薄玉龍

（中國聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引言

社會生產(chǎn)與生活的電力需求量提升，新能源、清潔能源不斷發(fā)展，電氣企業(yè)需要轉(zhuǎn)變現(xiàn)有管理模式，通過創(chuàng)新驅(qū)動實現(xiàn)發(fā)展。同時注重創(chuàng)新管理體制，帶動技術(shù)進步發(fā)展，全面提升生產(chǎn)運營效率，使企業(yè)生產(chǎn)成本降低，加強市場競爭實力。在現(xiàn)代背景下，大量建設(shè)智慧型電廠可以滿足電力企業(yè)發(fā)展需求，同時注重管理模式創(chuàng)新。

1 智慧電廠總體規(guī)劃

火電智慧電廠是在現(xiàn)代數(shù)字處理技術(shù)、通信技術(shù)基礎(chǔ)上，將傳感、自動控制、自動執(zhí)行等技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)安全高效的運行，與智慧電網(wǎng)互相協(xié)調(diào)，讓電力生產(chǎn)和社會資源相協(xié)調(diào)，能提高發(fā)電廠生產(chǎn)的標準化和自動化水平。借助于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及一體化控制平臺，實現(xiàn)智能傳輸、智能控制、智能管理及智能配置，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和管理，充分利用智能技術(shù)支持感知決策，提高管控一體化水平。智慧電廠面向生產(chǎn)設(shè)備全生命周期展開生產(chǎn)和運營管理，尤其是設(shè)備控制層面，通過網(wǎng)絡(luò)、傳感器及自動化控制技術(shù)的應用，提高設(shè)備自主控制能力，減少人為操作，預防人為差錯的發(fā)生。通過智能系統(tǒng)的應用提高設(shè)備運行可靠性，降低生產(chǎn)故障率，有利于生產(chǎn)效益的保障。火電智慧電廠的架構(gòu)體系主要分為智能控制層、一體化智能平臺及智能檢測層，智能結(jié)構(gòu)分工明確。智能檢測層主要對現(xiàn)場進行檢測，收集設(shè)備信息和數(shù)據(jù)，將信息、數(shù)據(jù)與智能控制層共享，及時響應智能控制層指令?；痣娭腔垭姀S通過嵌入式系統(tǒng)將電廠生產(chǎn)過程和全壽命周期相關(guān)信號、參數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中保存，為后續(xù)大數(shù)據(jù)技術(shù)的分析做好準備，智能檢測層主要利用傳感器、信息技術(shù)實現(xiàn)智能化檢測和感知。智能控制層主要利用設(shè)備層的數(shù)據(jù)信息進行智能運行和診斷，監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)，讓智慧電廠高效穩(wěn)定運行。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的應用，智能算法得到演化，新技術(shù)不斷發(fā)展，被不斷應用在生產(chǎn)過程中。經(jīng)過大數(shù)據(jù)技術(shù)優(yōu)化，智能系統(tǒng)對設(shè)備性能指標進行實時計算，掌握機組運行狀態(tài)，對技術(shù)人員進行指導，大幅提高生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全性，更有利于安全生產(chǎn)[1]。當生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生故障時，能根據(jù)數(shù)據(jù)分析提供故障診斷意見，規(guī)避人為主觀因素的影響，給維修人員提供技術(shù)支持。一體化智能平臺用于統(tǒng)計指標和監(jiān)測信息，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集，專項分析數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、監(jiān)督及故障診斷，實現(xiàn)在線監(jiān)管，優(yōu)化生產(chǎn)負荷。一體化管理平臺也涵蓋人力資源管理、財務(wù)管理及生產(chǎn)管理等功能，將火電廠管理工作整合，實現(xiàn)一體化管理，有利于深度挖掘管理數(shù)據(jù)，將生產(chǎn)和管理結(jié)合起來，更有利于火電廠的長遠發(fā)展。

2 智慧電廠建設(shè)及智能發(fā)電技術(shù)的應用

2.1 遙視系統(tǒng)

