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作者：南京科遠自動化集團股份有限公司 陳亞明

1　引言

工業(yè)企業(yè)已進入了“大數(shù)據(jù)”時代，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。大數(shù)據(jù)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的命脈，通過技術(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)價值鏈的全新視角。

南京科遠自動化集團股份有限公司（以下簡稱科遠股份）作為國內(nèi)領(lǐng)先的工業(yè)自動化與信息化技術(shù)、產(chǎn)品與解決方案供應(yīng)商，擁有NT6000分散控制系統(tǒng)、SyncBASE大型實時數(shù)據(jù)庫等眾多核心產(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)云平臺系統(tǒng)”，使科遠股份有能力為大數(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)分析的電站運行優(yōu)化與三維可視化故障診斷系統(tǒng)”應(yīng)運而生，并獲選2017年江蘇大數(shù)據(jù)應(yīng)用示范項目。

2　系統(tǒng)簡介

“基于工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的電站運行優(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。通過對數(shù)據(jù)的整理與分析，將有價值的數(shù)據(jù)和信息提供給操作人員，使所獲得的海量數(shù)據(jù)和信息的價值得到有效和及時的利用。基于海量的歷史數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱藏的運行規(guī)律、故障征兆等，實現(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)化運行等多個模塊組成。

2.1　設(shè)備故障診斷

設(shè)備運行中，不可避免會出現(xiàn)各種故障。一旦出現(xiàn)故障，能否快速進行診斷并消除，對于企業(yè)來說非常重要。傳統(tǒng)故障診斷多采用事后分析模式，不能實現(xiàn)預(yù)測、預(yù)警等“事先調(diào)整與預(yù)防”。

從故障產(chǎn)生的過程和機理看，任何故障的發(fā)生都是一個漸變的過程，演變過程中往往會伴隨有一些重要特征的變化。只要使用有效的監(jiān)測手段及時捕捉到這些征兆，并利用最新的人工智能等技術(shù)將人類長期處理這些故障積累的寶貴經(jīng)驗加以總結(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)報事故，爭取將事故消滅在萌芽狀態(tài)。

故障診斷技術(shù)可通過先進的狀態(tài)監(jiān)測和診斷手段，識別設(shè)備及部件故障的早期征兆，對故障部位、故障程度和劣化趨勢做出診斷與預(yù)警，指導(dǎo)運行操作人員對事故早期報警做出迅速有效的反應(yīng)，實現(xiàn)了潛在故障的事前處理，變被動事后處理為事前主動預(yù)防。

以往故障的發(fā)生和處理，大多是運行人員依照運行規(guī)程和實踐經(jīng)驗，根據(jù)現(xiàn)場情況進行判斷、推理和處理，它難以用精確的數(shù)學(xué)模型來描述，很難通過傳統(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)置故障診斷知識庫，可根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)和設(shè)備故障模型對設(shè)備故障機制進行分析，自動診斷設(shè)備的故障成因并給出檢修指導(dǎo)。同時知識庫具有自學(xué)習(xí)功能，可將診斷過程記錄或診斷案例轉(zhuǎn)換為知識存儲到知識庫中。

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

風(fēng)機性能在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

四管防磨防爆系統(tǒng)

汽輪機故障診斷系統(tǒng)

2.2　智能預(yù)警系統(tǒng)

目前，我國大型發(fā)電機組普遍采用DCS系統(tǒng)，但大多采用定值報警。在發(fā)電機組正常運行時也會存不少報警信息，當(dāng)機組運行出現(xiàn)異常時更是形成大量報警，往往出現(xiàn)無效報警淹飾有效報警的現(xiàn)象，啟停過程中尤為突出。這反而將機組運行人員帶入了一個“數(shù)據(jù)泛濫，報警成災(zāi)”的困境，使得操作人員無所適從。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，擬合出針對不同煤質(zhì)、不同負荷狀況下機組正常運行參數(shù)范圍，并據(jù)此整定出運行參數(shù)的動態(tài)報警閾值，對應(yīng)提示越限后果。以系統(tǒng)、設(shè)備、參數(shù)為主線，按重要程度進行分級分類，對過程報警進行整合，形成精確報警，避免誤報。同時，提供越限預(yù)警、故障主因診斷、輔機設(shè)備及部件劣化趨勢等報警提示信息，減少運行人員誤判，為運行人員贏得故障處理時間，提高機組運行水平。

