基于大數(shù)據(jù)技術(shù)在水電廠自動(dòng)化設(shè)備預(yù)防性檢修中的應(yīng)用

李華貴 王勇國 楊金華 張保華

[摘? ? 要 ]水電廠作為電力系統(tǒng)重要的電源，保障其安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有利于電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，而電廠自動(dòng)化設(shè)備的可靠運(yùn)行是保障其實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)。本文通過對(duì)大數(shù)據(jù)的概念、水電廠自動(dòng)化元件依托大數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)防性檢修的必要性進(jìn)行敘述，并結(jié)合水電廠的電力安全生產(chǎn)的特點(diǎn)對(duì)其實(shí)現(xiàn)的方法進(jìn)行描述，希望在此基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)水電廠的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，推進(jìn)水電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有效保障。

[關(guān)鍵詞]水電廠;大數(shù)據(jù);自動(dòng)化設(shè)備;預(yù)防性檢修

[中圖分類號(hào)]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）11–00–03

[Abstract]As an important power supply for power system， ensuring its safe and economic operation is beneficial to the stability of power system， and the reliable operation of power plant automation equipment is the basis to ensure its safe and economic operation. This paper describes the concept of big data， the necessity of preventive maintenance of automatic components of hydropower plant relying on big data， and describes the method of realizing it according to the characteristics of electric power safety production in hydropower plant.

[Keywords]hydropower plant; big data; automation equipment; preventive maintenance

1 大數(shù)據(jù)應(yīng)用背景

大數(shù)據(jù)（BigData）是指在數(shù)據(jù)分析處理時(shí)，不進(jìn)行數(shù)據(jù)抽樣分析，而是對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)化分析處理的一種技術(shù)。其核心技術(shù)是基于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析后進(jìn)行數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，將專業(yè)分析的結(jié)果以人們能直觀理解的方式呈現(xiàn)出來，為決策者提供實(shí)際的理論指導(dǎo)。

水電廠大數(shù)據(jù)主要來源于電力生產(chǎn)，其主要包括發(fā)電業(yè)務(wù)、檢修業(yè)務(wù)以及安全防護(hù)3個(gè)方面，大數(shù)據(jù)的分析主要基于對(duì)電力生產(chǎn)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)化分析，為電力生產(chǎn)和檢修提供指導(dǎo)。

2 水電廠自動(dòng)化設(shè)備預(yù)防性檢修的必要性

所謂的自動(dòng)控制，是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置對(duì)機(jī)組各設(shè)備或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，使之達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)或性能要求。水電廠亦不例外，電力生產(chǎn)過程主要通過自動(dòng)控制方式完成。

作為一個(gè)完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要由控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象以及反饋環(huán)節(jié)組成，如圖1所示。為了完成一個(gè)必要的控制過程，其各自動(dòng)化元器件是必須且必要的，自動(dòng)化元件的運(yùn)行可靠性將直接決定整個(gè)控制的成敗。

針對(duì)某水電廠某年度機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)其因自動(dòng)化設(shè)備故障導(dǎo)致機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)占到全年度所有停運(yùn)次數(shù)的60%～70%，大大影響了機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

3 水電廠電力大數(shù)據(jù)的采集

水電廠所采集的大數(shù)據(jù)主要表現(xiàn)為各生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、發(fā)電量、電能質(zhì)量以及電壓參數(shù)等。其大數(shù)據(jù)主要采集渠道主要是依靠站內(nèi)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來完成，典型的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控下位機(jī)和監(jiān)控上位機(jī)組成，監(jiān)控下位機(jī)主要由各現(xiàn)地LCU、各終端數(shù)據(jù)采集裝置以及必要通信設(shè)備組成，監(jiān)控上位機(jī)主要由各主機(jī)、操作員站、通訊服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、GPS時(shí)鐘等組成，上下位機(jī)之間通過廠內(nèi)星型以太網(wǎng)連接通訊，詳見圖2。

在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過各測(cè)點(diǎn)自動(dòng)化設(shè)備（或裝置）采集各設(shè)備參數(shù)進(jìn)行控制，并將所采集的各設(shè)備參數(shù)自動(dòng)存入歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器，進(jìn)而得到大批量的數(shù)據(jù)。

4 水電廠電力大數(shù)據(jù)處理

水電廠大數(shù)據(jù)處理主要是針對(duì)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其數(shù)據(jù)通過站內(nèi)星型以太網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器工作組內(nèi)，一般存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)充分考慮完整的一次水電廠檢修周期的時(shí)間長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)的處理主要是針對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的分類管理，在有效保障數(shù)據(jù)穩(wěn)定的情況下對(duì)全部數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，尤其是針對(duì)在比對(duì)過程中發(fā)現(xiàn)的同一設(shè)備前后參數(shù)不一致時(shí)應(yīng)自動(dòng)記錄異常，并增加對(duì)其分析的頻率，比如自動(dòng)化設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)的數(shù)據(jù)刷新變慢、數(shù)據(jù)突變等情況，數(shù)據(jù)分析工具應(yīng)自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行分析和記錄，并將結(jié)果上送至檢修決策平臺(tái);同時(shí)，增加必要的人機(jī)接口、數(shù)據(jù)共享平臺(tái)、日志審計(jì)、應(yīng)急備份、用戶接入控制等，并進(jìn)行必要的接口維護(hù)、模型維護(hù)、服務(wù)維護(hù)，以增強(qiáng)電力大數(shù)據(jù)的可靠性，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，其具體分析處理架構(gòu)詳見圖3。

