基于大數(shù)據(jù)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

鞏 宇，曾廣移，李德華，陳澤陽，萬芳清

（1.調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司，廣東省廣州市 510000；2.北京華科同安監(jiān)控技術(shù)有限公司，北京市 100043）

0 引言

傳統(tǒng)的水電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通常獨(dú)立配置，布置零散，彼此沒有關(guān)聯(lián)。一方面單個(gè)系統(tǒng)測點(diǎn)有限，監(jiān)測內(nèi)容不全面，無法全方位反映設(shè)備狀態(tài)。另外設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)通常存儲在就地主機(jī)，存儲空間有限，無法長期、完整保存，大量有用信息被舍棄，影響了設(shè)備狀態(tài)分析、評價(jià)結(jié)論的正確性。隨著水電企業(yè)數(shù)字化、智能化的發(fā)展，要求打破各個(gè)系統(tǒng)間的壁壘，融合各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲及應(yīng)用平臺，在設(shè)備全生命周期內(nèi)對其狀態(tài)進(jìn)行全方位、多維度的監(jiān)測、分析和評價(jià)，為生產(chǎn)管理決策提供可靠的技術(shù)支撐。

調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司下屬各個(gè)電廠均為不同設(shè)備配置了狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，但是這些系統(tǒng)大多各自獨(dú)立建設(shè)，沒有統(tǒng)一的規(guī)劃，缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，彼此沒有關(guān)聯(lián)，應(yīng)用分散，不滿足調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司信息化管理要求。為此，需按照“整體規(guī)劃、統(tǒng)一規(guī)范、分區(qū)建設(shè)，應(yīng)用融合”的原則，依托大數(shù)據(jù)存儲及處理技術(shù)，搭建一個(gè)系統(tǒng)、規(guī)范、柔性的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，建立集團(tuán)級狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)中心與應(yīng)用中心，接入并融合各個(gè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲與管理，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)高級應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的全方位監(jiān)測、分析、評估及診斷，為設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行、狀態(tài)檢修以及公司的其他決策提供全面、準(zhǔn)確的支持。

1 系統(tǒng)目標(biāo)

調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司基于大數(shù)據(jù)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測分析系統(tǒng)的建設(shè)具有以下3個(gè)目標(biāo)：

（1）多源數(shù)據(jù)接入：接入公司下屬各廠機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、調(diào)速器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、主變壓器油色譜監(jiān)測系統(tǒng)、GIS設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綇V州總部數(shù)據(jù)中心進(jìn)行存儲。

（2）全景數(shù)據(jù)中心構(gòu)建：搭建數(shù)據(jù)存儲及管理云平臺，利用大數(shù)據(jù)管理及存儲技術(shù)，對各個(gè)監(jiān)測子系統(tǒng)傳過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理、存儲。

（3）輕量化應(yīng)用中心構(gòu)建：基于大數(shù)據(jù)挖掘、分析技術(shù)，采用輕量化、插件式的思路，構(gòu)建設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用中心，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測、分析、評價(jià)及故障診斷。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖1為系統(tǒng)的總體架構(gòu)，主要分為3層：第一層為數(shù)據(jù)接入層，開發(fā)數(shù)據(jù)接口軟件，構(gòu)建數(shù)據(jù)接入平臺，接入各電話設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，獲取設(shè)備狀態(tài)信息；第二層為數(shù)據(jù)中心層，在集團(tuán)總部構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲及管理云平臺，部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，關(guān)系數(shù)據(jù)庫，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、文件數(shù)據(jù)庫等，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理、存儲，并通過數(shù)據(jù)服務(wù)層向各個(gè)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)。第三層為用中心層，在該層部署應(yīng)用運(yùn)行管控平臺，采用輕量化策略，遵循統(tǒng)一開發(fā)規(guī)范，開發(fā)各種設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測高級應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測、分析和評價(jià)等功能。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)Figure 1 System overall architecture

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由各種服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、縱向加密裝置、正向隔離裝置等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，按層次劃分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)中心層及應(yīng)用中心層，如圖2所示。

