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作者：南京科遠(yuǎn)自動(dòng)化集團(tuán)股份有限公司 陳亞明

1　引言

工業(yè)企業(yè)已進(jìn)入了“大數(shù)據(jù)”時(shí)代，企業(yè)所管理數(shù)據(jù)的規(guī)模、種類和復(fù)雜程度都在以前所未有的速度爆炸式增長(zhǎng)。大數(shù)據(jù)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的命脈，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展，以及數(shù)據(jù)的全面感知、收集、分析、共享，為企業(yè)管理者和參與者呈現(xiàn)出看待電力行業(yè)價(jià)值鏈的全新視角。

南京科遠(yuǎn)自動(dòng)化集團(tuán)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱科遠(yuǎn)股份）作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)、產(chǎn)品與解決方案供應(yīng)商，擁有NT6000分散控制系統(tǒng)、SyncBASE大型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等眾多核心產(chǎn)品和技術(shù)，并建立了基于大數(shù)據(jù)分析的“智能工業(yè)云平臺(tái)系統(tǒng)”，使科遠(yuǎn)股份有能力為大數(shù)據(jù)挖掘提供具體應(yīng)用。

基于上述背景和條件，“基于工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的電站運(yùn)行優(yōu)化與三維可視化故障診斷系統(tǒng)”應(yīng)運(yùn)而生，并獲選2017年江蘇大數(shù)據(jù)應(yīng)用示范項(xiàng)目。

2　系統(tǒng)簡(jiǎn)介

“基于工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的電站運(yùn)行優(yōu)化與三維可視化故障診斷系統(tǒng)”以三維可視化作為展現(xiàn)基礎(chǔ)、大數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)支持、人工智能算法作為核心。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的整理與分析，將有價(jià)值的數(shù)據(jù)和信息提供給操作人員，使所獲得的海量數(shù)據(jù)和信息的價(jià)值得到有效和及時(shí)的利用。基于海量的歷史數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱藏的運(yùn)行規(guī)律、故障征兆等，實(shí)現(xiàn)事故的提前預(yù)警和故障的推理診斷。其由設(shè)備故障診斷、智能預(yù)警和優(yōu)化運(yùn)行等多個(gè)模塊組成。

2.1　設(shè)備故障診斷

設(shè)備運(yùn)行中，不可避免會(huì)出現(xiàn)各種故障。一旦出現(xiàn)故障，能否快速進(jìn)行診斷并消除，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)非常重要。傳統(tǒng)故障診斷多采用事后分析模式，不能實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)、預(yù)警等“事先調(diào)整與預(yù)防”。

從故障產(chǎn)生的過(guò)程和機(jī)理看，任何故障的發(fā)生都是一個(gè)漸變的過(guò)程，演變過(guò)程中往往會(huì)伴隨有一些重要特征的變化。只要使用有效的監(jiān)測(cè)手段及時(shí)捕捉到這些征兆，并利用最新的人工智能等技術(shù)將人類長(zhǎng)期處理這些故障積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)、分析和提煉，即可逐步掌握各類事故發(fā)生的內(nèi)在規(guī)律，做到準(zhǔn)確預(yù)報(bào)事故，爭(zhēng)取將事故消滅在萌芽狀態(tài)。

故障診斷技術(shù)可通過(guò)先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷手段，識(shí)別設(shè)備及部件故障的早期征兆，對(duì)故障部位、故障程度和劣化趨勢(shì)做出診斷與預(yù)警，指導(dǎo)運(yùn)行操作人員對(duì)事故早期報(bào)警做出迅速有效的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了潛在故障的事前處理，變被動(dòng)事后處理為事前主動(dòng)預(yù)防。

以往故障的發(fā)生和處理，大多是運(yùn)行人員依照運(yùn)行規(guī)程和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行判斷、推理和處理，它難以用精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，很難通過(guò)傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法求解得以解決。故障診斷系統(tǒng)改用專家系統(tǒng)，內(nèi)置故障診斷知識(shí)庫(kù)，可根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)和設(shè)備故障模型對(duì)設(shè)備故障機(jī)制進(jìn)行分析，自動(dòng)診斷設(shè)備的故障成因并給出檢修指導(dǎo)。同時(shí)知識(shí)庫(kù)具有自學(xué)習(xí)功能，可將診斷過(guò)程記錄或診斷案例轉(zhuǎn)換為知識(shí)存儲(chǔ)到知識(shí)庫(kù)中。

