何才強

（云南大唐國際李仙江流域水電開發(fā)有限公司，云南 普洱 665000）

當前，對于中國電廠技術(shù)服務(wù)單位而言，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)完成電廠系統(tǒng)和設(shè)備遠程診斷服務(wù)，已經(jīng)成為其全新的業(yè)務(wù)發(fā)展方向。近些年來，選擇遠程診斷系統(tǒng)的大型集團和企業(yè)的數(shù)量越來越多，尤其是一些大型電廠。對于電廠的運行而言，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)能夠充分保障其運行的安全性，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)自身優(yōu)勢的有效發(fā)揮，能夠打破“信息孤島”現(xiàn)象，實現(xiàn)電廠內(nèi)部各機組運行數(shù)據(jù)實時獲取的目的。

1 大數(shù)據(jù)技術(shù)和遠程診斷概述

從遠程診斷的角度出發(fā)，大數(shù)據(jù)技術(shù)在其中的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為：①與預(yù)警模型系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)實現(xiàn)集成；②借助大數(shù)據(jù)技術(shù)的相關(guān)工具完成復(fù)雜程度較高的數(shù)據(jù)挖掘，從而實現(xiàn)知識的獲取；③與電廠現(xiàn)存的故障診斷應(yīng)用軟件進行深層次的融合；④對大數(shù)據(jù)技術(shù)的相關(guān)標準進行研制與開發(fā)；⑤大數(shù)據(jù)技術(shù)在電廠遠程檢測和診斷中的應(yīng)用還需要做到支持移動環(huán)境[1]?？傮w來看，在電廠機組和設(shè)備運行改良、狀態(tài)檢修、診斷故障和監(jiān)測狀態(tài)等多個方面，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)在其中的應(yīng)用具有較大程度的研究意義。

2 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的電廠遠程狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)

文章中所研究的以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的電廠遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其根本作用是監(jiān)測電廠設(shè)備和機組狀態(tài)、運行參數(shù)、分析數(shù)據(jù)、診斷故障、指導(dǎo)運行維修等，其監(jiān)測和診斷的對象為電廠中的各個主機、輔機系統(tǒng)，包括發(fā)電機、水輪機、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、水系統(tǒng)、油系統(tǒng)、氣系統(tǒng)、泄洪設(shè)施等。

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)在應(yīng)用期間的具體流程如圖1 所示。這一系統(tǒng)借助機組狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的搭建，并將數(shù)據(jù)融合技術(shù)進行了引入，能夠?qū)⒋髷?shù)據(jù)技術(shù)自身的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，進而實現(xiàn)打破“信息孤島”效應(yīng)的目的，對電廠中機組運行狀態(tài)的全過程進行及時且系統(tǒng)的監(jiān)測。不僅如此，該系統(tǒng)還能夠?qū)﹄姀S機組的故障進行詳細的分析和診斷，并對運行趨勢進行預(yù)測，進而為機組預(yù)知維修和狀態(tài)維修的實際進程提供更加有力的支持，這可以在很大程度上避免維修過?；虿蛔愕那闆r出現(xiàn)。

圖1 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)流程圖

整體來看，本文中所研究的基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成要素共包含4 個模塊，分別是監(jiān)測概貌、網(wǎng)絡(luò)通信、綜合報告以及系統(tǒng)管理[2]。

2.1 監(jiān)測概貌

總體而言，監(jiān)測概貌這一模塊的監(jiān)測對象主要有機組現(xiàn)存具體的機組數(shù)目、機組的實際運行狀況以及機組每一個部分的具體運行數(shù)據(jù)等多方面的信息。該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測每一個特點參數(shù)的準確化和實時化，不僅如此，該模塊中對每一個測點的報警上限與報警下限進行了設(shè)置，同時，借助棒圖監(jiān)測的模式，該模塊還能夠獲悉每一個機組測點是否處于正常運行狀態(tài)[3]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通信

