《火电厂电气设备智能运维技术研究与示范应用》技术方案

—1—中国华电集团公司科技项目技术方案课题名称：火电厂电气设备智能运维技术研究与示范应用申请单位：华电青岛发电有限公司江苏国电南自海吉科技有限公司起止时间：2016年1月至2017年12月课题组长：苏振勇手机：[phone]固定电话：[phone]申请日期：2015年11月23日—2—一、项目预期达到的主要技术指标1.1当前火电厂电气设备运维管理存在的问题包括：1）普遍采用定期检修，造成检修费用及资源的浪费；2）运行数据、台账数据、人力资源、设备缺陷、缺陷处理状态等信息相对独立，运维调度复杂，需要大量运维人员；3）设备缺陷发现到处理主要依赖人的管理，效率较低；4）状态信息实时监测较少，缺乏对健康状况长期趋势分析。另外，现有故障诊断依据单一，故障发现和处理异常时，更多依靠于运行人员经验判断，缺乏更强的技术支撑。通过本课题，构建火电厂电气设备智能运维框架。智能运维要求在运行、检修等环节的控制和判断上具有高度的主动性、安全性和可靠性，实现“分析过去，掌控现在，预测未来”功能。“分析过去”指通过数据积累和现场经验，梳理和总结运行规律；“掌控现在”指通过对现场实时数据的感知，及时调整设备运维方式，保证安全经济运行；“预测未来”指通过趋势分析，对还未出现的故障提前做出预防和应对措施。1.2构建的火电厂电气设备智能运维系统主要功能包括：1）实时监测发电机、变压器、高压电机、中高压开关设备、高压电缆等重要电气设备的实时运行状态，并对获取数据进行分析、诊断；2）实现设备运行操作的智能化，运行报警智能分析处理,运行操作安全有效监控；3）实现设备维护、检修的智能化，针对故障处理给出—3—流程化指导建议和检修操作有效监管；1.3本项目主要技术指标包括：1)针对火电厂发电机、变压器、高压电机、中高压开关设备、高压电缆等重要电气设备的全景状态信息特点，研究智能传感器、传感器网络、智能电子装置、非接触检测等关键技术，研制出一系列智能监测装置；2)建立了基于物联网技术的智能运维体系架构，应用无线或有线传感网络技术实现各传感信息的共享，采用标准协议实现不同厂家监测设备的无缝接入；3)基于火电厂电气设备状态信息研究状态评估、风险评估、预测预警、智能诊断，形成逐项功能模块；4)监测装置具体技术指标：设备预警准确率≥90%设备故障识别率≥90%平均无故障工作时间（MTBF）≥3000小时现场数据数据传输延时≤2秒智能运维系统具体技术指标：从数据采集到系统显示≤3秒子设备全部扫描一次≤6秒控制命令下发≤3秒画面调入≤3秒数据刷新≤3秒系统可用率≥99%平均无故障工作时间（MTBF）≥3000小时—4—历史数据保存≥3年实时数据容量遥测8192，遥信327681.4研究成果包括：完成一份火电厂电气设备智能运维系统的课题技术研究报告；编写《智能火电厂发电电气设备状态监测技术导则》和《火电厂电气设备智能运维规程》两项标准；建设基于青岛发电公司的火电厂电气设备智能运维系统改造示范工程一项；总结基于青岛发电公司的火电厂电气设备智能运维系统建设模式和实施路径，形成集团公司火电厂电气设备智能运维改造的指导性意见；发表学术论文2篇，申请专利4项，培养专业技术人才。—5—二、项目的技术路线和具体研究内容（一）技术路线通过理论研究、产品研发、现场示范应用的方式进行研究，采用大型数据库、大数据分析理论、移动互联网、神经网络、小波分析等符合火电厂实际应用的理论体系和计算方法，构建火电厂电气设备智能运维系统。火电厂电气设备智能运维系统采用集中部署、分布应用的方式，按照分步实施、逐步完善的原则进行建设，整个系统建设分为三个阶段：第一阶段，2016年12月实现智能运维系统支撑的硬件改造实施。该阶段的主要工作包括智能化运维系统平台的软硬件环境建设、青岛发电公司监控屏建设、现场设备测点加装、数据接口开发、设备编码、测点编码、基础平台开发和部署等。