遙視系統(tǒng)可全方位監(jiān)控電廠，應用范圍應用十分范圍，具有局限性。電廠中遙視系統(tǒng)可通過攝像頭，實現(xiàn)監(jiān)視、錄像，并能與其他設(shè)備配合實現(xiàn)安全、門禁等功能。人工智能技術(shù)的出現(xiàn)，能夠準確提取、科學分析監(jiān)控視頻的詳細信息，以探索設(shè)備故障有關(guān)事件，并給予針對性處理。當前很多人工智能在遙視系統(tǒng)中的應用備受行內(nèi)專業(yè)人士的關(guān)注，取得了顯著的效果。電廠遙視系統(tǒng)的功能需求較碎片化，設(shè)備監(jiān)控方面為其重點研究方向，功能的實現(xiàn)主要通過圖像處理。傳統(tǒng)機器學習方法的應用還沒有得到廣泛推廣。深度學習可以學習圖像中的特征，為遙測系統(tǒng)的信息分析帶來了許多新的方法。然而，這種方法仍處于初級階段，應加強技術(shù)的優(yōu)化。

2.2 建立智能化獨立子系統(tǒng)

現(xiàn)階段，某電廠建立獨立子系統(tǒng)，涉及綜合管控系統(tǒng)、燃料智能化管理系統(tǒng)。對于燃料智能化管理系統(tǒng)，必須全方位管理燃料，基于電廠燃料管理需求，做好總體規(guī)劃設(shè)計，同時融合信息化、智能化理念，將條碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)融入燃料管理中，以此提升電廠燃料管理新高度，以智能化方式管理燃料全過程[2]。電廠智能管控系統(tǒng)，需要通過智慧小區(qū)、智慧城市理念，充分發(fā)揮信息技術(shù)、計算機技術(shù)支持，利用協(xié)議轉(zhuǎn)化、信息集成、數(shù)據(jù)接口方式，將火災消防報警系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)平臺連接在一起，以此實現(xiàn)不同子系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動、信息共享，確保電廠管理的便利性、高效性、安全性。針對用戶異常行為，可以及時診斷用能異常，分析費用聯(lián)動。通過用能全域數(shù)據(jù)模型，監(jiān)控能源消費，同時分析能源損耗。

2.3 專家診斷系統(tǒng)

根據(jù)生產(chǎn)、運維數(shù)據(jù)，建立云端數(shù)據(jù)庫，并通過數(shù)據(jù)分析建立專家診斷系統(tǒng)，能及時診斷故障和事故，積極預測風險，提高生產(chǎn)安全性。尤其是對火電智慧電廠中汽輪機組、風機、磨煤制粉設(shè)備等核心機械設(shè)備的關(guān)鍵部件，展開全程溫度檢測，預估運行狀態(tài)。例如：滾動軸承溫度閾值為95℃，滑動軸承溫度閾值為80℃，引風機電機定子、軸承的溫度閾值分別為130℃、110℃，當工業(yè)設(shè)備出現(xiàn)溫度異常后，需立即發(fā)出報警信息，避免溫度過高停機后才察覺。因此需要對重要部件設(shè)定報警值，充分利用溫度傳感器對重要部件全程監(jiān)控，當溫度升高至報警閾值后，立即發(fā)出警報信息。通過對核心設(shè)備部件溫度狀態(tài)實時識別，可以保證設(shè)備穩(wěn)定運行。除溫度外，部分部件經(jīng)長時間運行已達部件壽命，狀態(tài)劣化，需要及時更換。如泵軸承、風機軸承等部件，其維修周期約為1×105h，以5×104h 為1 個周期，利用數(shù)據(jù)模型模擬核心部件，預估部件服役狀態(tài)，根據(jù)模型預測結(jié)果判斷設(shè)備能否正常運轉(zhuǎn)，決策是否進行維修或更換[3]。專家診斷系統(tǒng)能對生產(chǎn)設(shè)備展開狀態(tài)評估，利用數(shù)據(jù)模型分析設(shè)備壽命和故障，制訂檢修決策。同時能對設(shè)備進行在線診斷，提供檢修意見，大幅提高人工檢修工作的效率。

2.4 智能設(shè)備

（1）精益設(shè)備檢修業(yè)務(wù)的管理，固化了設(shè)備檢修的業(yè)務(wù)流程，實現(xiàn)了一個有效管理的復制，避免了某些重復性的工作。按照a、b、c 各級的每一個年度進行檢修，根據(jù)每一個年度的機組檢修工藝設(shè)計方案，實現(xiàn)”一鍵啟動”的所有檢修工作項目，機組的所有檢修工作項目都啟動，根據(jù)需要套用的檢修模板，自動向相應的檢修標項列表，精益檢修管理，在線了解各種設(shè)備檢修的工作區(qū)域、進度、質(zhì)量、成本等方面的變化。