數(shù)據(jù)采集層設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集前置服務(wù)器、數(shù)據(jù)通信服務(wù)器、縱向加密裝置、正向隔離裝置等。數(shù)據(jù)采集前置服務(wù)器部署在各個(gè)電站現(xiàn)地，每個(gè)電廠配置1臺，用于接入設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并通過專用網(wǎng)絡(luò)傳送到公司總部，由部署在公司總部的數(shù)據(jù)通信服務(wù)器接收并存入數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫；由于各廠監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)已經(jīng)送至總部集控中心，因此，監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過集控中心III區(qū)接口服務(wù)器接入；此外，系統(tǒng)還在總部III區(qū)部署1臺離線數(shù)據(jù)接口服務(wù)器，用于接入試驗(yàn)數(shù)據(jù)，缺陷記錄等離線數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)中心層設(shè)備包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)預(yù)處理服務(wù)器等，部署在公司總部III區(qū)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于存儲狀態(tài)監(jiān)測實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括特征數(shù)據(jù)及原始數(shù)據(jù)；關(guān)系數(shù)據(jù)庫用于存儲測點(diǎn)信息、設(shè)備檔案、統(tǒng)計(jì)結(jié)果、評估及診斷結(jié)論等；預(yù)處理服務(wù)器用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)加工，以便對應(yīng)用軟件復(fù)雜的數(shù)據(jù)需要做出快速的反應(yīng)。

應(yīng)用中心層設(shè)備包括應(yīng)用服務(wù)器、應(yīng)用管控服務(wù)器等，部署在公司總部III區(qū)。應(yīng)用服務(wù)器用于部署各種輕量化應(yīng)用軟件，應(yīng)用管控服務(wù)器用于部署應(yīng)用管控平臺，對應(yīng)用軟件的部署、運(yùn)行進(jìn)行管控。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Figure 2 System network architecture

根據(jù)《電力系統(tǒng)二次防護(hù)安全規(guī)定》及南方電網(wǎng)有關(guān)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)規(guī)范要求，各電話和總部之間的數(shù)據(jù)通信加設(shè)了縱向加密裝置，安全I(xiàn)I區(qū)和III區(qū)之間通信加設(shè)單向網(wǎng)絡(luò)隔離裝置。

4 數(shù)據(jù)采集層

4.1 數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)將接入調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司下屬天生橋水電站、魯布革水電站、廣州蓄能電站、惠州蓄能電站多個(gè)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)、監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)及部分離線數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)來源于不同廠家，通信方式及數(shù)據(jù)接口不統(tǒng)一，給數(shù)據(jù)接入工作帶來了挑戰(zhàn)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集平臺的設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮數(shù)據(jù)來源的多樣性、數(shù)據(jù)種類的多樣性、通信方式的多樣性以及通信協(xié)議的多樣性。為此，系統(tǒng)將常用的通信協(xié)議做成獨(dú)立的模塊，根據(jù)現(xiàn)場需要配置到數(shù)據(jù)采集前置服務(wù)器上，以滿足現(xiàn)場數(shù)據(jù)接口多樣性的要求。系統(tǒng)支持通過以太網(wǎng)口及串口接入數(shù)據(jù)，支持接入結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；支持常用的通信協(xié)議，包括IEC61850、IEC104、Modbus等。對于部分無法通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行通信的系統(tǒng)，由通信雙方根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)制定合適的通信協(xié)議進(jìn)行通信。

4.2 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)測點(diǎn)眾多，數(shù)據(jù)產(chǎn)生的頻率高（通常為秒級甚至毫秒級），數(shù)據(jù)量巨大，是名副其實(shí)的大數(shù)據(jù)。在有限的帶寬下，如何將大量數(shù)據(jù)從現(xiàn)地遠(yuǎn)距離傳輸?shù)竭_(dá)總部數(shù)據(jù)中心，并保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完整性，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。尤其當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通常會以井噴的方式瞬間產(chǎn)生大量額外數(shù)據(jù)（如快速錄波數(shù)據(jù)等），這些數(shù)據(jù)如果不加處理就直接進(jìn)行傳輸，有可能會因?yàn)閿?shù)據(jù)量過大導(dǎo)致傳輸網(wǎng)絡(luò)癱瘓。此外，當(dāng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的速度大于傳輸速度時(shí)，部分來不及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可能會被新的數(shù)據(jù)覆蓋，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

為解決上述問題，調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用基于消息隊(duì)列的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，如圖4所示。

（1）采集到的狀態(tài)數(shù)據(jù)首先被寫入消息隊(duì)列，消息隊(duì)列具有緩存機(jī)制，可以緩存一定時(shí)間的數(shù)據(jù)，緩存時(shí)間的長短可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。

