火力發(fā)電廠設(shè)備用油智慧監(jiān)督系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

張曉東 趙 強(qiáng) 孫樹春 宋 建 馬志力 李園園 趙瀟然 劉政修 湯自強(qiáng)

（1. 內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 013700；2. 北京京能能源技術(shù)研究有限責(zé)任公司，北京 100022）

0 引言

火力發(fā)電廠用油設(shè)備包括主要設(shè)備與重要輔機(jī)，對燃煤電廠，主要設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等，重要輔機(jī)包括鍋爐磨煤機(jī)、鍋爐吸送風(fēng)機(jī)、給水泵等。汽輪機(jī)主要用油包括潤滑油、調(diào)速抗燃油，發(fā)電機(jī)用油主要包括密封油、變壓器絕緣油，鍋爐磨煤機(jī)主要用油包括減速箱齒輪油及高壓油站液壓油，鍋爐吸送風(fēng)機(jī)主要用油為汽輪機(jī)潤滑油，給水泵液力耦合器主要用油為汽輪機(jī)潤滑油等。為保證電力設(shè)備用油質(zhì)量及火力發(fā)電廠主要設(shè)備及重要輔機(jī)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，根據(jù)電力行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)設(shè)備重要程度及油品種類，定期對油品主要性能指標(biāo)如運(yùn)動粘度、顆粒度、水分、酸值、抗乳化性、泡沫特性等進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)對油品進(jìn)行運(yùn)維保養(yǎng)管理。由于離線檢測不能實(shí)現(xiàn)在線、實(shí)時，油品質(zhì)量存在監(jiān)督不到位、欠運(yùn)維或過度運(yùn)維問題。

隨著大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)不斷發(fā)展，以信息技術(shù)為手段，以完備合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，以大數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)決策，實(shí)現(xiàn)電廠智慧化是電力行業(yè)深化改革和適應(yīng)電廠市場化形勢變化的必由之路。火力發(fā)電廠電力設(shè)備用油智慧監(jiān)督系統(tǒng)作為智慧電廠的一部分，可以通過先進(jìn)的傳感測量手段及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)增加油品使用壽命，減少廢油液排放量，方便設(shè)備運(yùn)維人員及時采取維護(hù)措施，在有效提高生產(chǎn)和管理水平同時，最大限度減少企業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)維管理成本，提高企業(yè)盈利能力。

1 火力發(fā)電廠設(shè)備用油智慧監(jiān)督系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用總體思路

在燃煤電廠用油設(shè)備油箱選取采集點(diǎn)作為傳感器采集油液數(shù)據(jù)點(diǎn)，通過MODBUS TCP通訊將采集點(diǎn)采集到的油液數(shù)據(jù)上傳到油液數(shù)據(jù)點(diǎn)。油液智能控制器將油液數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，再將處理后數(shù)據(jù)上傳至2U服務(wù)器。通過內(nèi)網(wǎng)將處理后數(shù)據(jù)展示給電廠各級人員。

當(dāng)油液通過各個數(shù)據(jù)采集傳感器后，傳感器將實(shí)時數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的通訊轉(zhuǎn)換模塊，然后數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線或光纖的方式將數(shù)據(jù)通訊到現(xiàn)場工控機(jī)。工控機(jī)通過專業(yè)軟件進(jìn)行編程，以滿足在線監(jiān)測和預(yù)警，建立油液指標(biāo)，相關(guān)過程的數(shù)據(jù)庫，逐步建立油液性能評估模型，為系統(tǒng)故障分析積累技術(shù)條件。通過油液數(shù)據(jù)和相關(guān)過程數(shù)據(jù)，評價(jià)油系統(tǒng)及關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀態(tài)，為電廠運(yùn)行、檢修、采購和設(shè)備全生命周期管理提供科學(xué)決策的數(shù)據(jù)支持。

火力發(fā)電廠智慧油務(wù)監(jiān)督系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋰?yán)格遵照電力二次防護(hù)的要求制定，采用專網(wǎng)專用、橫向隔離，縱向加密、信息安全區(qū)域劃分的原則，將數(shù)據(jù)交互分為4個安全區(qū)域。

智慧油務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

智慧油務(wù)系統(tǒng)技術(shù)路線圖如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線圖

