大數據技術在火力發(fā)電廠遠程診斷系統(tǒng)中的應用研究

2016-11-06 14:09:07 大云網　點擊量：802 評論 (0)

引言為響應國家節(jié)能減排政策，促進火力發(fā)電機組以更高效、節(jié)能、環(huán)保的方式運行，通過遠程診斷系統(tǒng)，對提高火力發(fā)電機組運行的安全性及經濟性、火電廠信息管理水平和機組性能和效率計算的準確性、機組部分異常問

引言

為響應國家節(jié)能減排政策，促進火力發(fā)電機組以更高效、節(jié)能、環(huán)保的方式運行，通過遠程診斷系統(tǒng)，對提高火力發(fā)電機組運行的安全性及經濟性、火電廠信息管理水平和機組性能和效率計算的準確性、機組部分異常問題的應對能力、機組效率和異常狀態(tài)監(jiān)測等方面具有一定的指導意義。

基于大數據的遠程診斷系統(tǒng)具有以下個特點：

①系統(tǒng)基于實時數據庫實現(xiàn)電廠測數據的大規(guī)模遠程傳輸，保證傳輸過程中數據安全與完整，滿足相關規(guī)定；

② 基于電廠側實時與歷史數據的存儲，結合數學物理模型、現(xiàn)場實際及運行情況、專家經驗知識，建立并不斷優(yōu)化數據、診斷分析模塊，可在實際使用對電廠運行提供具有指導意義的分析。

基于大數據的遠程診斷系統(tǒng)具有以下兩個個特點：

1.系統(tǒng)基于實時數據庫實現(xiàn)電廠側數據的大規(guī)模遠程傳輸，保證傳輸過程中數據安全與完整，滿足相關規(guī)定;

2.基于電廠側實時與歷史數據的存儲，結合數學物理模型、現(xiàn)場實際及運行情況、專家經驗知識，建立并不斷優(yōu)化數據、診斷分析模塊，可在實際使用對電廠運行提供具有指導意義的分析。

大數據的數據源

基于大數據的火電廠遠程診斷系統(tǒng)，依賴大量生產實時數據，通過生產數據的傳輸，火電廠遠程診斷運維系統(tǒng)利用實時數據庫、網絡技術、數據分析算法、傳統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術等，建立遠程診斷運維平臺，實現(xiàn)數據現(xiàn)場采集與存儲、遠程傳輸、實時在線監(jiān)測機組運行狀態(tài)，數據、診斷分析。

根據電力監(jiān)控系統(tǒng)的要求，遠程診斷系統(tǒng)的數據取自火電廠的SIS系統(tǒng)，SIS系統(tǒng)所采集的數據具有周期短，數據量大等特點，SIS系統(tǒng)常用的數據庫有兩種：第一種是PI數據庫；第二種是eDNA數據庫，無論是哪種數據庫，都有其基本的數據類型和標準格式，易于從中挖掘其數據價值，火電廠SIS系統(tǒng)數據的規(guī)模決定了數據挖掘的價值，大數據的技術是伴隨著數據急速膨脹而發(fā)展起來，海量數據中挖掘其價值，從而實現(xiàn)遠程診斷技術的突破，在未來的數據時代必將舉足輕重。

數據傳輸的安全性

基于大數據的火電廠遠程診斷系統(tǒng)離不開數據傳輸，整個系統(tǒng)設備的接入需要符合網絡安全和數據保密性的要求。從數據傳輸方式方面來看，工控機將數據從電廠數據庫采集出來，寫入電廠側的備份數據庫服務器，再由電廠側備份服務器同步至廠家側數據庫服務器，分析時由分析服務器從數據庫服務器獲取數據進行分析。

系統(tǒng)僅從電廠SIS讀取數據，沒有寫數據功能，完全保證了電廠DCS/SIS的數據安全。遠程診斷系統(tǒng)的網絡拓補示意圖如下：

為確保數據傳輸的安全性，必須注意以下幾點：

① 整個數據通信的各項技術接口和終端通信的技術標準、電氣特性和通信方式等不能影響公網的安全，終端必須安裝防病毒軟件、對網絡設備設置通信規(guī)則。按照新的國資委14號令《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定》的“網絡專用、縱向加密”相關要求，在數據通道兩端配置縱向加密裝置。

② 整個系統(tǒng)數據的傳輸依賴互聯(lián)網，互聯(lián)網進出口端必須有相應的安全防護設備，如加裝防火墻、隔離網閘等。數據經過安全防護設備的傳輸，實現(xiàn)應用分析模塊對數據的加工，大大的提高了數據傳輸的安全性。

③ 采用點對點VPN技術來保證數據傳輸過程中的安全性。須在兩側各放置一臺VPN設備，兩臺VPN設備采用點對點VPN鏈路方式，火電廠機組的實時數據將通過這條點對點VPN鏈路傳輸。

