《火電廠電氣設備智能運維技術研究與示范應用》技術方案

1、中國華電集團公司科技項目技術方案 課題名稱：火電廠電氣設備智能運維技術研究與示范應用申請單位：華電青島發(fā)電有限公司 江蘇國電南自海吉科技有限公司起止時間：2016年1月 至2017年12月課題組長：蘇振勇手 機定電話請日期：2015年 11 月 23 日 24 一、項目預期達到的主要技術指標1.1 當前火電廠電氣設備運維管理存在的問題包括：1）普遍采用定期檢修，造成檢修費用及資源的浪費；2）運行數(shù)據(jù)、臺賬數(shù)據(jù)、人力資源、設備缺陷、缺陷處理狀態(tài)等信息相對獨立，運維調度復雜，需要大量運維人員； 3）設備缺陷發(fā)現(xiàn)到處理主要依賴人的管理，效率較低

2、；4）狀態(tài)信息實時監(jiān)測較少，缺乏對健康狀況長期趨勢分析。另外，現(xiàn)有故障診斷依據(jù)單一，故障發(fā)現(xiàn)和處理異常時，更多依靠于運行人員經驗判斷，缺乏更強的技術支撐。通過本課題，構建火電廠電氣設備智能運維框架。智能運維要求在運行、檢修等環(huán)節(jié)的控制和判斷上具有高度的主動性、安全性和可靠性，實現(xiàn)“分析過去，掌控現(xiàn)在，預測未來”功能?！胺治鲞^去”指通過數(shù)據(jù)積累和現(xiàn)場經驗，梳理和總結運行規(guī)律；“掌控現(xiàn)在”指通過對現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的感知，及時調整設備運維方式，保證安全經濟運行；“預測未來”指通過趨勢分析，對還未出現(xiàn)的故障提前做出預防和應對措施。 1.2 構建的火電廠電氣設備智能運維系統(tǒng)主要功能包括：1）實時監(jiān)測發(fā)電機、

3、變壓器、高壓電機、中高壓開關設備、高壓電纜等重要電氣設備的實時運行狀態(tài)，并對獲取數(shù)據(jù)進行分析、診斷；2）實現(xiàn)設備運行操作的智能化，運行報警智能分析處理,運行操作安全有效監(jiān)控；3）實現(xiàn)設備維護、檢修的智能化，針對故障處理給出流程化指導建議和檢修操作有效監(jiān)管；1.3 本項目主要技術指標包括：1)針對火電廠發(fā)電機、變壓器、高壓電機、中高壓開關設備、高壓電纜等重要電氣設備的全景狀態(tài)信息特點，研究智能傳感器、傳感器網絡、智能電子裝置、非接觸檢測等關鍵技術，研制出一系列智能監(jiān)測裝置；2)建立了基于物聯(lián)網技術的智能運維體系架構，應用無線或有線傳感網絡技術實現(xiàn)各傳感信息的共享，采用標準協(xié)議實現(xiàn)不同廠家監(jiān)測設備

4、的無縫接入；3)基于火電廠電氣設備狀態(tài)信息研究狀態(tài)評估、風險評估、預測預警、智能診斷，形成逐項功能模塊；4) 監(jiān)測裝置具體技術指標：設備預警準確率 90%設備故障識別率 90%平均無故障工作時間（MTBF） 3000小時現(xiàn)場數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸延時 2秒 智能運維系統(tǒng)具體技術指標：從數(shù)據(jù)采集到系統(tǒng)顯示 3秒子設備全部掃描一次 6秒控制命令下發(fā) 3秒畫面調入 3秒數(shù)據(jù)刷新 3秒系統(tǒng)可用率 99%平均無故障工作時間（MTBF） 3000小時歷史數(shù)據(jù)保存 3年實時數(shù)據(jù)容量 遙測 8192，遙信 327681.4 研究成果包括：完成一份火電廠電氣設備智能運維系統(tǒng)的課題技術研究報告；編寫智能火電廠發(fā)電電氣設備狀

