在“碳中和、碳達峰”背景下如何保障電廠設備的管理與應用

國能廣投柳州發電有限公司 張 暉

1 研究背景及內容

隨著“碳中和、碳達峰”國家戰略的提出，在裝備智能化升級、物聯網、大數據、云計算和人工智能等綜合技術的蓬勃發展，“智能電廠”或“智慧電廠”的建設在電力行業風生水起。但是如何創造性地整合這些技術，服務于發電企業的永恒目標“安全可靠和經濟運行”，是所有發電集團都在認真思考并積極著手解決的問題。

發電企業所有經濟效益和社會效益的實現，均以設備的可靠度和可用率為保障。那么，如何持續提升設備的可靠度和可用率、大幅延長設備的使用壽命，是確保設備優化運行、支持自主經營和自主調度出力的關鍵。

通過此項目的研究，擬在原有設備管理模式創新基礎上，放眼全球范圍內設備管理的先進理念、流程和方法，以中國圣賢“上醫，醫未病”的健康維護理念為設備管理的最高境界——即優化預知保養科技水平，確保設備無故障運行；以“可靠度為中心的維護策略”為標準流程；以“持續改善”為進步階梯，創建既符合世界科技潮流又具備本廠特色的《設備可靠度及壽命延長管理體系》，形成獨特的設備管理技術體系、知識體系和管控體系。

本課題主要研究以下幾個內容：基于“五檢合一”的設備可靠度提升，基于數字孿生和MR 的設備全息可靠度管理，基于三維可視化的設備精益化檢修管控。

2 基于“五檢合一”的設備可靠度提升

智能五檢合一的管理系統按照“統一規劃、統一標準、統一建設、分步實施”的總體原則，以“上醫、醫未病”為理念，以提高設備可靠性為目標，以一碼二級三可視為貫穿，以設備全壽命周期管理為核心，以數據驅動，從跨組織、業務、應用的視角對數據進行組織和管理，包括對整個數據生命周期中數據的處理、存儲、轉換、整合、分布制定相應的策略、模型、流程，建立以“狀態驅動工作模式為主，計劃驅動工作模式為輔”的管理模式，利用巡檢、點檢、精密點檢、智能巡檢數據進行匯聚整合，同時利用智能機器人等相關設備管理模塊的異常信息，通過關聯臺賬信息、狀態監測診斷結果、專家知識庫、備品備件信息，形成故障部位確定、故障原因確定、故障嚴重等級確定、故障解決方案確定、消缺成本確定的立體化信息，并可根據缺陷、兩票及物料系統的開放程度，對接開發端口，形成基于以設備異常事件工單為驅動的閉環體系。

此系統是實現以點檢人員為責任主體的全員設備狀態監測和預知檢修的管理目標，使設備在可靠性、維護性、經濟性上達到精細化管理。點檢人員既負責設備點檢，又負責設備全過程管理。點檢、運行、檢修三方面，點檢處于核心地位，依托巡檢、點檢、精密點檢、智能巡檢和檢修觸發的設備管理系統。運檢一體化管理系統立足于信息化、智能化與工業化的高度融合，建立一個統一的信息、工作、管理控制、輔助的決策支持、集中維護平臺。

2.1 構建精細化的設備狀態監測體系 建立“五檢合一”的設備管理模式

運行人員日常點檢，專業點檢員定期點檢、精密點檢，專業技術人員設備劣化傾向管理、綜合性精度監測和性能指標測定、智能巡檢、檢修觸發，五者的結合構成“三位一體”的巡點檢制度。投標方以優化檢測技術矩陣、優化設備測點、優化檢測周期、優化檢測內容、優化判斷標準等手段為支撐，結合世界最先進水平的專家智能診斷系統，構建了智能化的狀態監測體系。