設(shè)備診斷范圍囊括電站主要主輔機(jī)設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)、鍋爐四管系統(tǒng)等。

風(fēng)機(jī)性能在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)

四管防磨防爆系統(tǒng)

汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)

2.2　智能預(yù)警系統(tǒng)

目前，我國(guó)大型發(fā)電機(jī)組普遍采用DCS系統(tǒng)，但大多采用定值報(bào)警。在發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)也會(huì)存不少報(bào)警信息，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)更是形成大量報(bào)警，往往出現(xiàn)無(wú)效報(bào)警淹飾有效報(bào)警的現(xiàn)象，啟停過(guò)程中尤為突出。這反而將機(jī)組運(yùn)行人員帶入了一個(gè)“數(shù)據(jù)泛濫，報(bào)警成災(zāi)”的困境，使得操作人員無(wú)所適從。大量的數(shù)據(jù)不加以整理和分析，不能稱之為信息，更不能為我們所用。

智能預(yù)警系統(tǒng)以電廠一個(gè)大修周期的數(shù)據(jù)作為大數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)源，擬合出針對(duì)不同煤質(zhì)、不同負(fù)荷狀況下機(jī)組正常運(yùn)行參數(shù)范圍，并據(jù)此整定出運(yùn)行參數(shù)的動(dòng)態(tài)報(bào)警閾值，對(duì)應(yīng)提示越限后果。以系統(tǒng)、設(shè)備、參數(shù)為主線，按重要程度進(jìn)行分級(jí)分類，對(duì)過(guò)程報(bào)警進(jìn)行整合，形成精確報(bào)警，避免誤報(bào)。同時(shí)，提供越限預(yù)警、故障主因診斷、輔機(jī)設(shè)備及部件劣化趨勢(shì)等報(bào)警提示信息，減少運(yùn)行人員誤判，為運(yùn)行人員贏得故障處理時(shí)間，提高機(jī)組運(yùn)行水平。

智能預(yù)警系統(tǒng)在傳統(tǒng)報(bào)警的基礎(chǔ)上，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析的方法，可消除滿屏皆報(bào)的是混亂報(bào)警顯示局面，報(bào)警屏上的報(bào)警更簡(jiǎn)潔清楚，便于運(yùn)行人員確認(rèn)處理，不誤報(bào)，不拒報(bào)。

2.3　基于大數(shù)據(jù)分析的運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)

基于大數(shù)據(jù)分析的運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)以效益優(yōu)先為指導(dǎo)思想，在系統(tǒng)的每個(gè)優(yōu)化模塊中均以降低發(fā)電企業(yè)的發(fā)電成本為目標(biāo)，通過(guò)各種有效途徑為發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗。該模塊包含了機(jī)組離在線性能試驗(yàn)系統(tǒng)、性能計(jì)算及耗差分析系統(tǒng)、以及設(shè)備與運(yùn)行優(yōu)化等幾個(gè)方面。

機(jī)組離在線性能試驗(yàn)系統(tǒng)可以完成對(duì)機(jī)組數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和記錄，并可以立即進(jìn)行熱力計(jì)算，自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告；可以隨時(shí)提取歷史上任意時(shí)段的數(shù)據(jù)進(jìn)行離線試驗(yàn)；可以使得電廠經(jīng)常進(jìn)行性能試驗(yàn)，從而實(shí)時(shí)了解機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性變化情況，節(jié)省進(jìn)行常規(guī)性能試驗(yàn)的大部分費(fèi)用，降低電廠經(jīng)營(yíng)成本。

性能計(jì)算及耗差分析系統(tǒng)，利用從DCS等過(guò)程控制系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)，通過(guò)基于國(guó)家和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算模型，計(jì)算出各個(gè)設(shè)備、單臺(tái)機(jī)組和整個(gè)電廠的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，以實(shí)時(shí)畫(huà)面、報(bào)表、歷史曲線等多種方式展示給用戶，并在全工況數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上通過(guò)多種指標(biāo)的耗差來(lái)指導(dǎo)用戶采取最經(jīng)濟(jì)措施進(jìn)行電能生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

