火電廠設備狀態在線監測與預警診斷系統研發

張棟棟，李興敏，王 屾，萬松森

（1.華電鄒縣發電有限公司，山東濟寧 273522；2.西安熱工研究院有限公司，陜西西安 710054）

0 引言

電力行業是國經濟發展的重要基礎，隨著國家經濟的快速發展，用電量和電力設備規模不斷擴大，國家電網系統正以前所未有的速度蓬勃發展。大規模的電網運行包含多種不確定的安全因素，由于故障導致的損失也將進一步擴大，關于電力生產、輸送和使用過程的安全管理，成為人們關注的焦點。

為了提升設備運行的安全性和可靠性，電力企業加大了對于設備狀態在線監測與預警診斷系統的研究，通過現代化信息手段，確保電力設備的健康、穩定運行。該系統與傳統設備檢修技術相比，其優勢在于可以通過計算機信息技術，對設備運行狀況進行仿真分析，分析采集到的數據信息，根據運行狀態參數的變化，判斷隱藏的安全隱患，從而制定有效的應對措施。結合數據庫建立設備的健康檔案，提高故障診斷的可靠性。伴隨著火電廠智能化程度的不斷提升，對于核心設備運行的有效性和可維護性，成為人們關注的焦點問題。傳統的設備檢修方式日益暴露出其局限性，設備故障不僅會給電力企業造成巨大的經濟損失，對廣大群眾的日常生活也有一定程度的影響。通過對火電廠設備狀態監測系統的特點進行分析，闡述設備狀態在線監測與預警診斷系統發展現狀，結合ANNs 人工神經網絡、數據通信等技術，闡述火電廠設備狀態在線監測與預警診斷系統的設計與實現。該系統有效運用，能夠對設備故障提前預警，確保設備安全穩定運行，有效降低設備故障發生率，提高機組設備的運行效率。

1 在線監測與預警診斷系統的特性

火電廠設備狀態在線監測與預警診斷系統，結合火電廠的實際生產指標，對設備運行狀態數據進行實時在線采集，建立火電廠設備健康數據檔案，通過軟件分析建立運行狀態模型，實現對各個設備運行狀態的在線評估和診斷。通過數據分析的方式，可以快速發現火電廠設備狀態變化趨勢，通過判斷監測值與標準值之間的差異，進行報警響應。設備狀態在線監測與預警診斷系統實現了火電廠的智能化管理，通過分析報告對設備運行狀況進行有效評估，實現對隱性故障隱患的有效應對，采取及時有效的方式降低故障造成的影響，提高火電廠設備運行的安全性、穩定性和可靠性。

設備狀態在線監測與預警診斷系統還具有較高的安全保密措施，擁有權限管理功能，通過授予訪問權限，訪問電廠設備的重要參數信息，并且只有最高權限的人員才能對數據信息進行修改。設備狀態在線監測與預警診斷系統具有良好的擴展性，通過統一的數據接口可以快速采集不同電力設備產生的數據信息，還可以進行有效擴充，方便系統的優化升級。設備狀態在線監測與預警診斷系統是對電廠設備運行狀態進行在線監測，并對設備異常狀況進行有效預警，并進行維修，降低安全事故對電網系統造成的影響，提高電網運行的可靠性。

2 在線監測與預警診斷系統現狀評價

設備狀態在線監測與預警診斷系統是電廠智能化管理中的核心環節，通過采集電廠設備實時狀態信息，為設備維護管理提供理論依據。現階段，關于設備狀態在線監測與預警診斷系統的相關研究不斷深入，系統的使用范圍越來越廣，可以采集大多數設備的狀態數據，但是在數據處理和存儲方面還具有較多問題，在設備運行過程中產生大量的監控數據，需要通過有效的方法進行挖掘處理，建立科學有效的數據檢測模型，幫助設備進行全方位的健康評估。隨著電網規模的不斷擴大，這些問題也表現得日益突出，下面就對設備狀態在線監測與預警診斷系統發展現狀進行簡要分析。

2.1 系統智能化程度較低

現場采集的數據需要依靠檢修人員的判斷，分析設備運行的健康狀況，對檢修人員的整體素質要求較高。而且早期的設備狀態在線監測與預警診斷系統受到技術方面的影響，能對一些異常數據信息進行警報，無法提前預判設備的安全故障，一旦出現報警整個電力設備將進入故障檢修狀態，故障產生的影響較大。近年來，社會經濟高速發展，電力系統負荷較大，而故障診斷技術發展緩慢，無法跟上電網發展的速度，導致設備故障率較高。