（2）通信程序定期遍歷消息隊(duì)列，將新數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)成功傳輸后，將會被從消息隊(duì)列中移出，尚未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)將留在消息隊(duì)里中。通信程序可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬的情況，限定每次傳輸數(shù)據(jù)量的大小。如果數(shù)據(jù)產(chǎn)生的速度大于傳輸?shù)乃俣龋瑏聿患皞鬏數(shù)臄?shù)據(jù)將會被緩存在消息隊(duì)列中，在隨后的空閑時(shí)間里再進(jìn)行傳輸。這樣可確保數(shù)據(jù)都無一遺漏地得到傳輸，也可保證傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

圖3 數(shù)據(jù)接入模型Figure 3 Data access mode

（3）數(shù)據(jù)采集前置服務(wù)器緩存最近3天的數(shù)據(jù)，當(dāng)電廠和數(shù)據(jù)中心之間的網(wǎng)絡(luò)中斷，在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，中斷期間的數(shù)據(jù)可以續(xù)傳回?cái)?shù)據(jù)中心。

振擺系統(tǒng)等數(shù)據(jù)量大，產(chǎn)生頻率高，其中的原始波形數(shù)據(jù)量尤其龐大，直接傳輸將給網(wǎng)絡(luò)帶來壓力，通信的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性容易受到影響。對于這部分?jǐn)?shù)據(jù)，系統(tǒng)通過時(shí)頻轉(zhuǎn)換，將波形轉(zhuǎn)為相應(yīng)的頻譜，縮小數(shù)據(jù)量后再傳輸。

圖4 數(shù)據(jù)傳輸模型Figure 4 Data transmission model

5 數(shù)據(jù)中心層

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大，其中既有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也有部分半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲策略要能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理和存儲，既要保證數(shù)據(jù)的完整性和正確性，又要能夠快速高效地為各個(gè)應(yīng)用軟件提供數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。

調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)綜合運(yùn)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫及文件數(shù)據(jù)庫來管理和存儲數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)的不同特點(diǎn)，采用不同的存儲方式。

（1）分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫：部署在計(jì)算機(jī)集群上，用于存儲實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括全部特征量及原始數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點(diǎn)是對數(shù)據(jù)的存儲及讀取都非?？焖?，且具有在線壓縮機(jī)制，可以在線對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮存儲，最大限度減少存儲空間。采用分布式部署機(jī)制可以發(fā)揮多機(jī)并行工作的優(yōu)勢，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)存取速度，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)庫本身不存儲不同測點(diǎn)數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系，無法根據(jù)邏輯條件對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

（2）關(guān)系數(shù)據(jù)庫：關(guān)系數(shù)據(jù)庫可以存儲數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，適用于存儲設(shè)備參數(shù)、數(shù)據(jù)挖掘及計(jì)算結(jié)果、狀態(tài)評估及故障診斷結(jié)論等。關(guān)系數(shù)據(jù)庫在存儲這些數(shù)據(jù)的同時(shí)，也存儲他們之間的邏輯關(guān)系，便于根據(jù)一定的邏輯條件對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，在一定程度上彌補(bǔ)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的不足。

（3）內(nèi)存數(shù)據(jù)庫：內(nèi)存數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)的操作在內(nèi)存中進(jìn)行，存取極為快速，反應(yīng)敏捷，適用于實(shí)時(shí)顯示、流式計(jì)算、預(yù)警報(bào)警等低延時(shí)的應(yīng)用場景。將部分常用數(shù)據(jù)緩存到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中可以提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度。對于某些復(fù)雜的計(jì)算，可以將數(shù)據(jù)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫中提取出來，加載到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中，在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫進(jìn)行運(yùn)算，以提高運(yùn)算速度。

（4）文件數(shù)據(jù)庫：用于存儲半結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如報(bào)表、圖片、視頻、音頻等。部分特殊的數(shù)據(jù)，如振擺波形數(shù)據(jù)、故障案例數(shù)據(jù)等亦可以文件形式進(jìn)行存儲。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲的設(shè)計(jì)時(shí)限為10年，可通過擴(kuò)展計(jì)算機(jī)集群節(jié)點(diǎn)的方式增加存儲空間，延長數(shù)據(jù)存儲時(shí)間。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)層，為應(yīng)用中心的各個(gè)應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層和數(shù)據(jù)存儲層的分離。高級應(yīng)用無須關(guān)心數(shù)據(jù)存儲的細(xì)節(jié)，有利于提高應(yīng)用的可靠性和可擴(kuò)展性。