設(shè)備與運(yùn)行優(yōu)化內(nèi)容包括：氧量?jī)?yōu)化，循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化，調(diào)峰優(yōu)化，煤粉細(xì)度優(yōu)化，優(yōu)化負(fù)荷分配，吹灰優(yōu)化、和汽輪機(jī)冷端優(yōu)化系統(tǒng)等，通過(guò)采集到的機(jī)組數(shù)據(jù)和設(shè)備本身性能計(jì)算相結(jié)合，得到各個(gè)設(shè)備的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，使電廠總體在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。

3　系統(tǒng)應(yīng)用

《基于工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的電站運(yùn)行優(yōu)化與三維可視化故障診斷系統(tǒng)》已在多個(gè)項(xiàng)目投入應(yīng)用，其首個(gè)實(shí)施項(xiàng)目位于南京市棲霞區(qū)龍?zhí)督值礼R渡村的大唐南京發(fā)電廠，總投資額為2000萬(wàn)元，其中硬件設(shè)備投入1100萬(wàn)元，大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、挖掘以及事故預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)等軟件開(kāi)發(fā)費(fèi)用900萬(wàn)元。大唐南京發(fā)電廠#1、2機(jī)組在工業(yè)生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)一方面支撐本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)與研究，另一方面也共享給相關(guān)主要設(shè)備，如鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等生產(chǎn)主設(shè)備廠家用于分析、診斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，此外也共享給相關(guān)電力科學(xué)研究院等發(fā)電行業(yè)研究機(jī)構(gòu)用于運(yùn)行優(yōu)化、調(diào)節(jié)的分析、研究工作。

通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施，成功地建立了基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的設(shè)備遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化與事故預(yù)報(bào)系統(tǒng)的上線，該項(xiàng)目的實(shí)施在新一輪電力改革政策以及能源互聯(lián)網(wǎng)、智慧能源等技術(shù)政策引導(dǎo)的大背景下，在節(jié)能減排政策的要求和發(fā)電集團(tuán)集約化、高效管理的需求驅(qū)動(dòng)下，基于集中管控、智慧決策、智能控制、傻瓜式運(yùn)行的自動(dòng)化模式將成為現(xiàn)實(shí)，智慧型發(fā)電廠成為新的發(fā)展方向。

4　效益分析

基于工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的電站運(yùn)行優(yōu)化與三維可視化故障診斷系統(tǒng)符合信息時(shí)代企業(yè)盈利的公式和法則：把信息變成知識(shí)，把知識(shí)變成決策，把決策變成利潤(rùn)。因此對(duì)于我國(guó)21世紀(jì)大型燃煤電廠，應(yīng)積極采用先進(jìn)的優(yōu)化控制和管理軟件，其意義主要為：

（1）促進(jìn)觀念轉(zhuǎn)變。火電廠優(yōu)化控制和管理軟件全部以成本核算、經(jīng)濟(jì)管理為核心，將原來(lái)不可控或不清楚的能量損失全部量化，幫助進(jìn)行分析、查找故障，提出節(jié)能降耗的優(yōu)化措施，強(qiáng)化運(yùn)行和管理人員的經(jīng)濟(jì)管理意識(shí)，促進(jìn)觀念轉(zhuǎn)變。

（2）提供有力工具。優(yōu)化軟件提供了多種供生產(chǎn)管理人員分析、管理生產(chǎn)過(guò)程的手段和工具，而不僅限于給出計(jì)算結(jié)果。

（3）是MIS和ERP的基礎(chǔ)，并能最大限度地發(fā)揮DCS作用。

（4）提高專家資源利用率。專家可在短期內(nèi)同時(shí)處理多個(gè)電廠的性能/故障分析，對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)電廠的重大事故分析具有典型意義。

本系統(tǒng)采用“大數(shù)據(jù)”戰(zhàn)略計(jì)劃理念，將先進(jìn)的信息技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)電產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，通過(guò)信息化技術(shù)手段改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理模式，減少經(jīng)營(yíng)管理成本、增強(qiáng)企業(yè)管理水平；縮短維修時(shí)間、延長(zhǎng)檢修周期；提高能效、提高電廠產(chǎn)能、降低生產(chǎn)成本；提高系統(tǒng)可靠性、減少起動(dòng)失敗次數(shù)。是采用技術(shù)手段促進(jìn)發(fā)電效率提升的示范作用，成為能源行業(yè)、電力系統(tǒng)的一個(gè)創(chuàng)新亮點(diǎn)，對(duì)于“大數(shù)據(jù)”應(yīng)用在傳統(tǒng)行業(yè)的推廣與應(yīng)用將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的推動(dòng)作用。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年3月刊