5 水電廠電力大數(shù)據(jù)在自動(dòng)化設(shè)備檢修中的應(yīng)用

經(jīng)過大數(shù)據(jù)處理分析工具對(duì)水電廠生產(chǎn)運(yùn)行所形成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并在發(fā)現(xiàn)水電廠內(nèi)同一自動(dòng)化設(shè)備發(fā)現(xiàn)參數(shù)與原有采集數(shù)據(jù)采樣發(fā)生變化時(shí)，將該異常進(jìn)行準(zhǔn)確記錄并上送至檢修決策平臺(tái)，例如在水電廠中振動(dòng)擺度數(shù)據(jù)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行至關(guān)重要，它直接反映機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行的情況，其普通監(jiān)控系統(tǒng)中采樣的數(shù)據(jù)相對(duì)分散、資源整合度不夠、參考意義不強(qiáng)，無法形成定性的結(jié)果。但是若依托大數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)，可以將每一次測(cè)量的異常均進(jìn)行記錄，并前后比對(duì)分析，可以很好地整合分散的資源，得出可靠并且合理的結(jié)果，為每年的機(jī)組檢修和自動(dòng)化元件維護(hù)提供有力的依據(jù)。

因此，在水電廠內(nèi)進(jìn)行大數(shù)據(jù)技術(shù)的分析應(yīng)用，將很好地為水電廠自動(dòng)化設(shè)備預(yù)防性檢修提供有力的參考，提前對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，降低每年因自動(dòng)化設(shè)備（或元件）異常導(dǎo)致的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)，增強(qiáng)水電廠機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

6 水電廠電力大數(shù)據(jù)智能化趨勢(shì)分析報(bào)警的應(yīng)用

系統(tǒng)利用與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的信息交互接口，獲取生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、數(shù)據(jù)匯總及存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、智能報(bào)警及智能報(bào)表等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示：

數(shù)據(jù)分析功能：本功能實(shí)現(xiàn)對(duì)采集來的各種不同類型的數(shù)據(jù)依據(jù)要求進(jìn)行自動(dòng)加工處理，其結(jié)果供報(bào)表或再加工，提供如下功能。

（1）對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性和正確性檢查，更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

（2）從采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（含模擬量、累積量等）到時(shí)段、小時(shí)、日、旬、月、年數(shù)據(jù)計(jì)算。其中時(shí)段數(shù)據(jù)的最小間隔為5 min（可以為10、15、30 min），小時(shí)、日、旬、月、年數(shù)據(jù)（包括開始點(diǎn)、平均值、最大值、最小值及其發(fā)生時(shí)間等特征量）。

（3）根據(jù)某些需要權(quán)重計(jì)算的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。其中時(shí)段數(shù)據(jù)的最小間隔為5 min（可以為10、15、30 min），小時(shí)、日、旬、月年數(shù)據(jù)。

（4）自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)遲到數(shù)據(jù)的處理。

（5）常規(guī)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算方法、計(jì)算周期長(zhǎng)度、參與計(jì)算的測(cè)點(diǎn)等可以按照需要進(jìn)行配置組態(tài)。

經(jīng)過對(duì)大數(shù)據(jù)的綜合分析，生成智能報(bào)表并自動(dòng)保存記錄，根據(jù)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行趨勢(shì)化智能報(bào)警，提升電廠自動(dòng)化運(yùn)行水平。

7 結(jié)束語

水電廠作為電力系統(tǒng)重要的電源生產(chǎn)地，在現(xiàn)代化大數(shù)據(jù)技術(shù)的沖擊下，水電廠應(yīng)進(jìn)行必要的改革，學(xué)習(xí)并利用新的設(shè)備和技術(shù)，提高水力發(fā)電廠運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，建立科學(xué)化的電力大數(shù)據(jù)系統(tǒng)預(yù)防性檢修管理平臺(tái)，必要時(shí)應(yīng)有針對(duì)性的進(jìn)行電力大數(shù)據(jù)模型計(jì)算、仿真計(jì)算，進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)利用準(zhǔn)確性，最終建立起大數(shù)據(jù)時(shí)代下智能化電力系統(tǒng)，彰顯新技術(shù)應(yīng)用帶來的顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳亞敏.大數(shù)據(jù)時(shí)代電力運(yùn)營(yíng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理技術(shù)[J].電力訊息，2016（5）：122-123.

[2] 趙云山，劉煥煥.大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用研究[J].電信科學(xué)，2014（1）：29-30.