金九九，張立臣，李鑒峰，莫子孟

（國(guó)家能源集團(tuán)樂(lè)東發(fā)電有限公司，海南 樂(lè)東 572500）

電廠SIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)全廠生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與處理，包含大量的設(shè)備實(shí)時(shí)性能數(shù)據(jù)，主要用于反映設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性狀況。根據(jù)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)參數(shù)，如溫度、壓力、流量等參數(shù)間的相關(guān)性，采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法建立設(shè)備運(yùn)行參數(shù)間交叉擬合模型或者正常行為模型。利用SIS系統(tǒng)海量的設(shè)備歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)模型能夠挖掘各參數(shù)間的相關(guān)性，從而能夠構(gòu)建設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的預(yù)警模型。

1 參數(shù)的獲取

參數(shù)監(jiān)督是本系統(tǒng)的核心，其中的數(shù)據(jù)源包含SIS數(shù)據(jù)，點(diǎn)檢數(shù)據(jù)以及其他在線或離線的數(shù)據(jù)。參數(shù)是系統(tǒng)的核心內(nèi)容，而根據(jù)參數(shù)的實(shí)時(shí)性系統(tǒng)將參數(shù)分為在線參數(shù)和離線參數(shù)。SIS參數(shù)作為在線參數(shù)的代表，系統(tǒng)會(huì)對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)讀?。ㄗx取頻率自定義），并顯示于系統(tǒng)需要顯示的頁(yè)面，但不會(huì)對(duì)其進(jìn)行存檔，當(dāng)需要調(diào)用某時(shí)間段所有參數(shù)進(jìn)行分析時(shí)再根據(jù)接口情況讀取該段參數(shù)進(jìn)行分析。離線參數(shù)相對(duì)于在線參數(shù)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)量一般較少，而且需要人工錄入，因此系統(tǒng)會(huì)保留離線參數(shù)的每一次錄入，確保歷史痕跡。其中試驗(yàn)參數(shù)（與試驗(yàn)管理相關(guān)）為代表，被分派的試驗(yàn)人員需要按照試驗(yàn)的結(jié)果填寫(xiě)試驗(yàn)參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)做出一定的統(tǒng)計(jì)工作并合成到月報(bào)中。復(fù)合參數(shù)是通過(guò)其他參數(shù)（在線參數(shù)或離線參數(shù)）通過(guò)簡(jiǎn)單的運(yùn)算或統(tǒng)計(jì)獲取，系統(tǒng)中不保留其參數(shù)歷史值，當(dāng)需要展示的時(shí)候再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)運(yùn)算。

2 在線參數(shù)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)建設(shè)

2.1 整體建設(shè)方案

綜合設(shè)備海量的在線監(jiān)測(cè)參數(shù)，建立參數(shù)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，完善設(shè)備在線監(jiān)測(cè)參數(shù)預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)備早期異常預(yù)警。在設(shè)備參數(shù)預(yù)警模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)時(shí)對(duì)比設(shè)備目標(biāo)參數(shù)的真實(shí)值與預(yù)測(cè)值的殘差，如果殘差過(guò)大，則很有可能該參數(shù)異常，設(shè)備運(yùn)行存在缺陷。該方式參數(shù)預(yù)警方式比傳統(tǒng)固定閾值的報(bào)警方式靈活且及時(shí)，如下圖所示，已訓(xùn)練的參數(shù)預(yù)警模型會(huì)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)出設(shè)備各參數(shù)的合理范圍，當(dāng)目標(biāo)參數(shù)實(shí)際值超出合理預(yù)測(cè)范圍表示該參數(shù)可能異常。進(jìn)一步根據(jù)設(shè)備早期異常征兆，結(jié)合故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備早期故障智能診斷。參數(shù)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)工作流程以及參數(shù)預(yù)警模型見(jiàn)圖1示意。

圖1 參數(shù)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)工作流程

2.2 設(shè)備參數(shù)動(dòng)態(tài)閾值管理

本系統(tǒng)將建立設(shè)備故障預(yù)警及故障診斷，需對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)監(jiān)督，獲得動(dòng)態(tài)閾值并最終完成參數(shù)告警分析。參數(shù)預(yù)警模型圖如圖2。

圖2 參數(shù)預(yù)警模型

2.2.1 傳統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)測(cè)弊端

（1）大多數(shù)傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)都是孤立地看待一個(gè)測(cè)點(diǎn)；（2）對(duì)于每個(gè)測(cè)點(diǎn)使用報(bào)警上下限，這個(gè)上下限是一個(gè)固定值，一個(gè)界限用于所有工況；（3）傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)主動(dòng)、早期識(shí)別故障的能力非常有限：設(shè)得太窄，誤報(bào)率高；設(shè)得太寬，漏報(bào)率高，或者報(bào)得很遲，往往已經(jīng)來(lái)不及處理。

2.2.2 動(dòng)態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)

基于過(guò)去的運(yùn)行特點(diǎn)，依據(jù)多種變量之間的相關(guān)關(guān)系，利用不同的數(shù)學(xué)方法及大數(shù)據(jù)處理手段，對(duì)使用設(shè)備自己的歷史數(shù)據(jù)建模。得到動(dòng)態(tài)參數(shù)的產(chǎn)生估值，根據(jù)實(shí)際值與估值之差得到統(tǒng)計(jì)學(xué)的測(cè)試結(jié)果。對(duì)比偏差的顯著性和持續(xù)性，獲得報(bào)警策略：（1）偏差明顯較歷史工況較大，雖然運(yùn)行參數(shù)未達(dá)到原始的報(bào)警預(yù)警，但仍給出“告警”；（2）偏差持續(xù)性明顯，即參數(shù)持續(xù)走高或走低，且維持時(shí)間長(zhǎng)，并未出現(xiàn)歷史情況的一定范圍波動(dòng)情況，則認(rèn)為參數(shù)進(jìn)入“故障”的早期階段，提前給出“告警”。

