大數(shù)據(jù)技術(shù)在火力發(fā)電廠(chǎng)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
引言為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策,促進(jìn)火力發(fā)電機(jī)組以更高效、節(jié)能、環(huán)保的方式運(yùn)行,通過(guò)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng),對(duì)提高火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性及經(jīng)濟(jì)性、火電廠(chǎng)信息管理水平和機(jī)組性能和效率計(jì)算的準(zhǔn)確性、機(jī)組部分異常問(wèn)
引言
為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策,促進(jìn)火力發(fā)電機(jī)組以更高效、節(jié)能、環(huán)保的方式運(yùn)行,通過(guò)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng),對(duì)提高火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性及經(jīng)濟(jì)性、火電廠(chǎng)信息管理水平和機(jī)組性能和效率計(jì)算的準(zhǔn)確性、機(jī)組部分異常問(wèn)題的應(yīng)對(duì)能力、機(jī)組效率和異常狀態(tài)監(jiān)測(cè)等方面具有一定的指導(dǎo)意義。
基于大數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)具有以下個(gè)特點(diǎn):
①系統(tǒng)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)電廠(chǎng)測(cè)數(shù)據(jù)的大規(guī)模遠(yuǎn)程傳輸,保證傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)安全與完整,滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定;
② 基于電廠(chǎng)側(cè)實(shí)時(shí)與歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),結(jié)合數(shù)學(xué)物理模型、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及運(yùn)行情況、專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)知識(shí),建立并不斷優(yōu)化數(shù)據(jù)、診斷分析模塊,可在實(shí)際使用對(duì)電廠(chǎng)運(yùn)行提供具有指導(dǎo)意義的分析。
基于大數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)具有以下兩個(gè)個(gè)特點(diǎn):
1.系統(tǒng)基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)電廠(chǎng)側(cè)數(shù)據(jù)的大規(guī)模遠(yuǎn)程傳輸,保證傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)安全與完整,滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)定;
2.基于電廠(chǎng)側(cè)實(shí)時(shí)與歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),結(jié)合數(shù)學(xué)物理模型、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及運(yùn)行情況、專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)知識(shí),建立并不斷優(yōu)化數(shù)據(jù)、診斷分析模塊,可在實(shí)際使用對(duì)電廠(chǎng)運(yùn)行提供具有指導(dǎo)意義的分析。
大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源
基于大數(shù)據(jù)的火電廠(chǎng)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng),依賴(lài)大量生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),通過(guò)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳輸,火電廠(chǎng)遠(yuǎn)程診斷運(yùn)維系統(tǒng)利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析算法、傳統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)等,建立遠(yuǎn)程診斷運(yùn)維平臺(tái),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集與存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程傳輸、實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài),數(shù)據(jù)、診斷分析。
根據(jù)電力監(jiān)控系統(tǒng)的要求,遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)取自火電廠(chǎng)的SIS系統(tǒng),SIS系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)具有周期短,數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn),SIS系統(tǒng)常用的數(shù)據(jù)庫(kù)有兩種:第一種是PI數(shù)據(jù)庫(kù);第二種是eDNA數(shù)據(jù)庫(kù),無(wú)論是哪種數(shù)據(jù)庫(kù),都有其基本的數(shù)據(jù)類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)格式,易于從中挖掘其數(shù)據(jù)價(jià)值,火電廠(chǎng)SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的規(guī)模決定了數(shù)據(jù)挖掘的價(jià)值,大數(shù)據(jù)的技術(shù)是伴隨著數(shù)據(jù)急速膨脹而發(fā)展起來(lái),海量數(shù)據(jù)中挖掘其價(jià)值,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷技術(shù)的突破,在未來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)代必將舉足輕重。
數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?/div>
基于大數(shù)據(jù)的火電廠(chǎng)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)離不開(kāi)數(shù)據(jù)傳輸,整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的接入需要符合網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)保密性的要求。從數(shù)據(jù)傳輸方式方面來(lái)看,工控機(jī)將數(shù)據(jù)從電廠(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)采集出來(lái),寫(xiě)入電廠(chǎng)側(cè)的備份數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,再由電廠(chǎng)側(cè)備份服務(wù)器同步至廠(chǎng)家側(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,分析時(shí)由分析服務(wù)器從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
系統(tǒng)僅從電廠(chǎng)SIS讀取數(shù)據(jù),沒(méi)有寫(xiě)數(shù)據(jù)功能,完全保證了電廠(chǎng)DCS/SIS的數(shù)據(jù)安全。遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)示意圖如下:
為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕仨氉⒁庖韵聨c(diǎn):
① 整個(gè)數(shù)據(jù)通信的各項(xiàng)技術(shù)接口和終端通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、電氣特性和通信方式等不能影響公網(wǎng)的安全,終端必須安裝防病毒軟件、對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)置通信規(guī)則。按照新的國(guó)資委14號(hào)令《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》的“網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)用、縱向加密”相關(guān)要求,在數(shù)據(jù)通道兩端配置縱向加密裝置。