5、態(tài)監(jiān)測技術導則和火電廠電氣設備智能運維規(guī)程兩項標準；建設基于青島發(fā)電公司的火電廠電氣設備智能運維系統(tǒng)改造示范工程一項；總結基于青島發(fā)電公司的火電廠電氣設備智能運維系統(tǒng)建設模式和實施路徑，形成集團公司火電廠電氣設備智能運維改造的指導性意見；發(fā)表學術論文2篇，申請專利4項，培養(yǎng)專業(yè)技術人才。二、項目的技術路線和具體研究內容（一）技術路線 通過理論研究、產品研發(fā)、現(xiàn)場示范應用的方式進行研究，采用大型數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)分析理論、移動互聯(lián)網、神經網絡、小波分析等符合火電廠實際應用的理論體系和計算方法，構建火電廠電氣設備智能運維系統(tǒng)?；痣姀S電氣設備智能運維系統(tǒng)采用集中部署、分布應用的方式，按照分步實施、逐步完

6、善的原則進行建設，整個系統(tǒng)建設分為三個階段：第一階段，2016年12月實現(xiàn)智能運維系統(tǒng)支撐的硬件改造實施。該階段的主要工作包括智能化運維系統(tǒng)平臺的軟硬件環(huán)境建設、青島發(fā)電公司監(jiān)控屏建設、現(xiàn)場設備測點加裝、數(shù)據(jù)接口開發(fā)、設備編碼、測點編碼、基礎平臺開發(fā)和部署等。監(jiān)測的數(shù)據(jù)包括實時數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)、精密診斷和精密點檢數(shù)據(jù)、電氣在線監(jiān)測數(shù)據(jù)等；第二階段，2017年12月完成智能運維系統(tǒng)技術研究及功能開發(fā)及示范應用。在第一階段的基礎上借助大型數(shù)據(jù)庫、工業(yè)以太網、移動互聯(lián)網等技術將檢修的各個環(huán)節(jié)有效整合，實現(xiàn)本項目的關鍵技術和創(chuàng)新點，達到智能檢修目的；第三階段，2018年逐步實現(xiàn)智能化運維系統(tǒng)推廣應用。持

7、續(xù)完善智能運維系統(tǒng)和火電廠設備診斷知識庫，并在集團其它火力廠逐步推廣應用。（2） 具體研究內容2.1電氣設備智能運維功能框架圖1 火電廠電氣設備智能運維系統(tǒng)功能架構框圖 圖2 火電廠電氣設備智能運維系統(tǒng)功能模塊系統(tǒng)特點包括： 1）自動化：實現(xiàn)自動檢測、自動診斷、自動處理。對設備狀態(tài)進行動態(tài)跟蹤，異常缺陷自動發(fā)現(xiàn)并生成檢修工單，采用自動化技術簡化傳統(tǒng)復雜繁瑣的檢修工作； 2）流程化：對人員與設備參與的整個過程實現(xiàn)流程化管理，每個環(huán)節(jié)實現(xiàn)監(jiān)管，提高處理的效率和質量；對于可類型化電氣故障采用流程化的處理方式，運行檢修人員按照流程建議對故障進行處理； 3）信息化：建設設備信息庫、人力庫、知識庫，提高運

8、行檢修的便利性； 4）移動化：采用移動互聯(lián)網技術，異常與缺陷可第一時間發(fā)送至責任人，通過移動互聯(lián)使任務的管理更加便利，更加高效。本系統(tǒng)主要借助于大型數(shù)據(jù)庫技術、工業(yè)以太網技術、移動互聯(lián)網技術將檢修的各個環(huán)節(jié)進行有效整合，實現(xiàn)智能檢修。2.2 智能運維系統(tǒng)支撐基礎庫關鍵技術研究 建設實現(xiàn)對設備信息庫、知識庫，任務庫，缺陷庫、人力庫的訪問； 1）設備信息庫實現(xiàn)設備的廠商信息、參數(shù)信息、說明信息、缺陷信息、健康狀態(tài)信息、檢修信息、在線與離線檢測報告的綜合查詢與寫入； 2）知識庫實現(xiàn)按物理間隔查詢圖紙、電力標準與規(guī)范、常見故障處理方法； 3）人力庫實現(xiàn)按組織結構查詢人力目前在職狀態(tài)、人力所在任務狀態(tài)、