6 應(yīng)用中心層

6.1 輕量化應(yīng)用策略

系統(tǒng)采用輕量化應(yīng)用的策略，每個(gè)應(yīng)用軟件被設(shè)計(jì)為相對獨(dú)立的功能，解決某個(gè)具體問題，或關(guān)注某個(gè)設(shè)備狀態(tài)。應(yīng)用軟件的輕量化設(shè)計(jì)在降低內(nèi)部的復(fù)雜度的同時(shí)，又有利于提升其內(nèi)在的深度。同時(shí)，由于輕量化的應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)和功能相對簡單，有利于快速更新、迭代，能夠以較小的代價(jià)對業(yè)務(wù)邏輯的變化做出快速反應(yīng)。

圖5 數(shù)據(jù)存儲策略Figure 5 Data storage strategy

6.2 應(yīng)用開發(fā)框架和管理平臺

系統(tǒng)部署統(tǒng)一的應(yīng)用開發(fā)框架和管理平臺，各個(gè)應(yīng)用軟件均按照統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)、分析、組態(tài)，并最終由應(yīng)用管理平臺以插件的形式統(tǒng)一部署、管理和運(yùn)行。由于不同的應(yīng)用軟件均在同一框架下開發(fā)和管理，有利于保持應(yīng)用軟件的一致性。

6.3 應(yīng)用集市

基于輕量化應(yīng)用的策略，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了應(yīng)用集市的功能。各種輕量化的應(yīng)用軟件部署在應(yīng)用集市上，不同的用戶可以根據(jù)自身需要和權(quán)限到應(yīng)用集市中選擇相應(yīng)的軟件進(jìn)行使用。

6.4 應(yīng)用軟件功能

系統(tǒng)應(yīng)用軟件功能包括全景數(shù)據(jù)展示、預(yù)警告警、專業(yè)分析、大數(shù)據(jù)分析、狀態(tài)評價(jià)、故障診斷等。

6.4.1 全景數(shù)據(jù)展示

綜合機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、局部放電監(jiān)測系統(tǒng)、調(diào)速器監(jiān)測系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、主變壓器油色譜監(jiān)測系統(tǒng)、GIS設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)等，采用二維圖、三維圖、動畫等多種可視化手段，通過GIS地圖、結(jié)構(gòu)圖示意圖、主接線圖、表格、波形圖、頻譜圖、軸心軌跡圖、空間軸線圖、瀑布圖、趨勢圖等方式，全方位、多維度對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，展示設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)。

6.4.2 預(yù)警告警

預(yù)警告警功能包括動態(tài)閥值報(bào)警、趨勢預(yù)警、故障預(yù)警等。

（1）動態(tài)閥值報(bào)警：水輪發(fā)電機(jī)組為多工況運(yùn)行，在不同工況下狀態(tài)差異較大的。針對這一特點(diǎn)，系統(tǒng)提供動態(tài)閥值報(bào)警功能，可設(shè)定不同工況下的報(bào)警閥值，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行工況自動匹配報(bào)警閥值，實(shí)現(xiàn)精確報(bào)警。

（2）趨勢預(yù)警：對趨勢的緩變和跳變進(jìn)行預(yù)警。

（3）故障預(yù)警：結(jié)合故障診斷知識庫，實(shí)時(shí)對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行分析，對可能存在的故障進(jìn)行判斷，當(dāng)檢測出故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。

6.4.3 專業(yè)分析

系統(tǒng)針對不同的監(jiān)測對象及數(shù)據(jù)，開發(fā)對應(yīng)的專業(yè)分析工具，對數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，包括：通過波形圖、頻譜圖、軸心軌跡圖、主軸狀圖、瀑布圖、級聯(lián)圖、軸心位置圖對振動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；通過二維圖、三維圖對局部放電大小及相位進(jìn)行分析；通過大衛(wèi)三角法、三比值法、立體圖示法對油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析等；

6.4.4 大數(shù)據(jù)分析

利用大數(shù)據(jù)分析算法（回歸、聚類、分類）等，對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，把握數(shù)據(jù)的特征以及其發(fā)展變化趨勢，為分析和評價(jià)設(shè)備狀態(tài)提供依據(jù)。

