大數(shù)據(jù)技術(shù)在流域水電廠集控運(yùn)行中遠(yuǎn)程診斷的應(yīng)用分析

何才強(qiáng)

（云南大唐國(guó)際李仙江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，云南 普洱 665000）

當(dāng)前，對(duì)于中國(guó)電廠技術(shù)服務(wù)單位而言，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)完成電廠系統(tǒng)和設(shè)備遠(yuǎn)程診斷服務(wù)，已經(jīng)成為其全新的業(yè)務(wù)發(fā)展方向。近些年來(lái)，選擇遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的大型集團(tuán)和企業(yè)的數(shù)量越來(lái)越多，尤其是一些大型電廠。對(duì)于電廠的運(yùn)行而言，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)能夠充分保障其運(yùn)行的安全性，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)自身優(yōu)勢(shì)的有效發(fā)揮，能夠打破“信息孤島”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)電廠內(nèi)部各機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取的目的。

1 大數(shù)據(jù)技術(shù)和遠(yuǎn)程診斷概述

從遠(yuǎn)程診斷的角度出發(fā)，大數(shù)據(jù)技術(shù)在其中的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為：①與預(yù)警模型系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成；②借助大數(shù)據(jù)技術(shù)的相關(guān)工具完成復(fù)雜程度較高的數(shù)據(jù)挖掘，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的獲?。虎叟c電廠現(xiàn)存的故障診斷應(yīng)用軟件進(jìn)行深層次的融合；④對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研制與開(kāi)發(fā)；⑤大數(shù)據(jù)技術(shù)在電廠遠(yuǎn)程檢測(cè)和診斷中的應(yīng)用還需要做到支持移動(dòng)環(huán)境[1]。總體來(lái)看，在電廠機(jī)組和設(shè)備運(yùn)行改良、狀態(tài)檢修、診斷故障和監(jiān)測(cè)狀態(tài)等多個(gè)方面，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)在其中的應(yīng)用具有較大程度的研究意義。

2 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的電廠遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)

文章中所研究的以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的電廠遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，其根本作用是監(jiān)測(cè)電廠設(shè)備和機(jī)組狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、分析數(shù)據(jù)、診斷故障、指導(dǎo)運(yùn)行維修等，其監(jiān)測(cè)和診斷的對(duì)象為電廠中的各個(gè)主機(jī)、輔機(jī)系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、水系統(tǒng)、油系統(tǒng)、氣系統(tǒng)、泄洪設(shè)施等。

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在應(yīng)用期間的具體流程如圖1 所示。這一系統(tǒng)借助機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建，并將數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行了引入，能夠?qū)⒋髷?shù)據(jù)技術(shù)自身的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)打破“信息孤島”效應(yīng)的目的，對(duì)電廠中機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的全過(guò)程進(jìn)行及時(shí)且系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)。不僅如此，該系統(tǒng)還能夠?qū)﹄姀S機(jī)組的故障進(jìn)行詳細(xì)的分析和診斷，并對(duì)運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而為機(jī)組預(yù)知維修和狀態(tài)維修的實(shí)際進(jìn)程提供更加有力的支持，這可以在很大程度上避免維修過(guò)?；虿蛔愕那闆r出現(xiàn)。

圖1 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)流程圖

整體來(lái)看，本文中所研究的基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的構(gòu)成要素共包含4 個(gè)模塊，分別是監(jiān)測(cè)概貌、網(wǎng)絡(luò)通信、綜合報(bào)告以及系統(tǒng)管理[2]。

2.1 監(jiān)測(cè)概貌

總體而言，監(jiān)測(cè)概貌這一模塊的監(jiān)測(cè)對(duì)象主要有機(jī)組現(xiàn)存具體的機(jī)組數(shù)目、機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀況以及機(jī)組每一個(gè)部分的具體運(yùn)行數(shù)據(jù)等多方面的信息。該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)每一個(gè)特點(diǎn)參數(shù)的準(zhǔn)確化和實(shí)時(shí)化，不僅如此，該模塊中對(duì)每一個(gè)測(cè)點(diǎn)的報(bào)警上限與報(bào)警下限進(jìn)行了設(shè)置，同時(shí)，借助棒圖監(jiān)測(cè)的模式，該模塊還能夠獲悉每一個(gè)機(jī)組測(cè)點(diǎn)是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)[3]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通信