9、人力特長等信息； 4）缺陷庫實現(xiàn)缺陷的創(chuàng)建和缺陷狀態(tài)、缺陷處理情況的跟蹤管理。5）任務庫實現(xiàn)任務的創(chuàng)建和分派以及任務狀態(tài)、任務處理、任務考核的管理。華電國際財務及資產管理系統(tǒng)（簡稱FAM）是華電國際2004年集中部署的ERP業(yè)務系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括財務管理、生產管理、物資管理、合同管理、燃料管理等功能模塊，是生產經營管理的核心應用系統(tǒng)。2013年啟動了FAM系統(tǒng)升級項目，實現(xiàn)與集團公司ERP功能一致，全面滿足與集團公司ERP集成要求；圖3 華電國際信息化系統(tǒng)功能框圖FAM系統(tǒng)涵蓋了智能運維系統(tǒng)支撐基礎庫，智能運維系統(tǒng)與FAM系統(tǒng)之間訪問可通過以下三種方式：1）文本方式，包括txt、xml等格式；2

10、) 通信方式，可采用modbus、103、104、IEC61850、OPC等通信規(guī)范；3）通過共享數(shù)據(jù)庫或中間數(shù)據(jù)庫形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。2.3 電氣設備狀態(tài)檢測與診斷關鍵技術研究2.3.1狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)總體框架結構 圖4 火電廠電氣設備狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)框架圖 研究火電廠電氣設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)框架結構及組成，以及具體實現(xiàn)的技術方案，該系統(tǒng)最主要的特點是電廠、一次設備廠商、省公司管理層、集團管理層用戶均可通過訪問云平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，實現(xiàn)對診斷的全周期流程管理。另外，該系統(tǒng)還可有效整合DCS、ECS、NCS系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對設備狀態(tài)的綜合全面監(jiān)測，對設備的分析更加全面，對設備狀態(tài)的

11、判斷更加準確。擬采用的系統(tǒng)主要分為三層，為別為現(xiàn)場設備層、系統(tǒng)分析層、遠程診斷層，三層之間采用現(xiàn)場總線、局部以太網、遠程以太網絡聯(lián)結?，F(xiàn)場設備層主要實現(xiàn)信號的變送、數(shù)據(jù)預處理、初步診斷三個功能，本層既是數(shù)據(jù)的提供者，又采用時域分析、頻域分析、相關性分析、統(tǒng)計分析等手段進行數(shù)據(jù)的初步整理與判斷。系統(tǒng)分析層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析功能。不同種類的設備采用不同的模型與分析流程處理，采用實時分析與觸發(fā)分析相結合的方式進行狀態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)出告警并給出檢修建議。遠程診斷層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與大數(shù)據(jù)挖掘兩大功能。電廠核心設備數(shù)據(jù)上傳至該系統(tǒng)，系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)挖掘技術對所有數(shù)據(jù)進行分類、聚類、相關性、

12、時序等分析，不同的用戶擁有不同的權限訪問數(shù)據(jù)。電廠用戶可將重要的設備問題提交該系統(tǒng)，系統(tǒng)對問題進行流程化管理并提供設備狀態(tài)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)還可對共性的問題進行總結，指導修訂運維檢修的規(guī)則規(guī)程。2.3.2 非接觸式監(jiān)測技術在電氣設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的應用 主要研究發(fā)電機、變壓器、異步電機、開關、電纜、電容型設備、避雷器等關鍵電氣設備的在線監(jiān)測和故障診斷方法。研究不影響一次設備運行的安全可靠的技術方案和工程實施方案；研究在上位系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)按設備分類統(tǒng)計分析與故障檢測診斷的方法。主要研究內容有如下幾個方面：1）發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究。完善發(fā)電機實時監(jiān)測系統(tǒng)，通過溫度、振動、局放、端部振動、匝間短路等在