（2）預知性維護，分別為各個專業(yè)人員所統(tǒng)計的預防性維護指標，其中包括實施率、及時度、合格率等，并對其進行跟蹤挖掘。由被動維修，到預防性維修，再發(fā)展為可以預測的維修。通過連續(xù)測量和分析，預測性的保養(yǎng)系統(tǒng)是一種準確的保養(yǎng)指標，包括與設(shè)備零部件殘留壽命、機械零部件的剩余壽命等密切相關(guān)的保養(yǎng)指標。關(guān)鍵運行參數(shù)資料可以被廣泛地用來判斷機器的工作輔助和決策，判斷機器工作的運行情況、優(yōu)化設(shè)備進行維護的工作時間和位置，從而真正實現(xiàn)了對機器運行的可控、在管。這樣我們就已經(jīng)做到了在進行維護和檢修之前心里有數(shù)，在進行維護的過程中得心應手。

2.5 智能診斷處理及報警功能

為了提高火電機組報警的可靠性、智能性、易用性，針對當前報警功能存在的不足，采用智能診斷處理及報警系統(tǒng)，主要包括四個模塊：滋擾報警抑制模塊、智能預警模塊、報警根源分析模塊、報警增強展現(xiàn)模塊。

2.5.1 滋擾報警抑制

滋擾報警通常不代表出現(xiàn)故障，振蕩報警和重復報警是其主要形式。其危害是對運行人員正常操作造成干擾。滋擾報警抑制功能通過多變量聯(lián)合判斷、統(tǒng)計分析、濾波延遲等技術(shù)手段抑制、減少滋擾報警。

2.5.2 智能預警

主要功能是檢測設(shè)備參數(shù)是否處于正常范圍之內(nèi)，當發(fā)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)偏離正常范圍時，向有關(guān)人員發(fā)出預警信號?？蓪崿F(xiàn)大量需要監(jiān)視的重要參數(shù)劣化分析的自動監(jiān)測和提前預警，從而防止事故的進一步擴大，可快速定位存在異常的部位和參數(shù)，提供實時和歷史相結(jié)合的分析手段，可以幫助運行相關(guān)人員分析過程存在的問題。

2.5.3 智能報警根源分析

故障根源回溯的依據(jù)是將高級值班員的專業(yè)知識和豐富經(jīng)驗、運行規(guī)程、設(shè)備設(shè)計資料等表達和固化為代碼形式的邏輯故障知識庫。系統(tǒng)依靠邏輯故障知識庫、推理機及高性能歷史站的數(shù)據(jù)進行故障樹專家推理分析[4]。

2.6 根據(jù)需求痛點，設(shè)計智慧電廠業(yè)務(wù)能力點

基于電力生產(chǎn)中的業(yè)務(wù)實際痛點需求，將枕頭壩電廠智慧業(yè)務(wù)能力劃分為五層，從基礎(chǔ)往上依次為：設(shè)備智能層、系統(tǒng)智能層、作業(yè)智能層、生產(chǎn)智能層、電廠管理層。設(shè)備智能層對應智慧業(yè)務(wù)能力的“泛在感知”場景，主要包含實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)感知和自主運行的能力。系統(tǒng)智能層對應智慧業(yè)務(wù)能力的“數(shù)字孿生”和“多系統(tǒng)聯(lián)動”場景，通過各種數(shù)字化手段實現(xiàn)控制單元的智能化升級，實現(xiàn)多系統(tǒng)之間聯(lián)動控制，構(gòu)建基于設(shè)備機理的數(shù)字孿生云端電廠。作業(yè)智能層對應智慧業(yè)務(wù)能力的“無人巡檢”“智能操作”“智能作業(yè)輔助”三大場景，實現(xiàn)電廠運行監(jiān)盤、巡檢、操作、定期輪換/試驗、消缺、檢修、事故處理及作業(yè)現(xiàn)場智能化管理等作業(yè)行為的智能化。生產(chǎn)智能層對應智慧業(yè)務(wù)能力的“安全風險管理”和“智能生產(chǎn)管理”場景，對設(shè)備管理、檢修管理、缺陷管理、安全風險管理、備品備件及工器具管理等生產(chǎn)管理活動提供智能化支持。電廠管理層對應智慧業(yè)務(wù)能力的“電廠駕駛艙”場景，基于領(lǐng)導層的視野，實現(xiàn)智慧電廠的宏觀態(tài)勢整體管控能力，其核心包括生產(chǎn)態(tài)勢管理、所有安全生產(chǎn)風險的集中管控，以及應急指揮的一體化管控能力。

