作者：南京科遠自動(dòng)化集團股份有限公司 陳亞明

1　引言

工業(yè)企業(yè)已進(jìn)入了“大數據”時(shí)代，企業(yè)所管理數據的規模、種類(lèi)和復雜程度都在以前所未有的速度爆炸式增長(cháng)。大數據是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的命脈，通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新與發(fā)展，以及數據的全面感知、收集、分析、共享，為企業(yè)管理者和參與者呈現出看待電力行業(yè)價(jià)值鏈的全新視角。

南京科遠自動(dòng)化集團股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)科遠股份）作為國內領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)、產(chǎn)品與解決方案供應商，擁有NT6000分散控制系統、SyncBASE大型實(shí)時(shí)數據庫等眾多核心產(chǎn)品和技術(shù)，并建立了基于大數據分析的“智能工業(yè)云平臺系統”，使科遠股份有能力為大數據挖掘提供具體應用。

基于上述背景和條件，“基于工業(yè)大數據分析的電站運行優(yōu)化與三維可視化故障診斷系統”應運而生，并獲選2017年江蘇大數據應用示范項目。

2　系統簡(jiǎn)介

“基于工業(yè)大數據分析的電站運行優(yōu)化與三維可視化故障診斷系統”以三維可視化作為展現基礎、大數據作為數據支持、人工智能算法作為核心。通過(guò)對數據的整理與分析，將有價(jià)值的數據和信息提供給操作人員，使所獲得的海量數據和信息的價(jià)值得到有效和及時(shí)的利用?；诤Ａ康臍v史數據分析，發(fā)現數據中隱藏的運行規律、故障征兆等，實(shí)現事故的提前預警和故障的推理診斷。其由設備故障診斷、智能預警和優(yōu)化運行等多個(gè)模塊組成。

2.1　設備故障診斷

設備運行中，不可避免會(huì )出現各種故障。一旦出現故障，能否快速進(jìn)行診斷并消除，對于企業(yè)來(lái)說(shuō)非常重要。傳統故障診斷多采用事后分析模式，不能實(shí)現預測、預警等“事先調整與預防”。

從故障產(chǎn)生的過(guò)程和機理看，任何故障的發(fā)生都是一個(gè)漸變的過(guò)程，演變過(guò)程中往往會(huì )伴隨有一些重要特征的變化。只要使用有效的監測手段及時(shí)捕捉到這些征兆，并利用最新的人工智能等技術(shù)將人類(lèi)長(cháng)期處理這些故障積累的寶貴經(jīng)驗加以總結、分析和提煉，即可逐步掌握各類(lèi)事故發(fā)生的內在規律，做到準確預報事故，爭取將事故消滅在萌芽狀態(tài)。

故障診斷技術(shù)可通過(guò)先進(jìn)的狀態(tài)監測和診斷手段，識別設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警，指導運行操作人員對事故早期報警做出迅速有效的反應，實(shí)現了潛在故障的事前處理，變被動(dòng)事后處理為事前主動(dòng)預防。

以往故障的發(fā)生和處理，大多是運行人員依照運行規程和實(shí)踐經(jīng)驗，根據現場(chǎng)情況進(jìn)行判斷、推理和處理，它難以用精確的數學(xué)模型來(lái)描述，很難通過(guò)傳統的數學(xué)方法求解得以解決。故障診斷系統改用專(zhuān)家系統，內置故障診斷知識庫，可根據設備的狀態(tài)數據和設備故障模型對設備故障機制進(jìn)行分析，自動(dòng)診斷設備的故障成因并給出檢修指導。同時(shí)知識庫具有自學(xué)習功能，可將診斷過(guò)程記錄或診斷案例轉換為知識存儲到知識庫中。

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

風(fēng)機性能在線(xiàn)監測與故障診斷系統

四管防磨防爆系統

汽輪機故障診斷系統

2.2　智能預警系統

目前，我國大型發(fā)電機組普遍采用DCS系統，但大多采用定值報警。在發(fā)電機組正常運行時(shí)也會(huì )存不少報警信息，當機組運行出現異常時(shí)更是形成大量報警，往往出現無(wú)效報警淹飾有效報警的現象，啟停過(guò)程中尤為突出。這反而將機組運行人員帶入了一個(gè)“數據泛濫，報警成災”的困境，使得操作人員無(wú)所適從。大量的數據不加以整理和分析，不能稱(chēng)之為信息，更不能為我們所用。

智能預警系統以電廠(chǎng)一個(gè)大修周期的數據作為大數據分析的數據源，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范圍，并據此整定出運行參數的動(dòng)態(tài)報警閾值，對應提示越限后果。以系統、設備、參數為主線(xiàn)，按重要程度進(jìn)行分級分類(lèi)，對過(guò)程報警進(jìn)行整合，形成精確報警，避免誤報。同時(shí)，提供越限預警、故障主因診斷、輔機設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(yíng)得故障處理時(shí)間，提高機組運行水平。

智能預警系統在傳統報警的基礎上，通過(guò)大數據分析的方法，可消除滿(mǎn)屏皆報的是混亂報警顯示局面，報警屏上的報警更簡(jiǎn)潔清楚，便于運行人員確認處理，不誤報，不拒報。