管理模式打破專業的分工，更趨向工作的合理性。

按照新的管理模式，部門架構重建。設備的巡檢、點檢、精密點檢、智能巡檢工作統一由設備管理部門管理，實行以任務為導向的設備管理模式。通過對任務的重新規劃與優化，實現最優化的任務管理。

2.2 構建優化檢修管理的新模式

優化檢修是融預防性檢修、狀態檢修、改進性檢修和故障檢修為一體的優化檢修模式。是在設備點檢管理和劣化傾向及壽命管理基礎上，根據設備狀態，合理制定設備檢修策略，確定檢修和改造以及備品備件的管理內容、周期和工期，從而達到優化檢修的目的。

2.3 實現故障根源的綜合診斷與智能分析

將狀態監測的過程數據、分析結果落實到設備的元器件級，并通過精密點檢與“專家診斷系統”相結合，直觀、形象的展示故障元器件的損壞模式及目前狀態。大大提升了設備故障診斷效率，簡化了診斷難度，從而提升了設備可靠度。

系統提供了趨勢分析、智能診斷等功能，猶如把專家請到身邊，對廠里的設備進行診斷，滿足設備狀態監測精準化的需求。

2.4 建立“智能化運檢一體化”的信息共享平臺

以往各專業數據分散到不同系統，協同性較差。統一信息平臺建設將徹底改變這個現象。巡檢、點檢、精密點檢、智能巡檢和檢修觸發共用同一個設備臺賬，所有的管理行為都從這個平臺觸發。

將技術矩陣中所有檢測儀器，包括常規巡點檢以及精密點檢（超聲、紅外、振動、油液、電流等）所獲取的數據進行交叉會診，綜合判斷設備狀態，并將設備狀態從正常到極端劃分為五個等級，以五種顏色分別對應。技術矩陣所獲取的數據及投標方遠程診斷出的設備狀態，都在巡檢、點檢、精密點檢一體化管理系統中集成顯示；電廠的設備總體狀態，投標方都以柱狀圖、餅狀圖等形式進行統計匯總，從而幫助各級管理人員清晰、直觀的了解所管轄范圍內的設備狀態。

2.5 流程管理扁平化、信息自動推送

點檢流程代替了上下、橫向之間的業務關系，完全改變了傳統的用人設備管理模式，即行政指令性管理和指揮的模式，按科學的程序進行管理。這種作業管理的全過程，即計劃（根據標準編制的作業表、計劃表）、實施（確認設定點的狀態、結果記錄、異常的發現及調整處理）、檢查（計劃的確良執行情況、信息傳遞、整理分析）、反饋（核對計劃、標準），以提出修正、修改意見，改善點檢作業過程中的各種條件，提高點檢管理水平和工作效率。

3 基于數字孿生和MR 的設備全息可靠度管理

數字孿生的概念最初由美國密歇根大學的產品全生命周期管理課程上提出，包括物理實體、虛擬模型以及二者間的連接三個部分。其中，物理實體是客觀存在的，主要負責接收指令并完成特定的功能。虛擬模型是物理實體的忠實的完全數字化鏡像，可以對物理實體的活動進行仿真、評估、優化、調控及預測等。連接使二者的數據進行實時交互，從而保持同步性與一致性。但由于當時技術和認知上的局限，數字孿生的概念并沒有得到重視。

3.1 單兵可穿戴系統

電廠設備運維采用智能單兵系統IWDP 以物聯網技術為基礎，采用迄今最符合工業環境的智能眼鏡設備終端，在安全三區部署視頻安防系統，安全三區建立與安全一區完全獨立的千兆環網，單兵可穿戴系統通過在生產現場部署AP 以實現無線網絡覆蓋，集控中心與生產現場通過無線網絡互通互聯。實現集控中心端可實時以第一視角畫面查看設備檢修運維畫面，并在現場出現緊急情況時作為應急指揮系統使用。