（1）數(shù)據(jù)分布特征分析：利用回歸、聚類、分類等算法，分析參數(shù)的分布特征及其關(guān)聯(lián)因子（如季節(jié)、溫度等）。

（2）對比分析：對比同類設(shè)備相同工況下的參數(shù)及其變化，評價(jià)設(shè)備之間的優(yōu)劣；對比同一設(shè)備相同工況下不同時(shí)間的參數(shù)，分析設(shè)備狀態(tài)變化趨勢。

（3）關(guān)聯(lián)分析：分析參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，揭示參數(shù)之間的密碼，更全面、深入掌握設(shè)備特性。

（4）統(tǒng)計(jì)分析：統(tǒng)計(jì)機(jī)組在各個(gè)工況下的運(yùn)行時(shí)間、泵的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、重要開關(guān)動作次數(shù)等。

圖6 全景數(shù)據(jù)展示Figure 6 Panoramic data display

6.4.5 狀態(tài)評價(jià)

狀態(tài)評價(jià)包括設(shè)備狀態(tài)評價(jià)、專項(xiàng)故障評估、試驗(yàn)數(shù)據(jù)評價(jià)等功能：

（1）設(shè)備狀態(tài)評價(jià)：根據(jù)制定的設(shè)備狀態(tài)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)則，綜合在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、離線缺陷數(shù)據(jù)、檢修維護(hù)記錄等對設(shè)備各個(gè)部分的狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)，最終匯總得出設(shè)備整體評價(jià)，用評價(jià)結(jié)論指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)行及檢修。

（2）專項(xiàng)故障評估：根據(jù)監(jiān)測到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史趨勢變化，對常見故障進(jìn)行專項(xiàng)分析和判斷，包括：轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均衡、磁拉力不均衡、軸瓦松動、瓦隙安裝過大/過小/不均勻、水力不平衡等。

（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)評價(jià)：對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動統(tǒng)計(jì)、分析，評估試驗(yàn)結(jié)果是否符合要求。

6.4.6 故障診斷

建立常見故障診斷知識庫，利用故障樹推理機(jī)技術(shù)，結(jié)合人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)器自學(xué)習(xí)技術(shù)等對設(shè)備常見故障進(jìn)行診斷。故障診斷知識庫涵蓋發(fā)電機(jī)質(zhì)量不平衡、磁拉力不平衡、水力不平衡、壓力脈動過大、大軸彎曲或不對中、導(dǎo)軸承間隙調(diào)整不當(dāng)、導(dǎo)軸承軸瓦磨損、導(dǎo)軸承潤滑不良、轉(zhuǎn)動部件摩擦、導(dǎo)水部件故障、發(fā)電機(jī)定子鐵芯松動、發(fā)電機(jī)三相電流不平衡等故障。知識庫提供開放接口，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況對知識庫進(jìn)行修改，包括增加故障類型，修改判斷邏輯以及定值等。故障診斷推理機(jī)以故障樹推理機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及機(jī)器自學(xué)習(xí)技術(shù)，可對常見故障進(jìn)行推理，得出診斷結(jié)論，指導(dǎo)設(shè)備的運(yùn)行和檢修。

7 結(jié)束語

調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司基于大數(shù)據(jù)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測分析系統(tǒng)已初步建成并投入試運(yùn)行。系統(tǒng)共接入天生橋電站、魯布革電站、廣州蓄能電站、惠州蓄能電站機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速器監(jiān)測系統(tǒng)、主變壓器油色譜監(jiān)測系統(tǒng)、局部放電監(jiān)測系統(tǒng)、GIS設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)等30多個(gè)子系統(tǒng)，超過10萬個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的各項(xiàng)功能，包括全景數(shù)據(jù)展示，預(yù)警報(bào)警、數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)挖掘及分析、狀態(tài)評價(jià)及部分典型故障的診斷等。系統(tǒng)的建成，在集團(tuán)級實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測，打破現(xiàn)有的以“現(xiàn)場分析診斷”為主的工作模式，并能突破地域限制，聯(lián)合各級專家對故障進(jìn)行遠(yuǎn)程會診，提高工作斷效率，節(jié)約成本開支。同時(shí)，狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)中心的建立，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和存儲，有利于積累數(shù)據(jù)，為后續(xù)的其他高級應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。