yè)領(lǐng)域均需要電力設(shè)備智能綜合診斷及監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)作為支撐。

應(yīng)用效益分析：相比于傳統(tǒng)的電力應(yīng)用模式，電力設(shè)備智能綜合診斷及監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)可以提高2%～10%設(shè)備利用率，延長(zhǎng)10%～15%使用壽命，節(jié)約25%～30%檢修費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益極為突出；同時(shí)其減少輸配電系統(tǒng)職工的發(fā)病率，減輕企業(yè)的醫(yī)療負(fù)擔(dān)，提升員工的生活質(zhì)量，社會(huì)效益顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)下的電力設(shè)備智能綜合診斷及監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)直接影響著用電效率與質(zhì)量，我國(guó)要全面推廣實(shí)施設(shè)備狀態(tài)檢修，全面提升設(shè)備智能化水平，推廣應(yīng)用智能設(shè)備和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全在線預(yù)警和設(shè)備智能化監(jiān)控，提升電力診斷及監(jiān)控質(zhì)量，促進(jìn)電力智能化的有序發(fā)展。