基于大數據分析的燃氣—蒸汽聯合循環機組遠程診斷平臺及其應用

王 非，馬 雁，劉黎明

(1.國家電投集團河南電力有限公司技術信息中心，鄭州 450000；2.鄭州電力高等?？茖W校電力工程系，鄭州 450000；3.國網浙江省電力有限公司培訓中心湖州分中心，浙江 湖州 313000)

隨著燃氣—蒸汽聯合循環機組的不斷發展，對機組安全、可靠、經濟運行的要求日益提高，傳統的人工監測方式已經無法滿足當前需要?；诖髷祿墓I企業(機電設備)遠程診斷服務平臺(以下簡稱“遠程診斷平臺”)可以將分布于不同地域、不同企業的數據集中采集、存儲和挖掘，并在此基礎上建立企業的知識庫模型、案例分析模型，從而實現對設備故障的早期預警和診斷。

1 遠程診斷平臺

基于大數據分析的火力發電廠遠程診斷平臺通過與電廠的不低于2M的專線網絡進行連接，將診斷對象的SIS系統實時數據，設備點檢、MIS等管理數據集中采集、存儲和挖掘，并在此基礎上建立企業知識庫模型、安全分析模型，積累設備診斷和故障分析經驗，形成一個標準體系完善的數據平臺[1-2]。通過設備早期劣化預警，發現設備的劣化趨勢，結合故障模式庫，將預警信息變為預警診斷單，同時建立分級診斷體系，與電廠設備管理閉環，及時采取糾正措施避免設備狀態惡化，結合預警信息還可實現對設備狀態的實時有效評估，優化檢修策略。

1.1 平臺工作原理

遠程診斷平臺首先對監測設備建立診斷分析模型，其次選取各種工況下正常歷史數據當作訓練樣本，采用神經網絡算法計算出與實際值對應狀態下的期望值。通過比較實際值與期望值之差，大于設定的閾值則產生早期預警，實現對設備的監視和故障診斷。區別于傳統DCS系統是基于單個測點固定限值產生的報警，該平臺能夠監視模型中相關聯的每一個測點相對于期望運行狀態的任何偏差，在破壞性故障真正發生之前的早期階段準確發現和定位故障。傳統DCS報警圖見圖1?；谶h程診斷平臺的報警圖見圖2。

圖1 傳統DCS報警

圖2 基于遠程診斷平臺的報警

由圖2可知，基于遠程診斷的報警不再只是在絕對限值被超過時才產生，而是大大提前，當測量值偏離正常運行值時就可及時產生。

1.2 平臺建模方法

該平臺診斷模型對應設備級，用戶可以利用平臺提供的模型生成和配置工具對需要進行監測診斷的設備或工藝過程進行建模，選取影響該設備或工藝過程主要性能的一些相關聯測點，組成該模型下的測點集合，同時選擇合適的監控模式。

2 遠程診斷平臺在燃氣—蒸汽聯合循環機組上應用

針對燃氣—蒸汽聯合循環機組自動化程度高、主輔設備運行相對穩定、啟停頻繁等特點，根據工藝流程及性能特點建立設備診斷模型。

2.1 燃氣—蒸汽聯合循環機組工作原理

經過調壓站及前置模塊降壓、加熱后的天然氣進入燃氣輪機的燃燒室，與壓氣機壓入的高壓空氣混合燃燒，產生高溫高壓煙氣推動透平旋轉做功。從燃氣輪機排出的煙氣高達600℃，仍然具備很高的能量，將煙氣送入余熱鍋爐，水加熱成蒸汽再去推動蒸汽輪機，帶動發電機發電。

2.2 建模方案

西門子V94.3A型燃氣—蒸汽聯合循環機組由燃氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽輪機、電氣設備、燃料系統及其他輔助設備組成，其機組設備布置方式如圖3所示。

圖3 V94.3A型燃氣—蒸汽聯合循環機組布置方式

以西門子V94.3A型燃氣輪機為研究對象，根據每部分的工作原理及功能，提出相應的建模方案。故障預警模型及類別見表1。

表1 故障預警模型及類別

2.3 應用實例

2.3.1設備簡介

某電廠2×390 MW燃氣-蒸汽聯合循環機組，采用西門子V94.3A型燃氣輪機，汽輪機為三壓、再熱、雙缸凝汽式汽輪機，與燃氣輪機和發電機通過SSS離合器聯軸，構成完整的單軸配置，鍋爐為三壓、再熱、無補燃、自然循環、臥式余熱鍋爐。遠程診斷平臺對該廠主要設備建立診斷模型并對運行工況進行監測。

2.3.2故障現象

遠程診斷平臺1號機組2號高壓給水泵電機自由端軸承溫度曲線見圖4。

由圖4可知，1號機組2號高壓給水泵在運行期間，電機自由端軸承溫度逐漸升高，遠程診斷平臺發出預警提示，隨后軸承溫度最高升至85℃，出現明顯劣化趨勢，在故障發生的早期階段及時向電廠人員發出預警。電廠人員根據診斷報告停泵檢查，發現有輕微磨損現象，經處理后振動及溫度均正常。

圖4 遠程診斷平臺1號機組2號高壓給水泵電機自由端軸承溫度曲線

1號機組2號高壓給水泵電機自由端軸承溫度SIS曲線見圖5。通過調取該泵SIS曲線,也同樣可以看出電機自由端軸承溫度逐漸升高的趨勢。

圖5 1號機組2號高壓給水泵電機自由端軸承溫度SIS曲線

3 結語

基于大數據的遠程診斷平臺在燃氣—蒸汽聯合循環機組上的應用可以看出，區別于常規DCS單測點固定限值報警，該平臺通過關聯性測點組建設備診斷模型,再經過對大量歷史數據樣本的訓練，針對實時數據采用神經網絡算法產生對應期望值, 實現越限參數預警提示，及時發現設備的劣化過程。在真正故障發生前進行預警，及早消除設備隱患，提升發電企業的設備管理及監控水平，對機組安全、可靠、經濟運行具有重要的意義。