張斌 高澤明 閆宗良

河北國(guó)華定州發(fā)電有限責(zé)任公司 河北定州 073000

在發(fā)電項(xiàng)目中，火力發(fā)電機(jī)組是最傳統(tǒng)的發(fā)電方式，也是應(yīng)用最廣的發(fā)電方式[1]。但是火力發(fā)電因?yàn)樾枰獙⒚禾咳紵鹫羝l(fā)熱推動(dòng)鍋爐做功，這一整套系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，包括火力發(fā)電供熱系統(tǒng)、煤炭傳動(dòng)系統(tǒng)、火力發(fā)電給水系統(tǒng)、蒸汽冷凝系統(tǒng)、火力發(fā)電水循環(huán)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等，因此在對(duì)火力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行檢修的過(guò)程中，工作量十分龐大，且一時(shí)間難以辨別所需維修的地點(diǎn)，因此引進(jìn)智慧檢修的方式運(yùn)用到火力發(fā)電機(jī)組的檢修工作中。智慧檢修是通過(guò)計(jì)算機(jī)在線監(jiān)測(cè)火力發(fā)電機(jī)組中的各處信息，分析歷史數(shù)據(jù)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)給出綜合評(píng)價(jià)的一個(gè)檢修系統(tǒng)[2]。本文首先對(duì)智慧檢修的重要性和智慧檢修的研究現(xiàn)狀進(jìn)行探究，簡(jiǎn)單敘述了智慧檢修系統(tǒng)的功能，了解了智慧檢修的研究背景。然后從智慧檢修系統(tǒng)的三個(gè)功能出發(fā)，詳細(xì)介紹了智慧檢修在火力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用。

1 智慧檢修的研究背景

大型火力發(fā)電機(jī)組擁有十分復(fù)雜的設(shè)備儀器，因此這一設(shè)施的檢查和維修工作極其復(fù)雜，只憑人工方法很難在不耽誤電力運(yùn)行的情況下完成檢修，因此需要使用現(xiàn)代科技手段幫助工作人員完成檢修任務(wù)[3]。智慧檢修通常需要以火力發(fā)電機(jī)組以往的工作數(shù)據(jù)作為參考，以國(guó)內(nèi)所有火力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)作為大數(shù)據(jù)依據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)火力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)，通過(guò)計(jì)算機(jī)手段識(shí)別早期的損壞故障征兆，預(yù)測(cè)檢修時(shí)間和檢修方法，并給出合理的檢修方案。綜上所述，就是通過(guò)以往的數(shù)據(jù)判斷火力發(fā)電機(jī)組現(xiàn)在的狀態(tài)，并在其損壞時(shí)給出維修計(jì)劃和維修方法。

2 火力發(fā)電機(jī)組的智慧檢修應(yīng)用研究

現(xiàn)在的智慧檢修設(shè)備大致可以分為三大系統(tǒng)，分別是火力發(fā)電機(jī)組設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、火力發(fā)電機(jī)組損壞程度預(yù)測(cè)判定系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組智慧檢修推薦系統(tǒng)。但是這三大系統(tǒng)只有第一項(xiàng)系統(tǒng)完全達(dá)到了理想狀態(tài)，其他兩項(xiàng)在功能上距離理想狀態(tài)還有很大的不足，因此還需要不斷進(jìn)行完善。到目前為止，智慧檢修設(shè)備只能預(yù)防性地定期對(duì)火力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行維護(hù)檢測(cè)，根據(jù)火力發(fā)電機(jī)組以往的運(yùn)行數(shù)據(jù)推算發(fā)生故障的大概時(shí)間，卻無(wú)法真正地對(duì)火力發(fā)電機(jī)組的維護(hù)維修進(jìn)行決策。且大多數(shù)設(shè)備還屬于國(guó)外產(chǎn)品，價(jià)格昂貴，運(yùn)算性能較差，對(duì)我國(guó)發(fā)電能力的適用性不足，因此將智慧檢修應(yīng)用于火力發(fā)電機(jī)組，研究其有效性，為火力發(fā)電機(jī)組檢修提供參考。

2.1 運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)中心、程序算法運(yùn)行中心和智慧平臺(tái)應(yīng)用中心組成。

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)中心主要具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和設(shè)備檢測(cè)的功能，能夠進(jìn)行對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集、將數(shù)據(jù)編碼轉(zhuǎn)譯、將編碼存儲(chǔ)在硬盤(pán)中、將編碼轉(zhuǎn)移復(fù)制到中央處理器中等多項(xiàng)能力，具備這些能力的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)中心又可以被視為智慧檢修系統(tǒng)的 “偵察兵”，是整個(gè)智慧檢修系統(tǒng)的最先運(yùn)行的部分[4]。