3 參數(shù)監(jiān)測(cè)與告警的實(shí)現(xiàn)

參數(shù)監(jiān)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及歷史查詢(xún)?？筛鶕?jù)設(shè)備組成將其運(yùn)行參數(shù)分為幾部分建立參數(shù)預(yù)測(cè)模型，以引風(fēng)機(jī)為例，將其分為漿液循環(huán)泵電機(jī)和漿液循環(huán)泵機(jī)械。參數(shù)預(yù)測(cè)模型采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法建立，后臺(tái)參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊根據(jù)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算出相應(yīng)參數(shù)預(yù)測(cè)值，界面將實(shí)時(shí)展示運(yùn)行參數(shù)變化趨勢(shì)，包括測(cè)量值、實(shí)際值、偏差值及偏差值上下限，如圖3所示。界面展示內(nèi)容來(lái)源于實(shí)時(shí)/歷史運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)表。

圖3 參數(shù)監(jiān)測(cè)功能示意圖

3.1 參數(shù)告警設(shè)置

參數(shù)告警分為規(guī)則告警和模型告警，其中規(guī)則告警是根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行規(guī)程對(duì)運(yùn)行參數(shù)實(shí)際值設(shè)置固定的報(bào)警值，模型告警是根據(jù)實(shí)際值和預(yù)測(cè)值的偏差限制，該偏差限值可以是預(yù)測(cè)模型默認(rèn)值也可是用戶(hù)自行設(shè)置。

參數(shù)告警首頁(yè)會(huì)依據(jù)時(shí)間（默認(rèn)）或者用戶(hù)自行篩選（告警級(jí)別、系統(tǒng)、參數(shù)名等），以列表形式展現(xiàn)，如圖4、圖5所示。其中，一段時(shí)間內(nèi)，同一告警不重復(fù)顯示，當(dāng)設(shè)備管理人員處理后，重置。界面展示內(nèi)容來(lái)源于告警信息記錄表。選擇某一條告警信息進(jìn)行操作，顯示告警信息的詳細(xì)內(nèi)容。通過(guò)點(diǎn)擊右上角“進(jìn)入模型監(jiān)測(cè)”可以回到參數(shù)監(jiān)測(cè)界面。界面展示內(nèi)容來(lái)源于告警信息記錄表、設(shè)備配置表、實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)表等關(guān)系表。

圖5 參數(shù)規(guī)則告警示意圖

3.2 參數(shù)告警分析

表征狀態(tài)的參數(shù)中，很多都是具有上限值或下限值，而基于設(shè)備安全等因素來(lái)考慮，參數(shù)是不應(yīng)該越過(guò)這些限值，當(dāng)越過(guò)限值時(shí)應(yīng)該讓運(yùn)行技術(shù)人員得知并做相應(yīng)操作來(lái)避免更嚴(yán)重的事故。系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)實(shí)時(shí)報(bào)警功能，實(shí)時(shí)檢測(cè)參數(shù)的動(dòng)態(tài)，結(jié)合參數(shù)案例庫(kù)，當(dāng)參數(shù)偏離案例庫(kù)中相同工況下的值較大時(shí)（但并未達(dá)到廠家要求的報(bào)警值），發(fā)出預(yù)警，讓運(yùn)行人員及時(shí)處理，使得事故處理在萌芽狀態(tài)。另外還需要對(duì)參數(shù)的趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)，使得運(yùn)行人員提前做好防范工作。可利用多種回歸模型，選擇目標(biāo)參數(shù)，輸入?yún)?shù)，回歸模型，以及設(shè)置模型當(dāng)中的對(duì)應(yīng)參數(shù)，對(duì)目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警時(shí)間后，當(dāng)預(yù)測(cè)值超過(guò)限值時(shí)即發(fā)出報(bào)警，過(guò)程如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。參數(shù)告警分析示意圖如圖6。

圖6 參數(shù)告警分析示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模型采用機(jī)器學(xué)習(xí)/AI方法建立，后臺(tái)參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊根據(jù)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算出相應(yīng)參數(shù)擬合值，界面將實(shí)時(shí)展示運(yùn)行參數(shù)變化趨勢(shì)，包括測(cè)量值、實(shí)際值、偏差值及偏差值上下限。本系統(tǒng)對(duì)于已知的設(shè)備邏輯關(guān)系、參數(shù)邏輯關(guān)系，可以通過(guò)參數(shù)量化的方式進(jìn)行組合告警監(jiān)測(cè)，使用“與”“或”等關(guān)系將參數(shù)之間的關(guān)系組合在一起，并對(duì)組合中各參數(shù)的閾值進(jìn)行限制，從而達(dá)到多參數(shù)組合監(jiān)測(cè)功能。本系統(tǒng)建立模型告警和多參數(shù)組合告警模型，對(duì)不同參數(shù)類(lèi)型，形成有效的告警分析。通過(guò)本火電廠在線參數(shù)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)上述功能，為電力企業(yè)的設(shè)備及機(jī)組安全生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)起到重要作用。