13、線監(jiān)測手段對電氣性能趨勢進行分析；對發(fā)電機氫、油、水系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)及介質指標進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)潛在缺陷。2）電氣設備的溫度檢測。電氣設備的工作狀態(tài)與溫度有著密切的聯(lián)系，不同類型的故障都會以發(fā)熱升溫的形式表現(xiàn)出來。比如引線接頭有可能因接觸不良而過熱燒斷，斷線在不平衡力的作用下，向其兩側抽動，又有可能造成相間短路而引起大面積失電，由一個小小接頭而造成極大的經濟損失，可見對電氣設備的熱狀態(tài)進行監(jiān)測也是至關重要的。紅外非接觸測溫技術滿足電氣設備在高電壓、大電流、高溫、高速旋轉等運行狀態(tài)下監(jiān)測溫度的要求，采用紅外測溫技術實現(xiàn)對電氣設備的溫度監(jiān)測。3）升壓站一次設備在線監(jiān)測設備的技術研究。研究不影響變壓器、

14、GIS、互感器、避雷器安全可靠運行的在線監(jiān)測的方法，研究在上位系統(tǒng)對一次設備故障檢測與診斷的方法和流程。4）電氣設備在線監(jiān)測設備不同廠商的融合技術。2.3.3 多類型數(shù)據(jù)綜合分析技術研究與示范應用 結合在線監(jiān)測、檢修、精密點檢、試驗、歷史臺賬等數(shù)據(jù)，研究多類型數(shù)據(jù)綜合分析技術在電氣設備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中的應用。研究狀態(tài)監(jiān)測的挖掘目標和應采用的挖掘工具，研究對電氣設備的數(shù)據(jù)進行分類的方法，研究基于關聯(lián)數(shù)據(jù)方法分析流程,研究用大數(shù)據(jù)挖掘技術進行識別和診斷的方法。2.4 移動互聯(lián)網技術在電氣設備智能運維中的應用2.4.1 基于移動互聯(lián)網的設備異常與故障的即時傳達技術研究基于移動互聯(lián)網的數(shù)據(jù)發(fā)布技

15、術，研究數(shù)據(jù)發(fā)布的方法，研究發(fā)布數(shù)據(jù)的內容組成，發(fā)布數(shù)據(jù)的頁面布局方式，研究數(shù)據(jù)發(fā)布對象的預設置方法等。2.4.2 基于移動互聯(lián)網的檢修任務執(zhí)行與反饋技術研究如何利用手持終端進行檢修任務的打開、檢修過程中設備狀態(tài)的圖像反饋，檢修任務的結果反饋、檢修任務的完成、檢修任務的評價。2.4.3 基于移動互聯(lián)網的檢修知識庫建設應用在檢修作業(yè)準備工作或在檢修過程中，有時需要很方便地訪問相關設備數(shù)據(jù)、資料、聯(lián)系人等，獲取相關的標準、規(guī)范等信息，如能利用手機等客戶端方便的訪問，無疑大大提升了檢修的便利性。本課題研究在火電廠中基于移動4G技術訪問檢修知識庫的方法，研究移動終端頁面的展現(xiàn)方式，研究數(shù)據(jù)的搜索檢索方

16、法等。2.5 電氣設備運行操作中智能技術的應用2.5.1 火電廠電氣保護定值管理的應用按照設備構架，對設備定值采取統(tǒng)一保存，便于查看及事故分析。2.5.2 廠用電自動抄表統(tǒng)計技術的應用 對廠用電電能表進行智能電能表自動抄表功能改造，實現(xiàn)廠用負荷的實時監(jiān)控，進行廠用電率計算、經濟指標及廠用負荷的節(jié)能指標分析等，為機組整體優(yōu)化運行提供可靠參數(shù)依據(jù)。廠用智能電能表抄表功能由智能電能表、電量采集裝置、電量小組站、隔離裝置、電量計費服務器等構成。智能電能表具有RS485接口，按照DL/T 645進行數(shù)據(jù)傳輸。2.6 電氣故障的智能應急處理實現(xiàn)2.6.1 類型化故障的分類方法及其處理流程的研究總結發(fā)電廠電