2.2 系統擴展性能較差

早期設備狀態在線監測與預警診斷系統接口設計不統一，適用性和擴展性較差，人機交互界面不友好，系統使用效率較低。采集的數據進入數據庫中，沒有進行分類整理，數據量非常龐大，管理人員無法通過分類信息高效地找到需要使用的數據資源，極大地降低了設備檢修效率。

2.3 數據分析能力薄弱

設備狀態在線監測與預警診斷系統采用非線性或非數值性數據建立模型，操作復雜，而且監測結果誤差較大，尤其在精確性和穩定性方面表現得問題較多。設備在線監測系統抗干能力和監測標準逐漸完善，但是用于電力系統當中的卻很少，現有的故障診斷方法只是針對設備表現出來的故障進行診斷，需要通過系統化的理論進行優化升級。隨著傳感器技術、計算機技術、微處理器技術的高速發展，設備在線監測與故障診斷技術得到了有效發展。目前，關于設備在線監測不斷完善，并取得了一些新的成就，依靠紅外線測溫技術、超聲波探傷技術的運用，電網運行更加安全、可靠。

3 火電廠設備在線監測與預警診斷系統

火電廠設備狀態在線監測與預警診斷系統核心結構，包括單元電器控制系統、信號傳感器，傳感器負責采集電廠設備電壓、電流、溫度、濕度、振動等信號，然后將采集到的信號傳輸至數據處理單元。通過分析處理獲取設備的特征參數，診斷設備運行狀態。同時，系統還具有數據存儲功能，將監測到的設備狀態信息通過數據壓縮技術存儲到數據庫中，對數據庫中的歷史數據進行分析，根據設備的歷史狀態參數，分析設備可能存在的故障隱患，制定針對性的維護措施。設備狀態在線監測與預警診斷系統框架結構，如圖1 所示。

圖1 線監測與預警診斷系統架構

隨著現代科學技術的創新，設備狀態在線監測與預警診斷系統也獲得了長足進展。設備狀態在線監測與預警診斷系統采用模塊化設計，通過系統模塊對電廠設備的狀態監測，利用軟件分析對火電廠設備運行數據進行建模分析，實現設備運行狀態的在線評估與診斷。以下對設備狀態在線監測與預警診斷系統設計進行分析。

3.1 數據采集

設備狀態在線監測與預警診斷系統，可以掌握電廠設備的運行狀態信息，通過對實時采集的運行狀態信息進行篩選，提取有效信息建立設備的健康檔案，通過對歷史數據信息進行比對分析了解設備隱藏的故障問題。此外，系統還可以根據設備的健康檔案庫，建立特征參數關聯性算法，通過軟件對設備的故障周期進行有效預判，及時提出優化措施，幫助設備檢修人員快速應對。通過數據庫建立設備的健康檔案，通過歷史數據反映電廠設備的運行參數，提高系統診斷的準確性。

3.2 建立分析模型

設備狀態在線監測與預警診斷系統，可以在海量數據信息中篩選和過濾出有效信息，由于設備狀態信息隨著時間推移發生有規律的變化，系統需要判斷數據變量之間的獨立性，不同設備之間的數據信息不存在影響，除了設備的運行參數外，去除其他外界因素對設備運行狀況的影響。在對海量數據進行分析的過程中，采用平均值的方法獲取設備的標準健康數值，通過人工神經網絡技術，幫助系統進行深度學習，通過挖掘設備健康數據庫中的信息，找出監測值與設備標準健康狀況之間的聯系。當設備監測值與標準健康值不同時，根據兩者之間的差異確定設備的運行狀況。

3.3 狀態分析與故障預警

設備狀態在線監測與預警診斷系統將設備運行狀態，分為正常、異常、嚴重3 個狀態，通過對設備運行狀態數據進行分析后，得到設備健康狀況，通過對標準健康值進行比對，計算出監測值和標準值的差異，獲得該設備在監測時間段內的健康狀況，通過該數據對設備當前狀態和未來狀態進行對比，分析設備目前所處的狀態，根據不同的狀態量進行報警。

4 總結

設備狀態在線監測與預警診斷系統的應用，不僅節約了傳統人工檢修的工作強度、降低了數據處理的難度，實現了電網智能化管理，而且對電能質量和設備使用壽命有較大的提升。該系統可以通過采集到的設備運行狀態信息，建立實時監測模型，借助軟件分析進行狀態評估和故障診斷，制定有效的維護措施，改善設備運行狀況，提升電力生產的效率。