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

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

基于大數(shù)據(jù)分析的運行優(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。該模塊包含了機組離在線性能試驗系統(tǒng)、性能計算及耗差分析系統(tǒng)、以及設(shè)備與運行優(yōu)化等幾個方面。

機組離在線性能試驗系統(tǒng)可以完成對機組數(shù)據(jù)的自動采集和記錄，并可以立即進行熱力計算，自動生成試驗報告；可以隨時提取歷史上任意時段的數(shù)據(jù)進行離線試驗；可以使得電廠經(jīng)常進行性能試驗，從而實時了解機組的經(jīng)濟性變化情況，節(jié)省進行常規(guī)性能試驗的大部分費用，降低電廠經(jīng)營成本。

性能計算及耗差分析系統(tǒng)，利用從DCS等過程控制系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)，通過基于國家和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的計算模型，計算出各個設(shè)備、單臺機組和整個電廠的經(jīng)濟性指標(biāo)，以實時畫面、報表、歷史曲線等多種方式展示給用戶，并在全工況數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上通過多種指標(biāo)的耗差來指導(dǎo)用戶采取最經(jīng)濟措施進行電能生產(chǎn)，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

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

3　系統(tǒng)應(yīng)用

《基于工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的電站運行優(yōu)化與三維可視化故障診斷系統(tǒng)》已在多個項目投入應(yīng)用，其首個實施項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2000萬元，其中硬件設(shè)備投入1100萬元，大數(shù)據(jù)存儲、分析、挖掘以及事故預(yù)報專家系統(tǒng)等軟件開發(fā)費用900萬元。大唐南京發(fā)電廠#1、2機組在工業(yè)生產(chǎn)時產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)一方面支撐本項目的開發(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、發(fā)電機等生產(chǎn)主設(shè)備廠家用于分析、診斷設(shè)備運行狀態(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)研究機構(gòu)用于運行優(yōu)化、調(diào)節(jié)的分析、研究工作。

通過該項目的實施，成功地建立了基于工業(yè)大數(shù)據(jù)的設(shè)備遠程診斷系統(tǒng)，并實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的優(yōu)化與事故預(yù)報系統(tǒng)的上線，該項目的實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)電集團集約化、高效管理的需求驅(qū)動下，基于集中管控、智慧決策、智能控制、傻瓜式運行的自動化模式將成為現(xiàn)實，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)分析的電站運行優(yōu)化與三維可視化故障診斷系統(tǒng)符合信息時代企業(yè)盈利的公式和法則：把信息變成知識，把知識變成決策，把決策變成利潤。因此對于我國21世紀大型燃煤電廠，應(yīng)積極采用先進的優(yōu)化控制和管理軟件，其意義主要為：

（1）促進觀念轉(zhuǎn)變。火電廠優(yōu)化控制和管理軟件全部以成本核算、經(jīng)濟管理為核心，將原來不可控或不清楚的能量損失全部量化，幫助進行分析、查找故障，提出節(jié)能降耗的優(yōu)化措施，強化運行和管理人員的經(jīng)濟管理意識，促進觀念轉(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)過程的手段和工具，而不僅限于給出計算結(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)同時處理多個電廠的性能/故障分析，對于偏遠地區(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)略計劃理念，將先進的信息技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)電產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，通過信息化技術(shù)手段改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)營管理模式，減少經(jīng)營管理成本、增強企業(yè)管理水平；縮短維修時間、延長檢修周期；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、減少起動失敗次數(shù)。是采用技術(shù)手段促進發(fā)電效率提升的示范作用，成為能源行業(yè)、電力系統(tǒng)的一個創(chuàng)新亮點，對于“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)生深遠的推動作用。

摘自《自動化博覽》2018年3月刊