2.3　基于大數據分析的運行優(yōu)化系統

基于大數據分析的運行優(yōu)化系統以效益優(yōu)先為指導思想，在系統的每個(gè)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，通過(guò)各種有效途徑為發(fā)電企業(yè)節能降耗。該模塊包含了機組離在線(xiàn)性能試驗系統、性能計算及耗差分析系統、以及設備與運行優(yōu)化等幾個(gè)方面。

機組離在線(xiàn)性能試驗系統可以完成對機組數據的自動(dòng)采集和記錄，并可以立即進(jìn)行熱力計算，自動(dòng)生成試驗報告；可以隨時(shí)提取歷史上任意時(shí)段的數據進(jìn)行離線(xiàn)試驗；可以使得電廠(chǎng)經(jīng)常進(jìn)行性能試驗，從而實(shí)時(shí)了解機組的經(jīng)濟性變化情況，節省進(jìn)行常規性能試驗的大部分費用，降低電廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)成本。

性能計算及耗差分析系統，利用從DCS等過(guò)程控制系統采集到的數據，通過(guò)基于國家和電力行業(yè)標準的計算模型，計算出各個(gè)設備、單臺機組和整個(gè)電廠(chǎng)的經(jīng)濟性指標，以實(shí)時(shí)畫(huà)面、報表、歷史曲線(xiàn)等多種方式展示給用戶(hù)，并在全工況數據庫基礎上通過(guò)多種指標的耗差來(lái)指導用戶(hù)采取最經(jīng)濟措施進(jìn)行電能生產(chǎn)，實(shí)現節能降耗。

設備與運行優(yōu)化內容包括：氧量?jì)?yōu)化，循環(huán)水系統優(yōu)化，調峰優(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)化系統等，通過(guò)采集到的機組數據和設備本身性能計算相結合，得到各個(gè)設備的最優(yōu)運行狀態(tài)，使電廠(chǎng)總體在最佳狀態(tài)下運行。

3　系統應用

《基于工業(yè)大數據分析的電站運行優(yōu)化與三維可視化故障診斷系統》已在多個(gè)項目投入應用，其首個(gè)實(shí)施項目位于南京市棲霞區龍潭街道馬渡村的大唐南京發(fā)電廠(chǎng)，總投資額為2000萬(wàn)元，其中硬件設備投入1100萬(wàn)元，大數據存儲、分析、挖掘以及事故預報專(zhuān)家系統等軟件開(kāi)發(fā)費用900萬(wàn)元。大唐南京發(fā)電廠(chǎng)#1、2機組在工業(yè)生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的大數據一方面支撐本項目的開(kāi)發(fā)與研究，另一方面也共享給相關(guān)主要設備，如鍋爐、汽輪機、發(fā)電機等生產(chǎn)主設備廠(chǎng)家用于分析、診斷設備運行狀態(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)研究機構用于運行優(yōu)化、調節的分析、研究工作。

通過(guò)該項目的實(shí)施，成功地建立了基于工業(yè)大數據的設備遠程診斷系統，并實(shí)現了生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化與事故預報系統的上線(xiàn)，該項目的實(shí)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)政策引導的大背景下，在節能減排政策的要求和發(fā)電集團集約化、高效管理的需求驅動(dòng)下，基于集中管控、智慧決策、智能控制、傻瓜式運行的自動(dòng)化模式將成為現實(shí)，智慧型發(fā)電廠(chǎng)成為新的發(fā)展方向。

4　效益分析

基于工業(yè)大數據分析的電站運行優(yōu)化與三維可視化故障診斷系統符合信息時(shí)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(chǎng)，應積極采用先進(jìn)的優(yōu)化控制和管理軟件，其意義主要為：

（1）促進(jìn)觀(guān)念轉變?；痣姀S(chǎng)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(lái)不可控或不清楚的能量損失全部量化，幫助進(jìn)行分析、查找故障，提出節能降耗的優(yōu)化措施，強化運行和管理人員的經(jīng)濟管理意識，促進(jìn)觀(guān)念轉變。

（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(guò)程的手段和工具，而不僅限于給出計算結果。

（3）是MIS和ERP的基礎，并能最大限度地發(fā)揮DCS作用。

（4）提高專(zhuān)家資源利用率。專(zhuān)家可在短期內同時(shí)處理多個(gè)電廠(chǎng)的性能/故障分析，對于偏遠地區電廠(chǎng)的重大事故分析具有典型意義。

本系統采用“大數據”戰略計劃理念，將先進(jìn)的信息技術(shù)與傳統發(fā)電產(chǎn)業(yè)相結合，通過(guò)信息化技術(shù)手段改變傳統產(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理模式，減少經(jīng)營(yíng)管理成本、增強企業(yè)管理水平；縮短維修時(shí)間、延長(cháng)檢修周期；提高能效、提高電廠(chǎng)產(chǎn)能、降低生產(chǎn)成本；提高系統可靠性、減少起動(dòng)失敗次數。是采用技術(shù)手段促進(jìn)發(fā)電效率提升的示范作用，成為能源行業(yè)、電力系統的一個(gè)創(chuàng )新亮點(diǎn)，對于“大數據”應用在傳統行業(yè)的推廣與應用將產(chǎn)生深遠的推動(dòng)作用。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年3月刊