17、氣系統(tǒng)常見的電氣故障，按照故障處理流程的相似度對發(fā)電廠的常見故障進行種類劃分，研究主要故障類型的故障處理流程。2.6.2 類型化故障流程化處理技術的研究研究將故障處理的流程轉化成計算機可識別并可自動轉化為按向導模式工作的方法。2.7 重復性常規(guī)項目的自動化檢修技術2.7.1 異步電動機自動潤滑技術自動記錄異步電動機運行時間，依據(jù)潤滑管理規(guī)程，研究異步電動機自動潤滑策略，編寫自動潤滑方法與使用導則。2.7.2 基于功能安全的自動絕緣檢測技術基于IEC61508功能安全技術，應用可靠的自動絕緣檢測設備，編制自動絕緣檢測設備使用方法與使用導則。三、項目的關鍵技術和創(chuàng)新點3.1 關鍵技術1）電氣設備智

18、能運維系統(tǒng)功能框架研究重點研究智能運維系統(tǒng)功能布局和邏輯結構，研究系統(tǒng)之間的接口方式，研究發(fā)電設備缺陷、任務的自動化處理方式與流程，基于該結構實現(xiàn)運維的自動化、流程化、移動化。2）電氣設備狀態(tài)檢測與診斷關鍵技術研究重點研究電氣設備安全在線檢測技術，利用在線檢測、離線定期精密檢測、定期預防性試驗及現(xiàn)有DCS、ECS系統(tǒng)電氣信息量等數(shù)據(jù)，研究多判據(jù)識別電氣設備故障的算法，實現(xiàn)設備異常狀態(tài)和故障的自動識別。3）智能運維系統(tǒng)支撐庫關鍵技術研究研究智能運維支撐中的設備信息庫和知識庫中信息的構成，信息的存儲結構，訪問檢索方法，研究人力資源庫的接口與訪問方法。研究任務庫、缺陷庫的改造方法，實現(xiàn)自動管理。4）

19、移動互聯(lián)網技術在智能運維中的應用重點研究如何利用移動互聯(lián)網技術實現(xiàn)設備異常、缺陷、任務、處理結果反饋的便利化、即時化，使檢修過程更快捷，更方便，更有效閉環(huán)。實現(xiàn)對設備圖紙、作業(yè)指導書、調試手冊、設備信息等資料庫的實時查詢。5）電氣故障的智能應急處理實現(xiàn)重點研究電氣設備故障類型化的方法，對各種類型化故障進行流程化處理的方法和技術手段。3.2 創(chuàng)新點1） 研究多維度結構化和非結構化數(shù)據(jù)的融合方法，整合設備運行實時數(shù)據(jù)、精密點檢數(shù)據(jù)、設備維修數(shù)據(jù)，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范和標準體系，構建一體化數(shù)據(jù)中心，為數(shù)據(jù)分析、異常預測和故障診斷提供基礎數(shù)據(jù)；2） 應用數(shù)據(jù)挖掘分析技術，研究多維度設備運行參數(shù)間的關聯(lián)關