此系統具有兩大實用功能，即：智慧遠程協助支持（建群通信）、指導文件發送、實時視頻指導、增強現實指導、屏幕凍結、多方會商、應急指揮、歷史指導檢索；智慧人員管理（人員地理位置監控、通訊錄、直呼終端人員、人員信息管理）。此系統的核心設備為智能安全帽，智能安全帽完成在具備傳統安全帽安全防護功能的同時，融合先進的傳感技術，全面實現人員近電報警、行走定位、軌跡追溯以及視頻實時對講、誤入間隔報警、違章行為識別等功能，同時具備與智能運維系統交互功能，上傳實時數據、接收智能運維系統下發指令。

而智能運維生產管理系統的智能安全帽管理系統具備與智能安全帽進行信息交互的能力，能夠實時采集智能安全帽的所有信息，包括視頻、音頻、報警、定位等內容；能夠與智能巡檢和工單關聯，將運維路線等要求下達給智能安全帽，并根據預定義好的路線進行運維，在檢查過程中如發現缺陷，系統可實時接收回傳的結構化、非結構化的各類信號，并可啟動缺陷處理流程；可實現在大傳輸技術的支持下，遠方視野實時共享、場景電子管控等，大幅提升了佩戴者預知、預警和預控安全風險的能力；可與智能安防系統關聯，結合場站現地的電子圍欄等，實現參建各方人員的生產過程、安全行為等全方位的風險防控，通過智能安全帽采集的視頻、音頻等信息對現場設備進行智能分析。

3.2 VR 虛擬實訓系統

隨著網絡通訊技術及信息技術的快速發展，將現代通訊網絡技術和計算機技術應用到企業生產和管理中，全面實現企業的信息化，已成為現代化企業提高生產管理效率和經濟效益的重要手段。因此，發電企業有必要建立VR 虛擬實訓系統，以提升電廠數字管理的水平。

虛擬環境是以現實環境為基礎進行搭建的，操作規則同樣立足于現實中實際的操作規范，使受訓者有身臨其境的體驗，運用VR 技術進行培訓，即可有效規避現場風險，也同時打破時空限制，受訓者可以在實驗室中進行集中演練，可以進行多次重復演練，大大提高培訓的質量。

4 基于三維可視化的設備精益化檢修管控

發電機組檢修任務繁多，專業技術性強，質量、安全、進度、成本管理協調控制難，單純靠傳統方式進行檢修工程管理效率低、質量差、知識無法積累。目前國內主要信息化公司軟件產品只實現了缺陷維修、定期維修中的填報與結果記錄，少部分產品中有大修管理，但功能不完善，深度和廣度不夠。

當前項目檢修主要問題包括：

任務繁多：工期短、項目多、任務重（整臺機組所有設備的解體、檢修、回裝和試運），管理流程和工作任務繁雜（準備、策劃、采購、招標、檢修、調試、評價、總結）。

專業性強：機組檢修集機、電、控、環保于一體，精密性高、技術密集，高危作業；人員專業技能水平、管理能力要求高、檢修工藝質量要求標準高；人員和機具相互響應協調要求高。

管控難度大：組織管理難（新型公司基本依靠外委檢修，參修單位多，多工種、跨專業，整體協調難度大）；安全管理難（人員結構復雜、臨時人員多，安全知識和意識參差不齊，安全風險控制的難度巨大）；質量管控難（作業人員的檢修技能、管理人員的質量管控能力等差異較大，檢修工藝及質量難以管控）；協調指揮難（地面、空中立體檢修、交叉作業，需多專業多點多面協同作業，現場多層次作業的指揮協調難度大）。

檢修技能難以傳承：機組檢修主要依靠外委，工藝及技能不可控；大修間隔長、檢修技術與技能不易積累、沉淀，難以形成經驗庫；沒有積累（人員積累、技術積累、數據積累），造成檢修技術工藝標準編制、實踐、改進和提升的難度大。