在進行水電廠的遠程集控時，還需要借助網(wǎng)絡(luò)通信功能的植入，從而實現(xiàn)集控工作的實時化與有效化。在電力改革持續(xù)推進和電力市場建立的背景下，水電廠、集控中心、調(diào)度中心等多方主體之間交換數(shù)據(jù)的頻率越來越高，集控中心監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)突破了以往封閉的局面，轉(zhuǎn)而朝著較為開放的網(wǎng)絡(luò)通信模式發(fā)展。但是，在此期間，集控中心網(wǎng)絡(luò)可能會面臨一定的風險，為了減少這些風險因素的影響，就需要進行安全防護配置。具體而言，需要進行專用電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建立，該網(wǎng)絡(luò)與電力企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)這兩種類型的網(wǎng)絡(luò)需要呈現(xiàn)出彼此獨立的局面，實現(xiàn)物理隔離，如此一來，就可以在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的層面上形成相互邏輯隔離的實時子網(wǎng)和非實時子網(wǎng)，即網(wǎng)絡(luò)專用[4]。除此之外，為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的安全，真正發(fā)揮集控中心的作用，還應(yīng)當確保橫向隔離的實現(xiàn)。需要借助差異化強度的安全設(shè)備將不同的安全區(qū)進行隔離，特別是對于電力生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)這兩項內(nèi)容，要實現(xiàn)二者隔離的安全性和有效性。與此同時，還要完成外網(wǎng)公共數(shù)據(jù)區(qū)和內(nèi)網(wǎng)公共數(shù)據(jù)區(qū)的建立。另外，在縱向?qū)用嫔?，還要進行有效的認證，借助訪問控制、加密以及認證等措施或技術(shù)手段，對網(wǎng)絡(luò)通信期間涉及的所有數(shù)據(jù)進行有效的保護，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)縱向邊界的安全維護以及遠方安全傳輸，這可以為水電廠集控中心遠程控制使用網(wǎng)絡(luò)通信功能時的安全性和有效性提供保障[5]。

2.3 綜合報告

這一模塊中涉及多種功能，包括查詢歷史數(shù)據(jù)、報警預(yù)測以及對機組的實時報警等。對機組進行實時報警這項功能能夠?qū)崟r對機組當前運行狀態(tài)作出自適應(yīng)判斷，從而為維護電廠機組和設(shè)備的工作人員作出科學(xué)判斷創(chuàng)造更加便捷的條件。

2.4 系統(tǒng)管理

以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)所包含的系統(tǒng)管理模塊中牽扯到多種功能，例如專家自診斷功能、組態(tài)管理功能以及軸承管理功能等。立足于分析方法的角度，該模塊能夠以故障頻率分析方法作為依據(jù)，對故障頻率實際發(fā)生的位置進行清晰的判斷。除此之外，專家自診斷功能可以按照專家規(guī)則庫，判斷電廠中各機組存在的故障情況，并達到對機組當前運行狀況進行實時化獲取的目的。

3 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠程診斷系統(tǒng)在電廠中的實際應(yīng)用

從當前發(fā)展的實際情況來看，遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)在一些大型工廠核心設(shè)備和旋轉(zhuǎn)機組中有著較大規(guī)模的應(yīng)用。以發(fā)展階段的角度劃分，電廠機組和設(shè)備維護方法的演變能夠被細分為3 個階段，分別是事后維修、定期維修以及基于狀態(tài)維護[6]。起初，事后維修是最為常見的方式，隨著時代的不斷發(fā)展，定期維修成為主要的維護方式，發(fā)展到如今，基于狀態(tài)維護已經(jīng)成為應(yīng)用頻率最高的一種形式。在一些大規(guī)模電廠中，能夠?qū)C組運行狀況產(chǎn)生影響的故障多種多樣，其中大部分均可以被劃分到漸進性故障的范疇中，這些故障在日常的一般性檢查和點檢中難以被發(fā)現(xiàn)并解決，而借助遠程狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)故障發(fā)現(xiàn)的及時化[7]。