监测的数据包括实时数据、检修数据、精密诊断和精密点检数据、电气在线监测数据等；第二阶段，2017年12月完成智能运维系统技术研究及功能开发及示范应用。在第一阶段的基础上借助大型数据库、工业以太网、移动互联网等技术将检修的各个环节有效整合，实现本项目的关键技术和创新点，达到智能检修目的；第三阶段，2018年逐步实现智能化运维系统推广应用。持续完善智能运维系统和火电厂设备诊断知识库，并在集团其它火力厂逐步推广应用。—6—（二）具体研究内容2.1电气设备智能运维功能框架故障预警状态检修火电厂电气设备智能运维平台运行操作安全监控故障分析流程化运维支撑基础库查询技术资料管理检修任务监管业务功能在线数据离线数据定期试验数据人工录入数据共享现有系统集中采集存储挖掘分析专家远程指导厂用电自动抄表保护测控定值管理异步电机自动润滑自动绝缘检测电气故障经验总结故障处理流程分类故障流程向导模式生成设备信息库缺陷库人力库设备故障即时传达检修任务执行与反馈检修知识库建设应用电气图纸设备参数说明书调试维修手册知识库任务库图1火电厂电气设备智能运维系统功能架构框图—7—ECS/NCSDCS智能检测自动诊断自动处理状态监测相关性分析推测原因自动归类处理建议智能应急处理智能分派任务库任务管理任务执行任务考核运行操作带电显示电子围栏智能防误自动抄表400V定值管理常规检修大修小修状态监测二次设备自诊断异步电机自动润滑自动绝缘检测任务库人力库运维支撑基础设备信息库（设备参数，说明书，调试手册）缺陷库知识库远程支持图2火电厂电气设备智能运维系统功能模块系统特点包括：1）自动化：实现自动检测、自动诊断、自动处理。对设备状态进行动态跟踪，异常缺陷自动发现并生成检修工单，采用自动化技术简化传统复杂繁琐的检修工作；2）流程化：对人员与设备参与的整个过程实现流程化管理，每个环节实现监管，提高处理的效率和质量；对于可类型化电气故障采用流程化的处理方式，运行检修人员按照流程建议对故障进行处理；3）信息化：建设设备信息库、人力库、知识库，提高运行检修的便利性；—8—4）移动化：采用移动互联网技术，异常与缺陷可第一时间发送至责任人，通过移动互联使任务的管理更加便利，更加高效。本系统主要借助于大型数据库技术、工业以太网技术、移动互联网技术将检修的各个环节进行有效整合，实现智能检修。2.2智能运维系统支撑基础库关键技术研究建设实现对设备信息库、知识库，任务库，缺陷库、人力库的访问；1）设备信息库实现设备的厂商信息、参数信息、说明信息、缺陷信息、健康状态信息、检修信息、在线与离线检测报告的综合查询与写入；2）知识库实现按物理间隔查询图纸、电力标准与规范、常见故障处理方法；3）人力库实现按组织结构查询人力目前在职状态、人力所在任务状态、人力特长等信息；4）缺陷库实现缺陷的创建和缺陷状态、缺陷处理情况的跟踪管理。5）任务库实现任务的创建和分派以及任务状态、任务处理、任务考核的管理。华电国际财务及资产管理系统（简称FAM）是华电国际2004年集中部署的ERP业务系统，该系统包括财务管理、生产管理、物资管理、合同管理、燃料管理等功能模块，是生产经营管理的核心应用系统。2013年启动了FAM系统升级项—9—目，实现与集团公司ERP功能一致，全面满足与集团公司ERP集成要求；图3华电国际信息化系统功能框图FAM系统涵盖了智能运维系统支撑基础库，智能运维系统与FAM系统之间访问可通过以下三种方式：1）文本方式，包括txt、xml等格式；2)通信方式，可采用modbus、103、104、IEC61850、OPC等通信规范；3）通过共享数据库或中间数据库形式实现数据交互。