遠程診斷系統(tǒng)在火電廠的發(fā)展趨勢

遠程診斷技術經歷了離線監(jiān)測與人工診斷、以多用戶聯(lián)機集中式控制為特征的單機監(jiān)控與診斷、以局域網離散化控制為特征的單機監(jiān)控與診斷、基于Internet的遠程狀態(tài)監(jiān)測診斷結合專家經驗知識幾個發(fā)展階段,是將傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷技術、現(xiàn)場運行維護經驗、設備專家經驗知識與計算機、網絡技術相結合。傳統(tǒng)的監(jiān)測診斷理論日趨成熟，進入21世紀以來飛速發(fā)展的計算機技術和網絡技術提供了完備的硬件設施和技術支持。

20世紀六七十年代設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術應運而生，并受到了業(yè)界的廣泛關注。用計算機對大型機組進行在線狀態(tài)監(jiān)測能夠大規(guī)模的儲存歷史及實時機組運行數據及相關信息資料，及時地了解機組的運行參數、當前工作狀態(tài)，報警監(jiān)測和事故追憶能夠高速瞬時保存大量異常信息，便于進行事故分析與研究。采用模糊數學和灰色理論等進行故障診斷，對監(jiān)測過程中保存的信息分析計算，從而判斷機組是否運行正常或高效。

若存在異常或者故障，則指出相應類別、程度、部位及發(fā)展趨勢，從而合理的給出機組使用壽命的估計、檢修及維修時間的調整、設備設計制造的改進和最佳運行參數設定,對降低設備維護費用，提高機組運行效率，具有十分重大而深遠的意義。

遠程診斷系統(tǒng)在火電廠的實踐

基于大數據的遠程診斷系統(tǒng)通過對電廠實時和歷史運行數據進行分析，包括熱工理論等在內的電站裝備設計技術結合一定的數學分析方法建立數據分析模型，在運行數據積累和現(xiàn)場運行實際的基礎上，調整和完善分析模型，形成對設備故障異常診斷的模塊，實時監(jiān)測電廠機組狀態(tài)，并通過結合現(xiàn)場運維實際和專家診斷經驗，在發(fā)現(xiàn)數據異常時給出相應的運維分析結果、建議和指導意見。根據電廠機組設備長期運行狀態(tài)，系統(tǒng)會同時分別針對鍋爐、汽輪機、發(fā)電機和主要輔機開展診斷分析功能模塊的研究。

案例：通過組態(tài)圖觀察歷史數據，針對主汽和再熱汽溫超+5℃進行分析。如圖1、2所示：在運行安全診斷系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)主汽和再熱汽溫有大量超+5℃的預警，具有以下特點：

a.高溫再熱器主要為A側超溫。

b.持續(xù)時間不等，以5-10分鐘居多。

針對此問題，對可能引起此類現(xiàn)象的相關參數進行歸類整理、作圖表分析（詳見圖3、4）。

根據圖表所示，超溫運行時具備以下條件：

a.機組穩(wěn)定負荷400MW-420MW、以及部分升降負荷時；

b.水煤比小于8.5時，容易出現(xiàn)超溫運行情況；

圖1：主汽和再熱汽溫預警

圖2：上下限監(jiān)視圖

圖3：汽溫與負荷的關系

圖4：汽溫與水煤比的關系

原因分析：水煤比的波動范圍較大，跟蹤不夠及時，對擾動的反應有所滯后。當水煤比低于8.5時，汽溫容易超溫。

運行建議： a.優(yōu)化水煤比熱工設定； b.降低運行時主汽、再熱汽溫設定值。主汽、再熱汽溫鍋爐廠設定運行波動范圍為正5℃負10℃，本身離汽溫報警與壁溫報警有很遠的距離，如此設定的目的是出于汽機安全運行的要求（汽機要求運行溫度正常運行時，高壓缸進口汽溫不超過額定值8℃）。

結語

綜上所述，基于大數據的遠程診斷系統(tǒng)是傳統(tǒng)工業(yè)與互聯(lián)網技術相結合的一次嘗試，它形成了現(xiàn)代化工業(yè)互聯(lián)網系統(tǒng)，通過對火電廠設備系統(tǒng)采集所有實時數據，建立長期存儲實時歷史數據庫，并以此為基礎，對所有數據進行處理，再結合主機設備廠商的經驗知識與技術支持，實現(xiàn)對三大主機的故障診斷、主要設備狀態(tài)監(jiān)測和計算分析、優(yōu)化控制等功能，為電廠節(jié)能減排提供依據，實現(xiàn)延長設備使用壽命，減少重大事故的發(fā)生，確保機組安全、高效運行，最終獲取最大的經濟效益。