以某一流域內(nèi)集控運行的電廠作為研究對象，該流域所轄7 個水電廠均是其所在地區(qū)電網(wǎng)中的主力電廠，流域電廠內(nèi)共安裝有18 臺水力發(fā)電機組，單機容量在3 4 ～1 5 0 M W 之間，流域總裝機容量為150.3 MW，水輪發(fā)電機型號既有混流式，也有軸流轉(zhuǎn)槳式，在數(shù)年的觀測和總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，該流域的年均發(fā)電量能夠達到45 億kW 時，肩負著調(diào)頻、調(diào)峰以及事故備用的責任。當前，負責此流域運行方式如下：各電廠執(zhí)行“無人值班、應(yīng)急值守”運行方式，不承擔主控室職責，異地集控運行部負責遠程運行監(jiān)盤，其設(shè)置5 個運行值，每值配置1 個值長和3 個專責值班員，總?cè)藬?shù)20 人，按5 值3 倒方式運行，主要負責日常運行監(jiān)盤及設(shè)備運行分析、與電網(wǎng)各類業(yè)務(wù)聯(lián)系及操作命令執(zhí)行、10 kV 以上設(shè)備倒閘操作、閘門操作、各類數(shù)據(jù)匯總及對外對內(nèi)報送，人員少，工作量大。現(xiàn)階段，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的遠程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)在該流域遠程集控運行中已經(jīng)得到了有效的應(yīng)用，并在其內(nèi)部的所有機組、輔機設(shè)備中做到了監(jiān)測運行狀態(tài)和診斷故障的實時化，取得了相對良好的應(yīng)用效果。

系統(tǒng)在該流域集控運行中的應(yīng)用期間發(fā)揮的作用主要表現(xiàn)在以下幾點：①基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠程診斷系統(tǒng)能夠做到監(jiān)測并記錄18 臺發(fā)電機組油泵、頂蓋排水泵、滲漏排水泵、檢修排水泵、發(fā)電機等設(shè)備的啟停時間；②系統(tǒng)還可以深入分析機組狀態(tài)各類參數(shù)；③當機組運行期間出現(xiàn)參數(shù)偏離正常值范圍的現(xiàn)象時，遠程診斷系統(tǒng)還可以實現(xiàn)智能報警；④遠程診斷系統(tǒng)能夠?qū)α饔螂姀S各設(shè)備運行期間各部位的溫度變化發(fā)展趨勢進行統(tǒng)計分析；⑤系統(tǒng)還具備生成智慧報表的功能，能夠?qū)⑺樾畔⒎治?、電量統(tǒng)計等各類報表自動上報至系統(tǒng)中，方便集控運行值班人員開展工作。

具體來說，在流域集控運行中，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的遠程檢測與故障診斷系統(tǒng)能夠借助計算機設(shè)備中包含的各個功能模塊，實現(xiàn)對電廠內(nèi)部各個發(fā)電機組和各項設(shè)施的實時監(jiān)測與故障診斷，借助對監(jiān)測點的合理布設(shè)能夠?qū)Πl(fā)電機組、頂蓋排水泵、滲漏排水泵、檢修排水泵、發(fā)電機等設(shè)備做到系統(tǒng)化、全面化的監(jiān)測，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)振動狀況和支撐部件的損傷情況進行診斷。以發(fā)電機設(shè)備為例，該系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)電機設(shè)備的電氣量進行測量，實現(xiàn)這一目的主要依賴于系統(tǒng)中所包含的發(fā)電機電氣量信號采集與預(yù)處理系統(tǒng)，同時，該系統(tǒng)還能夠連續(xù)監(jiān)測發(fā)電機設(shè)備定子繞組、軸承的溫度變化情況，借助這種方式實現(xiàn)故障和隱患發(fā)現(xiàn)的及時化，以便在短時間內(nèi)進行有效的處理。除此之外，在該流域集控運行中，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠程診斷系統(tǒng)在實現(xiàn)對系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)進行監(jiān)測的過程中，使用到的分支系統(tǒng)主要包括機組流量監(jiān)測系統(tǒng)、主變在線監(jiān)測系統(tǒng)、機組輔機監(jiān)測裝置以及發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)等。

4 結(jié)束語

綜上所述，以大數(shù)據(jù)技術(shù)作為基礎(chǔ)的遠程檢測與故障診斷系統(tǒng)在流域集控運行中能夠發(fā)揮重要的作用，一方面，流域電廠內(nèi)部各個機組管理的科學(xué)性和管理水平均能夠得到大幅度提升，另一方面，流域電廠中的設(shè)備和機組在運行期間的安全性也可以得到更加堅實的保障。依托于現(xiàn)如今先進的傳感器技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計算機技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)流域電廠內(nèi)部各個機組和設(shè)備運行數(shù)據(jù)的實時獲取，進而避免“信息孤島”情況的產(chǎn)生。此外，這一遠程診斷系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測流域電廠機組和診斷其故障的實時化，具備很大的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景。