標準執行的管控難度大：現有發電機組檢修的管理標準、技術標準的執行缺乏有力的管理手段和有效工具，導致管控難度較大，造成檢修質量、安全、成本、工期的管理與檢修目標相脫節。

精益檢修管理難以實現：大修精益管理目標（安全、質量、進度、成本、能耗、環保）難以有效的實現。

以提高設備可靠性為目的，始終堅持貫徹“組織管理程序化、過程控制精細化、作業實施標準化、工期控制網絡化、修后評估科學化”的管理目標，以狀態檢修、優化檢修標準項目和計劃檢修為手段，以相關制度配套為保證，充分利用設備狀態大數據、AI、AR 等高新技術手段，綜合各系統的優點，持續推進檢修工作規范化、標準化作業管理，為公司構建精益檢修智能管控平臺。

通過精益檢修智能管控平臺的實施，有效實現修后機組降低能耗、降低日常維護成本、提高設備可靠性的創新，實現修后機組長周期安全、穩定、經濟、環保運行，從而提高發電企業市場競爭能力。同時，發電企業設備檢修具備很強的共通性，該項目在公司應用后，可通過集團公司在同級別機組或全國其他公司的快速推廣應用，具有非常好的推廣應用價值。實現檢修項目（A/B/C/D 修、科技和技改等）智能化管控，實現立項、策劃、準備、執行、評價與總結全過程智能化跟蹤，將信息化與智能化延伸到“檢修最后一公里”。

4.1 三維檢修培訓

為了提高檢修培訓的質量和效率，對機組汽機、鍋爐、電氣專業的主要設備，進行零部件級別精度的三維建模?；诋a品說明書、檢修作業指導書、運行規程等文件，建立包含設備結構原理、檢修過程和典型故障內容的三維可視化培訓模塊。該系統能改變傳統的師帶徒和紙質資料培訓模式，建立三維可視化的直觀培訓和考評方式，使檢修人員能夠快速掌握設備結構、解體、安裝等知識。

4.2 基于AR 的設備檢修輔助

基于AR 技術，實現檢修從準備、安措執行、檢修操作指引、調試、安措恢復、完工結票等全過程智能化管控。

5 結語

通過本課題的研究，這是對現代發電企業設備管理模式的最有益的探索，為企業未來的發展夯實了基礎，結論如下：

本課題研究的設備管理模式，融合了“以可靠性為中心的維修（RCM）”, “全壽命周期維修（LCC）”設備管理理念，即以中國先賢倡導的“上醫，醫未病”的健康維護思想，美國的“以可靠性為中心”的設備維護策略和日本“持續改善”的認知。借助設備的智能采集、獨有的專家庫智能分析診斷，可有助于提高設備可靠度及延長壽命，全面實現狀態監測。這樣的設備管理模式代表當今發電企業最先進的設備管理模式。

利用“設備全方位管理系統”，實現巡檢、點檢、巡視、精密點檢和技術監督的五檢合一，解決了不同專業在不同系統上工作、信息流轉不暢、不及時，管理流程不規范的缺陷。實現了設備管理信息平臺與工作平臺的統一；

實現了辦公室的PC 工作界面與現場移動應用終端工作界面的融合統一；

多技術矩陣的交叉會診，集成了全球最成熟、最權威的設備診斷技術，將設備的狀態診斷水平，提高到嶄新的境界；

針對不同設備故障，提供完整的解決方案，將設備的精細化檢修和壽命保障技術落到實處，確保設備的優化運行；

智能化移動應用終端的創新實踐，將設備管理的工作，變得輕松而富有趣味；

實現了AR 和VR 技術在檢修運維中的應用，利用數字孿生技術大大提高了檢修運維的效率，為設備可靠度的提升祈禱了很大的促進作用；

實現了基于三維的精益化檢修管控平臺，構建了從檢修立項、策劃、準備、執行、評價的全過程精益化管控，逐步構建了真正的精益化檢修。