20、系，建立火力廠電氣設備故障模型，進行設備故障判斷和裂化趨勢分析；3） 應用先進的傳感技術，研究各類電氣設備的故障機理，實現(xiàn)電氣設備故障的精確診斷；4）智能運維系統(tǒng)與FAM系統(tǒng)在運維管理方面的數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)對設備信息庫、知識庫，任務庫，缺陷庫、人力庫的訪問；5）基于移動互聯(lián)網的設備異常與故障的即時傳達技術、檢修任務執(zhí)行與反饋技術、檢修知識庫建設應用；四、項目主要技術難點1）智能運維系統(tǒng)功能布局、邏輯結構，與其它信息系統(tǒng)之間的接口方式；2）多類型多參量多判據(jù)識別電氣設備故障的算法，實現(xiàn)設備異常狀態(tài)和故障的自動識別；3）設備信息庫和知識庫信息的構成、存儲結構、訪問檢索方法；人力資源庫的接口與訪問方法

21、；任務庫的自動管理功能；4）實現(xiàn)設備異常、缺陷、任務、處理結果反饋的便利化、即時化，使檢修過程有效閉環(huán)；5）電氣設備故障類型化處理方法和技術手段。五、項目費用構成項目總費用：642萬元，詳見下表： （單位：萬元）科目金 額備 注（一）直接費用5821.人員費（1）研究機構人員費（2）臨時工工資272.設備及軟件費435見可行性研究報告附表1（1）購置（2）試制3.業(yè)務費（1）材料費30現(xiàn)場實施用材料（2）資料費10（3）外協(xié)測試試驗及加工費30（4）會議費20項目執(zhí)行期間工作交流會5次（2萬元/次），項目總結評審會1次（10萬元/次）（5）差旅費30500元/天.人×12人×

22、;50天4.其他直接費用（二）間接費用601.現(xiàn)有儀器設備使用費302.直接管理費用203.其他間接費用10（三）協(xié)作研究支出協(xié)作支出1合 計642六、時間進度安排序號階段時間段資金計劃（萬元)主要研究內容和成果1A2016.012016.09195運維平臺的軟硬件建設、現(xiàn)場設備測點加裝、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)接口和平臺功能前期開發(fā)和部署等2B2016.102016.1283數(shù)據(jù)補充、數(shù)據(jù)接口和平臺功能中期開發(fā)等3C2017.012017.08242完成數(shù)據(jù)接入、平臺功能開發(fā)、研究內容其他功能實現(xiàn)等4D2017.082017.1190研究內容應用效果驗證5E2017.1230項目驗收、結題總體2016

23、.012017.12642七、項目主要經濟、社會、環(huán)境收益1）可將每年的維護費用減少25%-30%，有效減少因電氣設備導致故障停機次數(shù)，電氣設備故障維修時間縮短20%-30%，設備利用率提高1%以上，備品備件管理效率提高50%；2）實現(xiàn)狀態(tài)檢修,提高設備有效利用時間，延長使用壽命，為實現(xiàn)電氣設備全壽命周期管理提供有力支撐；3）提高運維檢修操作的安全性和有效提升工作執(zhí)行的效率；4）研發(fā)的火電廠電氣設備智能運維系統(tǒng)實現(xiàn)自主創(chuàng)新。將大型數(shù)據(jù)庫、移動互聯(lián)網、大數(shù)據(jù)挖掘、云計算等最新技術應用于火電廠運維工作中，實現(xiàn)了技術應用創(chuàng)新。八、項目主要負責人和參加人員序號姓名部門性別年齡職稱專業(yè)承擔本項目主要工作

24、投入月數(shù)1蘇振勇青島公司男49高級工程師汽機項目組長242李川斌青島公司男45高工電氣項目副組長163宋巖青島公司男46高工電氣項目副組長244邢濤華電國際分公司男43高工電氣技術方案負責165李志軍南自海吉男35工程師高壓與絕緣技術（碩士）技術實現(xiàn)負責206張瑞香青島公司女46高工電氣技術實施指導127丁立華青島公司男33工程師電氣項目實施負責208于愛民青島公司女45高工電氣技術實施指導129賀楓南自海吉男42工程師計算機應用系統(tǒng)軟件研發(fā)負責1410陳江偉南自海吉男33工程師信息技術裝置研發(fā)負責1411李吉勝青島公司男44高工電氣項目實施負責1612郝宗鵬青島公司男37工程師電氣項目實施參與1