程序算法運(yùn)行中心也是整個(gè)智慧檢修設(shè)備的中央處理器，一般在處理器內(nèi)采取流式算法將轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)的編碼轉(zhuǎn)譯為數(shù)據(jù)，并按照特定的程序算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，經(jīng)過(guò)處理后的數(shù)據(jù)參數(shù)會(huì)轉(zhuǎn)移到下一個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)中，開(kāi)展下一步的工作。相比于最初的算法中心，現(xiàn)在的程序算法運(yùn)行中心已經(jīng)能夠采取在線運(yùn)行的方式處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其內(nèi)部配備了多層算法，可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行。其所有需要編碼轉(zhuǎn)譯的數(shù)據(jù)都來(lái)自于數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)中心，由程序算法運(yùn)行中心統(tǒng)一處理后再返還數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)中心，避免數(shù)據(jù)重復(fù)調(diào)用，浪費(fèi)內(nèi)存空間。

智慧平臺(tái)應(yīng)用中心通常用于管理和發(fā)布發(fā)電機(jī)智慧檢修的應(yīng)用程序，采取開(kāi)放式結(jié)構(gòu)[5]。在智慧檢修系統(tǒng)中，各個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用模塊都在指揮平臺(tái)應(yīng)用中心的管理范圍之內(nèi)，由各個(gè)開(kāi)發(fā)商獨(dú)立運(yùn)營(yíng)與維護(hù)。

運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中需要以關(guān)鍵指標(biāo)量作為標(biāo)準(zhǔn)，判斷火力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部的運(yùn)行良好程度。在分析處理發(fā)電站設(shè)備參數(shù)時(shí)，關(guān)鍵指標(biāo)量能夠起到至關(guān)重要的作用。設(shè)振動(dòng)擺度α 、軸線位移l 、壓力脈動(dòng)ε 和空氣間隙h ，得到關(guān)鍵指標(biāo)量A ：

通過(guò)公式（1）計(jì)算的關(guān)鍵指標(biāo)量A 是一個(gè)重要的指標(biāo)工具。而且還能在局部放電時(shí)為系統(tǒng)提供局部放電脈沖信號(hào)，以便長(zhǎng)期觀察放電趨勢(shì)，判斷需要維修的部位。

2.2 機(jī)組損壞程度預(yù)測(cè)判定系統(tǒng)

機(jī)組損壞程度預(yù)測(cè)判定系統(tǒng)中的首要功能就是大數(shù)據(jù)平臺(tái)，其內(nèi)部核心是一個(gè)擁有超球建模功能的學(xué)習(xí)引擎，能夠通過(guò)分析處理運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中收集到的發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，建立一個(gè)基于火力發(fā)電機(jī)組的健康模型，并通過(guò)對(duì)比健康模型和顯示數(shù)據(jù)之間的差異，判斷火力發(fā)電機(jī)組的健康程度，并實(shí)時(shí)匯報(bào)健康預(yù)測(cè)，機(jī)組損壞程度預(yù)測(cè)判定系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制如圖1 所示。

圖1 機(jī)組損壞程度預(yù)測(cè)判定系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制

如圖1 所示，在該系統(tǒng)中重要的模塊主要分為三個(gè)部分，分別是超球建模模塊、智能感知模塊和故障診斷模塊。超球建模模塊的主要功能是收集觀測(cè)火力發(fā)電機(jī)組的歷史數(shù)據(jù)，并根據(jù)大數(shù)據(jù)庫(kù)中的資料將觀測(cè)到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)譯處理[6]。

超球建模需要以機(jī)器學(xué)習(xí)算法為主要運(yùn)行計(jì)算工具，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)備在火力發(fā)電機(jī)組的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)建立該算法的底層模型，整個(gè)過(guò)程完全由計(jì)算機(jī)本身自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，不需要人為干擾。該模塊基于火力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行歷史參數(shù)，再結(jié)合大數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)資料，按照火力發(fā)電機(jī)組的架構(gòu)及標(biāo)簽整理其所監(jiān)測(cè)的對(duì)象的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后應(yīng)用超球建模算法自動(dòng)分析狀態(tài)關(guān)聯(lián)程度，形成一個(gè)火力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)模型，因此超球建模也被稱為超球模型。

智能感知模塊則是大數(shù)據(jù)平臺(tái)的基本功能之一，在前文超球建模系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不斷感知火力發(fā)電機(jī)組的數(shù)據(jù)更新信息，將更新資料與模型資料對(duì)比，自動(dòng)分析，并給出設(shè)備的健康評(píng)價(jià)值。設(shè)備健康評(píng)價(jià)值又被稱為健康度，是一種能夠體現(xiàn)火力發(fā)電機(jī)組健康狀況的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