② 整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸依賴(lài)互聯(lián)網(wǎng),互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)出口端必須有相應(yīng)的安全防護(hù)設(shè)備,如加裝防火墻、隔離網(wǎng)閘等。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)安全防護(hù)設(shè)備的傳輸,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用分析模塊對(duì)數(shù)據(jù)的加工,大大的提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/div>
③ 采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)VPN技術(shù)來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的安全性。須在兩側(cè)各放置一臺(tái)VPN設(shè)備,兩臺(tái)VPN設(shè)備采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)VPN鏈路方式,火電廠(chǎng)機(jī)組的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)將通過(guò)這條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)VPN鏈路傳輸。
遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)在火電廠(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)
遠(yuǎn)程診斷技術(shù)經(jīng)歷了離線(xiàn)監(jiān)測(cè)與人工診斷、以多用戶(hù)聯(lián)機(jī)集中式控制為特征的單機(jī)監(jiān)控與診斷、以局域網(wǎng)離散化控制為特征的單機(jī)監(jiān)控與診斷、基于Internet的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷結(jié)合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)幾個(gè)發(fā)展階段,是將傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)、設(shè)備專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)與計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)診斷理論日趨成熟,進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了完備的硬件設(shè)施和技術(shù)支持。
20世紀(jì)六七十年代設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,并受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。用計(jì)算機(jī)對(duì)大型機(jī)組進(jìn)行在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)能夠大規(guī)模的儲(chǔ)存歷史及實(shí)時(shí)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)及相關(guān)信息資料,及時(shí)地了解機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)、當(dāng)前工作狀態(tài),報(bào)警監(jiān)測(cè)和事故追憶能夠高速瞬時(shí)保存大量異常信息,便于進(jìn)行事故分析與研究。采用模糊數(shù)學(xué)和灰色理論等進(jìn)行故障診斷,對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中保存的信息分析計(jì)算,從而判斷機(jī)組是否運(yùn)行正常或高效。
若存在異常或者故障,則指出相應(yīng)類(lèi)別、程度、部位及發(fā)展趨勢(shì),從而合理的給出機(jī)組使用壽命的估計(jì)、檢修及維修時(shí)間的調(diào)整、設(shè)備設(shè)計(jì)制造的改進(jìn)和最佳運(yùn)行參數(shù)設(shè)定,對(duì)降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用,提高機(jī)組運(yùn)行效率,具有十分重大而深遠(yuǎn)的意義。
遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)在火電廠(chǎng)的實(shí)踐
基于大數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電廠(chǎng)實(shí)時(shí)和歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,包括熱工理論等在內(nèi)的電站裝備設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)合一定的數(shù)學(xué)分析方法建立數(shù)據(jù)分析模型,在運(yùn)行數(shù)據(jù)積累和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)際的基礎(chǔ)上,調(diào)整和完善分析模型,形成對(duì)設(shè)備故障異常診斷的模塊,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電廠(chǎng)機(jī)組狀態(tài),并通過(guò)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維實(shí)際和專(zhuān)家診斷經(jīng)驗(yàn),在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)給出相應(yīng)的運(yùn)維分析結(jié)果、建議和指導(dǎo)意見(jiàn)。根據(jù)電廠(chǎng)機(jī)組設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài),系統(tǒng)會(huì)同時(shí)分別針對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和主要輔機(jī)開(kāi)展診斷分析功能模塊的研究。
案例:通過(guò)組態(tài)圖觀(guān)察歷史數(shù)據(jù),針對(duì)主汽和再熱汽溫超+5℃進(jìn)行分析。如圖1、2所示:在運(yùn)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(yù)警,具有以下特點(diǎn):
a.高溫再熱器主要為A側(cè)超溫。
b.持續(xù)時(shí)間不等,以5-10分鐘居多。
針對(duì)此問(wèn)題,對(duì)可能引起此類(lèi)現(xiàn)象的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行歸類(lèi)整理、作圖表分析(詳見(jiàn)圖3、4)。
根據(jù)圖表所示,超溫運(yùn)行時(shí)具備以下條件:
a.機(jī)組穩(wěn)定負(fù)荷400MW-420MW、以及部分升降負(fù)荷時(shí);
b.水煤比小于8.5時(shí),容易出現(xiàn)超溫運(yùn)行情況;
圖1:主汽和再熱汽溫預(yù)警
圖2:上下限監(jiān)視圖
圖3:汽溫與負(fù)荷的關(guān)系
圖4:汽溫與水煤比的關(guān)系
原因分析:水煤比的波動(dòng)范圍較大,跟蹤不夠及時(shí),對(duì)擾動(dòng)的反應(yīng)有所滯后。當(dāng)水煤比低于8.5時(shí),汽溫容易超溫。
運(yùn)行建議: a.優(yōu)化水煤比熱工設(shè)定; b.降低運(yùn)行時(shí)主汽、再熱汽溫設(shè)定值。主汽、再熱汽溫鍋爐廠(chǎng)設(shè)定運(yùn)行波動(dòng)范圍為正5℃負(fù)10℃,本身離汽溫報(bào)警與壁溫報(bào)警有很遠(yuǎn)的距離,如此設(shè)定的目的是出于汽機(jī)安全運(yùn)行的要求(汽機(jī)要求運(yùn)行溫度正常運(yùn)行時(shí),高壓缸進(jìn)口汽溫不超過(guò)額定值8℃)。
結(jié)語(yǔ)
綜上所述,基于大數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)是傳統(tǒng)工業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的一次嘗試,它形成了現(xiàn)代化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),通過(guò)對(duì)火電廠(chǎng)設(shè)備系統(tǒng)采集所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),建立長(zhǎng)期存儲(chǔ)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù),并以此為基礎(chǔ),對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,再結(jié)合主機(jī)設(shè)備廠(chǎng)商的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)與技術(shù)支持,實(shí)現(xiàn)對(duì)三大主機(jī)的故障診斷、主要設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和計(jì)算分析、優(yōu)化控制等功能,為電廠(chǎng)節(jié)能減排提供依據(jù),實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命,減少重大事故的發(fā)生,確保機(jī)組安全、高效運(yùn)行,最終獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

責(zé)任編輯:大云網(wǎng)
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