在進(jìn)行水電廠的遠(yuǎn)程集控時(shí)，還需要借助網(wǎng)絡(luò)通信功能的植入，從而實(shí)現(xiàn)集控工作的實(shí)時(shí)化與有效化。在電力改革持續(xù)推進(jìn)和電力市場(chǎng)建立的背景下，水電廠、集控中心、調(diào)度中心等多方主體之間交換數(shù)據(jù)的頻率越來(lái)越高，集控中心監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)突破了以往封閉的局面，轉(zhuǎn)而朝著較為開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)通信模式發(fā)展。但是，在此期間，集控中心網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)面臨一定的風(fēng)險(xiǎn)，為了減少這些風(fēng)險(xiǎn)因素的影響，就需要進(jìn)行安全防護(hù)配置。具體而言，需要進(jìn)行專用電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建立，該網(wǎng)絡(luò)與電力企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)這兩種類型的網(wǎng)絡(luò)需要呈現(xiàn)出彼此獨(dú)立的局面，實(shí)現(xiàn)物理隔離，如此一來(lái)，就可以在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的層面上形成相互邏輯隔離的實(shí)時(shí)子網(wǎng)和非實(shí)時(shí)子網(wǎng)，即網(wǎng)絡(luò)專用[4]。除此之外，為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的安全，真正發(fā)揮集控中心的作用，還應(yīng)當(dāng)確保橫向隔離的實(shí)現(xiàn)。需要借助差異化強(qiáng)度的安全設(shè)備將不同的安全區(qū)進(jìn)行隔離，特別是對(duì)于電力生產(chǎn)控制大區(qū)和管理信息大區(qū)這兩項(xiàng)內(nèi)容，要實(shí)現(xiàn)二者隔離的安全性和有效性。與此同時(shí)，還要完成外網(wǎng)公共數(shù)據(jù)區(qū)和內(nèi)網(wǎng)公共數(shù)據(jù)區(qū)的建立。另外，在縱向?qū)用嫔?，還要進(jìn)行有效的認(rèn)證，借助訪問(wèn)控制、加密以及認(rèn)證等措施或技術(shù)手段，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信期間涉及的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)縱向邊界的安全維護(hù)以及遠(yuǎn)方安全傳輸，這可以為水電廠集控中心遠(yuǎn)程控制使用網(wǎng)絡(luò)通信功能時(shí)的安全性和有效性提供保障[5]。

2.3 綜合報(bào)告

這一模塊中涉及多種功能，包括查詢歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警預(yù)測(cè)以及對(duì)機(jī)組的實(shí)時(shí)報(bào)警等。對(duì)機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警這項(xiàng)功能能夠?qū)崟r(shí)對(duì)機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)作出自適應(yīng)判斷，從而為維護(hù)電廠機(jī)組和設(shè)備的工作人員作出科學(xué)判斷創(chuàng)造更加便捷的條件。

2.4 系統(tǒng)管理

以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)所包含的系統(tǒng)管理模塊中牽扯到多種功能，例如專家自診斷功能、組態(tài)管理功能以及軸承管理功能等。立足于分析方法的角度，該模塊能夠以故障頻率分析方法作為依據(jù)，對(duì)故障頻率實(shí)際發(fā)生的位置進(jìn)行清晰的判斷。除此之外，專家自診斷功能可以按照專家規(guī)則庫(kù)，判斷電廠中各機(jī)組存在的故障情況，并達(dá)到對(duì)機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)化獲取的目的。

3 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)在電廠中的實(shí)際應(yīng)用

從當(dāng)前發(fā)展的實(shí)際情況來(lái)看，遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在一些大型工廠核心設(shè)備和旋轉(zhuǎn)機(jī)組中有著較大規(guī)模的應(yīng)用。以發(fā)展階段的角度劃分，電廠機(jī)組和設(shè)備維護(hù)方法的演變能夠被細(xì)分為3 個(gè)階段，分別是事后維修、定期維修以及基于狀態(tài)維護(hù)[6]。起初，事后維修是最為常見(jiàn)的方式，隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，定期維修成為主要的維護(hù)方式，發(fā)展到如今，基于狀態(tài)維護(hù)已經(jīng)成為應(yīng)用頻率最高的一種形式。在一些大規(guī)模電廠中，能夠?qū)C(jī)組運(yùn)行狀況產(chǎn)生影響的故障多種多樣，其中大部分均可以被劃分到漸進(jìn)性故障的范疇中，這些故障在日常的一般性檢查和點(diǎn)檢中難以被發(fā)現(xiàn)并解決，而借助遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)故障發(fā)現(xiàn)的及時(shí)化[7]。