故障診斷模塊則是通過(guò)上述數(shù)據(jù)庫(kù)中每個(gè)時(shí)間段火力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)的不同，確定該發(fā)電機(jī)組的健康狀況的一個(gè)模塊?？梢允紫仍跀?shù)據(jù)庫(kù)中收集所有相關(guān)設(shè)備的狀況數(shù)據(jù)，以提高該模塊的權(quán)威性和準(zhǔn)確性。

2.3 智慧檢修系統(tǒng)

使用智慧檢修能夠大幅度提升火力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行管理水平，因火力發(fā)電機(jī)組本身的復(fù)雜性，工作人員難以全面照顧每一臺(tái)火力發(fā)電機(jī)組的完好無(wú)損。而火力發(fā)電機(jī)組一旦產(chǎn)生事故，輕則整個(gè)火力發(fā)電機(jī)組受到損壞需要重新建設(shè)，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)的電力系統(tǒng)癱瘓，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，重則會(huì)導(dǎo)致發(fā)電廠發(fā)生爆炸，造成重大人員傷亡事故。而基于計(jì)算機(jī)的智慧檢修系統(tǒng)卻能夠起到預(yù)警和檢測(cè)作用，及時(shí)提醒工作人員進(jìn)行檢修，保障火力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行有著至關(guān)重要的意義。而且智慧檢修系統(tǒng)的檢修方法是將火力發(fā)電機(jī)組的損傷掐滅在萌芽狀態(tài)，并沒(méi)有等到機(jī)械設(shè)備完全損傷再去修理，此時(shí)的維修費(fèi)用遠(yuǎn)低于事后修補(bǔ)，極大地節(jié)省了檢修成本。

相比已經(jīng)基本成型的運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和機(jī)組損壞程度預(yù)測(cè)判定系統(tǒng)，智能檢修系統(tǒng)一直處于開(kāi)發(fā)階段，目前也沒(méi)有能夠自動(dòng)運(yùn)行的成果。智慧檢修系統(tǒng)是在前兩個(gè)已經(jīng)能夠判定故障地點(diǎn)的模塊基礎(chǔ)上，自動(dòng)生成維修策略，并通過(guò)傳感器等自動(dòng)化機(jī)制，自行維修火力發(fā)電機(jī)組。因此只有智能檢修系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成功，智慧檢修系統(tǒng)才算真正成型。

3 實(shí)驗(yàn)

建立一個(gè)火力發(fā)電機(jī)組的健康模型，這個(gè)健康模型的原始數(shù)據(jù)脫胎于發(fā)電機(jī)組的歷史數(shù)據(jù)中，使用超球建模算法輔助實(shí)現(xiàn)。然后利用智能感知模塊觀測(cè)到的火力發(fā)電機(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)中的健康數(shù)據(jù)，得到該火力發(fā)電機(jī)組的健康值評(píng)價(jià)。如果故障診斷模塊中的數(shù)據(jù)較為全面，還能判斷故障種類和故障地點(diǎn)，如表1 所示。

如表1 所示，當(dāng)智能感知模塊感知到火力發(fā)電機(jī)組設(shè)備損壞具體情況時(shí)，就能夠根據(jù)大數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息得到故障參數(shù)，并通過(guò)計(jì)算分析得到故障部位，從而實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電機(jī)組的智能維修，減少維修損耗，通過(guò)對(duì)比本文提出的智慧檢修在火力發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用方法和文獻(xiàn)[3]火力發(fā)電企業(yè)機(jī)組檢修實(shí)施階段管控方案及系統(tǒng)、文獻(xiàn)[4]基于全生命周期的水電站智慧檢修對(duì)比故障診斷數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度如圖2 所示，由圖2 可知，本文方法可以更好地診斷故障數(shù)據(jù)，為下一步檢修奠定基礎(chǔ)。

表1 故障診斷參考示例

圖2 故障診斷數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度

4 結(jié)語(yǔ)

總體而言，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備是在不斷復(fù)雜化的。而火力發(fā)電機(jī)組作為其中必須長(zhǎng)期保證其完好性，且結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的設(shè)施，只依靠人工檢修已經(jīng)很難維護(hù)，因此上文中所研究的智慧檢修就不可避免地受到重視。越來(lái)越多的電力企業(yè)開(kāi)始建設(shè)智慧檢修設(shè)備，逐步完善智慧檢修體系，打造智慧檢修管理方案。盡管已經(jīng)有很多企業(yè)關(guān)注并應(yīng)用了智慧檢修的方法，但這種方法目前還處于發(fā)展的早期階段，還有許多難點(diǎn)需要進(jìn)行繼續(xù)深入的研究。