2.7 建立數(shù)據(jù)集成平臺

智慧型電廠運營期間，注重建立數(shù)據(jù)管理平臺，對電廠設(shè)計、調(diào)試、采購與運維進行整合，尤其是各環(huán)節(jié)資料、文件、數(shù)據(jù)等，屬于企業(yè)工程數(shù)據(jù)管理庫，可以整合、共享、存儲工程信息，屬于重要載體。一般來說，數(shù)據(jù)集成平臺涉及工程信息檢索、數(shù)據(jù)管理、電子檔案維修、流程管理、資產(chǎn)可視化、生產(chǎn)可視化等。在數(shù)據(jù)集成平臺上，數(shù)字化移交屬于重要內(nèi)容，能夠為數(shù)據(jù)平臺建設(shè)奠定基礎(chǔ)。不同單位應做好協(xié)同工作。數(shù)據(jù)平臺通過統(tǒng)一標識編碼格式，將不同數(shù)據(jù)連接在一起，以三維數(shù)字模型、CAD 圖紙、Office 文檔方式提交，但是卻無法通過電子文件方式提交，必須提交紙質(zhì)版文件，通過數(shù)據(jù)集成管理平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一化錄入和集成，發(fā)送至生產(chǎn)信息管控平臺[5]。所以，數(shù)據(jù)管理平臺將數(shù)據(jù)作為核心可以準確抓取對象，在建立關(guān)系圖示的同時做好導航。

2.8 交流和直流一體化電源系統(tǒng)中的直流充電模塊

組成直流充電模塊的主要元素有交流配電單元、單元充電模塊、單元直流饋電、單元集中監(jiān)控、絕緣監(jiān)測和蓄電池組等。因為相關(guān)開關(guān)器件的質(zhì)量有所不同，它們的性能同樣不同。受這方面因素影響，往往每個開關(guān)電源模塊的最大輸出功率能達到幾千瓦。但在智慧電廠建設(shè)的實踐中，依靠直流系統(tǒng)，僅僅需要幾百千瓦的供電電能。因此，這就需要遴選并且并聯(lián)相對多個高頻開關(guān)電源模塊，用來保證充電機能夠完成一定大功率電能的輸出。針對隔離變壓器而言，因為它具有相應的高頻化特點，需要具有相對較小的體積和質(zhì)量，才能體現(xiàn)它的有利性。另外，如果選擇運用一定的軟開關(guān)技術(shù)，還可在一定程度上大幅度減少對開關(guān)的相關(guān)損耗，并能相應提高它們的變換效率。在智慧電廠的直流供電系統(tǒng)中，絕緣監(jiān)測技術(shù)同樣必不可少，因為這項技術(shù)可以實施對正負母線的接地絕緣，并能對正母線接地可能出現(xiàn)的失誤操作、對負母線接地出現(xiàn)的單點接地等問題實施必要的實時監(jiān)測，以防出現(xiàn)斷路器的拒動問題。

2.9 開關(guān)設(shè)備智能化

電廠部分開關(guān)設(shè)備主要采用開關(guān)本體+傳感器+智能元件的方式實現(xiàn)進一步智能化。傳感器主要包括FS6氣體密度、微水、開關(guān)本體放電、電流波形開關(guān)的分合、蓄能發(fā)動機的打壓時間和工作狀態(tài)，智能元件包括智能終端設(shè)備、連接合并單元、保護、測量和控制裝置等。智能元件的監(jiān)測信息按照DL/T860 標準連接到綜合信息平臺，將分析結(jié)果上傳到主站或狀態(tài)監(jiān)測裝置。進一步實現(xiàn)了智能化在線檢測功能，如開關(guān)測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)、狀態(tài)可視化、功能集成和信息交互。另外，開關(guān)采用隔離斷路器，電子式電流、電壓互感器套管安裝在開關(guān)座上，取代了臥式隔離開關(guān)的靜態(tài)側(cè)絕緣子，節(jié)省了隔離開關(guān)、電廠和設(shè)備的集成和共享。每個隔離開關(guān)配備有1 個狀態(tài)檢測裝置，并放置在間隔智能元件柜中。

3 結(jié)語

隨著我國社會經(jīng)濟和信息科學的進步，智慧電廠已經(jīng)越來越多地受到了電力企業(yè)的關(guān)注，其發(fā)展亦是必然的結(jié)果，智慧電廠所具有的預期性和效果也是顯著的。智慧電廠建設(shè)作為電力的主要動力來源，必將得到進一步深入發(fā)展。