—10—2.3电气设备状态检测与诊断关键技术研究2.3.1状态监测与诊断系统总体框架结构温度、振动、局放、端部振动、匝间短路等在线监测参量（从SIS系统获取）通信网络ECS系统DCS系统SIS系统辅机智能综合处理单元B/S架构电气设备状态监测子系统隔离装置隔离装置现场设备层系统分析层远程诊断层发电机重要辅机（磨煤机、风机、水泵等）6KV开关柜升压站（变压器、断路器、避雷器等）温度、振动、加速度、电流等在线监测参量进出线触头、电缆头测温在线监测参量变压器：油色谱、局放、铁芯接地电流；GIS：局放、SF6微水、环境泄露；开关柜智能综合处理单元升压站智能综合处理单元远程指导平台图4火电厂电气设备状态监测与诊断系统框架图研究火电厂电气设备状态监测与故障诊断系统框架结构及组成，以及具体实现的技术方案，该系统最主要的特点是电厂、一次设备厂商、省公司管理层、集团管理层用户均可通过访问云平台实现数据的共享，实现对诊断的全周期流程管理。另外，该系统还可有效整合DCS、ECS、NCS系统的监测数据，实现对设备状态的综合全面监测，对设备的分析更加全面，对设备状态的判断更加准确。拟采用的系统主要分为三层，为别为现场设备层、系统分析层、远程诊断层，三层之间采用现场总线、局部以太网、远程以太网络联结。现场设备层主要实现信号的变送、数据预处理、初步诊断三个功能，本层既是数据的提供者，又采—11—用时域分析、频域分析、相关性分析、统计分析等手段进行数据的初步整理与判断。系统分析层主要实现数据的采集、存储、分析功能。不同种类的设备采用不同的模型与分析流程处理，采用实时分析与触发分析相结合的方式进行状态分析，发现故障发出告警并给出检修建议。远程诊断层主要实现数据的共享与大数据挖掘两大功能。电厂核心设备数据上传至该系统，系统采用大数据挖掘技术对所有数据进行分类、聚类、相关性、时序等分析，不同的用户拥有不同的权限访问数据。电厂用户可将重要的设备问题提交该系统，系统对问题进行流程化管理并提供设备状态数据。系统还可对共性的问题进行总结，指导修订运维检修的规则规程。2.3.2非接触式监测技术在电气设备状态监测与故障诊断的应用主要研究发电机、变压器、异步电机、开关、电缆、电容型设备、避雷器等关键电气设备的在线监测和故障诊断方法。研究不影响一次设备运行的安全可靠的技术方案和工程实施方案；研究在上位系统中对数据按设备分类统计分析与故障检测诊断的方法。主要研究内容有如下几个方面：1）发电机状态监测系统的研究。完善发电机实时监测系统，通过温度、振动、局放、端部振动、匝间短路等在线监测手段对电气性能趋势进行分析；对发电机氢、油、水系统运行数据及介质指标进行统计分析，发现潜在缺陷。2）电气设备的温度检测。电气设备的工作状态与温度有—12—着密切的联系，不同类型的故障都会以发热升温的形式表现出来。比如引线接头有可能因接触不良而过热烧断，断线在不平衡力的作用下，向其两侧抽动，又有可能造成相间短路而引起大面积失电，由一个小小接头而造成极大的经济损失，可见对电气设备的热状态进行监测也是至关重要的。红外非接触测温技术满足电气设备在高电压、大电流、高温、高速旋转等运行状态下监测温度的要求，采用红外测温技术实现对电气设备的温度监测。3）升压站一次设备在线监测设备的技术研究。研究不影响变压器、GIS、互感器、避雷器安全可靠运行的在线监测的方法，研究在上位系统对一次设备故障检测与诊断的方法和流程。4）电气设备在线监测设备不同厂商的融合技术。2.3.3多类型数据综合分析技术研究与示范应用结合在线监测、检修、精密点检、试验、历史台账等数据，研究多类型数据综合分析技术在电气设备的状态监测与故障诊断中的应用。研究状态监测的挖掘目标和应采用的挖掘工具，研究对电气设备的数据进行分类的方法，研究基于关联数据方法分析流程,研究用大数据挖掘技术进行识别和诊断的方法。2.4移动互联网技术在电气设备智能运维中的应用2.4.1基于移动互联网的设备异常与故障的即时传达技术研究基于移动互联网的数据发布技术，研究数据发布的方法，研究发布数据的内容组成，发布数据的页面布局方式，—13—研究数据发布对象的预设置方法等。2.4.2基于移动互联网的检修任务执行与反馈技术研究如何利用手持终端进行检修任务的打开、检修过程中设备状态的图像反馈，检修任务的结果反馈、检修任务的完成、检修任务的评价。2.4.3基于移动互联网的检修知识库建设应用在检修作业准备工作或