以某一流域內(nèi)集控運(yùn)行的電廠作為研究對(duì)象，該流域所轄7 個(gè)水電廠均是其所在地區(qū)電網(wǎng)中的主力電廠，流域電廠內(nèi)共安裝有18 臺(tái)水力發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量在3 4 ～1 5 0 M W 之間，流域總裝機(jī)容量為150.3 MW，水輪發(fā)電機(jī)型號(hào)既有混流式，也有軸流轉(zhuǎn)槳式，在數(shù)年的觀測(cè)和總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，該流域的年均發(fā)電量能夠達(dá)到45 億kW 時(shí)，肩負(fù)著調(diào)頻、調(diào)峰以及事故備用的責(zé)任。當(dāng)前，負(fù)責(zé)此流域運(yùn)行方式如下：各電廠執(zhí)行“無(wú)人值班、應(yīng)急值守”運(yùn)行方式，不承擔(dān)主控室職責(zé)，異地集控運(yùn)行部負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程運(yùn)行監(jiān)盤(pán)，其設(shè)置5 個(gè)運(yùn)行值，每值配置1 個(gè)值長(zhǎng)和3 個(gè)專責(zé)值班員，總?cè)藬?shù)20 人，按5 值3 倒方式運(yùn)行，主要負(fù)責(zé)日常運(yùn)行監(jiān)盤(pán)及設(shè)備運(yùn)行分析、與電網(wǎng)各類業(yè)務(wù)聯(lián)系及操作命令執(zhí)行、10 kV 以上設(shè)備倒閘操作、閘門(mén)操作、各類數(shù)據(jù)匯總及對(duì)外對(duì)內(nèi)報(bào)送，人員少，工作量大?，F(xiàn)階段，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在該流域遠(yuǎn)程集控運(yùn)行中已經(jīng)得到了有效的應(yīng)用，并在其內(nèi)部的所有機(jī)組、輔機(jī)設(shè)備中做到了監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀態(tài)和診斷故障的實(shí)時(shí)化，取得了相對(duì)良好的應(yīng)用效果。

系統(tǒng)在該流域集控運(yùn)行中的應(yīng)用期間發(fā)揮的作用主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)能夠做到監(jiān)測(cè)并記錄18 臺(tái)發(fā)電機(jī)組油泵、頂蓋排水泵、滲漏排水泵、檢修排水泵、發(fā)電機(jī)等設(shè)備的啟停時(shí)間；②系統(tǒng)還可以深入分析機(jī)組狀態(tài)各類參數(shù)；③當(dāng)機(jī)組運(yùn)行期間出現(xiàn)參數(shù)偏離正常值范圍的現(xiàn)象時(shí)，遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警；④遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)能夠?qū)α饔螂姀S各設(shè)備運(yùn)行期間各部位的溫度變化發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；⑤系統(tǒng)還具備生成智慧報(bào)表的功能，能夠?qū)⑺樾畔⒎治觥㈦娏拷y(tǒng)計(jì)等各類報(bào)表自動(dòng)上報(bào)至系統(tǒng)中，方便集控運(yùn)行值班人員開(kāi)展工作。

具體來(lái)說(shuō)，在流域集控運(yùn)行中，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)能夠借助計(jì)算機(jī)設(shè)備中包含的各個(gè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠內(nèi)部各個(gè)發(fā)電機(jī)組和各項(xiàng)設(shè)施的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障診斷，借助對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的合理布設(shè)能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)組、頂蓋排水泵、滲漏排水泵、檢修排水泵、發(fā)電機(jī)等設(shè)備做到系統(tǒng)化、全面化的監(jiān)測(cè)，對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)振動(dòng)狀況和支撐部件的損傷情況進(jìn)行診斷。以發(fā)電機(jī)設(shè)備為例，該系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)設(shè)備的電氣量進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)這一目的主要依賴于系統(tǒng)中所包含的發(fā)電機(jī)電氣量信號(hào)采集與預(yù)處理系統(tǒng)，同時(shí)，該系統(tǒng)還能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)設(shè)備定子繞組、軸承的溫度變化情況，借助這種方式實(shí)現(xiàn)故障和隱患發(fā)現(xiàn)的及時(shí)化，以便在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行有效的處理。除此之外，在該流域集控運(yùn)行中，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，使用到的分支系統(tǒng)主要包括機(jī)組流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、主變?cè)诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、機(jī)組輔機(jī)監(jiān)測(cè)裝置以及發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)等。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，以大數(shù)據(jù)技術(shù)作為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在流域集控運(yùn)行中能夠發(fā)揮重要的作用，一方面，流域電廠內(nèi)部各個(gè)機(jī)組管理的科學(xué)性和管理水平均能夠得到大幅度提升，另一方面，流域電廠中的設(shè)備和機(jī)組在運(yùn)行期間的安全性也可以得到更加堅(jiān)實(shí)的保障。依托于現(xiàn)如今先進(jìn)的傳感器技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)流域電廠內(nèi)部各個(gè)機(jī)組和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取，進(jìn)而避免“信息孤島”情況的產(chǎn)生。此外，這一遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)流域電廠機(jī)組和診斷其故障的實(shí)時(shí)化，具備很大的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。