2 智慧油務(wù)監(jiān)督系統(tǒng)平臺建設(shè)內(nèi)容

在1號機(jī)組汽機(jī)潤滑油、抗燃油、一臺給水泵透平油、一臺磨煤機(jī)320齒輪油及46號抗磨液壓油、一臺引風(fēng)機(jī)和一臺一次風(fēng)機(jī)泵組潤滑油進(jìn)行油品在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、預(yù)警、專家診斷和優(yōu)化系統(tǒng)，建立油液指標(biāo)、相關(guān)過程的數(shù)據(jù)庫和知識庫，逐步建立油液性能評估及劣化趨勢預(yù)測模型，為系統(tǒng)故障分析積累技術(shù)條件。

2.1 系統(tǒng)首頁

根據(jù)需求，建立集團(tuán)級智慧油務(wù)監(jiān)督系統(tǒng)，可實(shí)時動態(tài)監(jiān)督各廠油系統(tǒng)監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)排行榜，根據(jù)各電廠的油系統(tǒng)監(jiān)測評分結(jié)果，自動分析排行，顯示電廠名稱和評分。如電廠數(shù)量比較多，點(diǎn)擊“查看更多”，看全部排行。管理電廠數(shù)量可以增減。系統(tǒng)首頁功能設(shè)置如圖3所示。

2.2 用戶首頁

點(diǎn)擊對應(yīng)按鈕，可進(jìn)入廠級智慧油務(wù)監(jiān)督系統(tǒng)。其中包括企業(yè)名稱、機(jī)組序號、各種設(shè)備用油系統(tǒng)及油務(wù)智慧監(jiān)督全系統(tǒng)等，對各個油系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價(jià)打分，實(shí)時計(jì)算顯示油質(zhì)合格率及平均油耗等指標(biāo)。用戶首頁功能設(shè)置如圖4所示。

圖4 用戶首頁功能設(shè)置

廠級全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 廠級全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

此頁面功能展示包含以下內(nèi)容：

1）無故障運(yùn)行時間：圖5為動態(tài)數(shù)據(jù)，上方餅圖展示出安全運(yùn)行時間、計(jì)劃停機(jī)時間、故障停機(jī)時間的百分比。在線監(jiān)測系統(tǒng)可計(jì)算出停機(jī)時間，系統(tǒng)默認(rèn)為“故障停機(jī)”，點(diǎn)擊餅圖彈出編輯對話框，可將故障停機(jī)改為計(jì)劃停機(jī)，并標(biāo)注原因和負(fù)責(zé)人；

2）系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)：動態(tài)數(shù)據(jù)，評分：評“優(yōu)、良、差”。

（1）平均油質(zhì)合格率：動態(tài)數(shù)據(jù)；

（2）平均油耗：動態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)補(bǔ)油量、換優(yōu)量按公式計(jì)算得出百分比。

2.2 分系統(tǒng)監(jiān)測

展示機(jī)組編號、系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖，其中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中有3個按鈕：“溫度”、“壓差”、“流量”，點(diǎn)擊后在系統(tǒng)圖中能夠顯示油管路溫度/壓差/流量狀態(tài)（溫度、壓差、流量數(shù)據(jù)需要從SIS數(shù)據(jù)庫中讀取），或測點(diǎn)值、或用顏色表示數(shù)據(jù)值變化。汽輪機(jī)抗燃油系統(tǒng)監(jiān)測頁面如圖6所示。

圖6 汽輪機(jī)抗燃油系統(tǒng)監(jiān)測頁面

磨煤機(jī)齒輪油系統(tǒng)監(jiān)測頁面如圖7所示。

圖7 磨煤機(jī)齒輪油系統(tǒng)監(jiān)測頁面

五大類運(yùn)維操作工具欄展示圖如圖8所示。

圖8 五大類運(yùn)維操作工具欄展示圖

2.3 油品監(jiān)測

（1）實(shí)時監(jiān)測

實(shí)時在線展示油品指標(biāo)數(shù)據(jù)，如顆粒污染等級（單位設(shè)置為“級”SAE AS4059）、水分（單位設(shè)置為“mg/L”）、運(yùn)動粘度（mm2/s，運(yùn)動粘度=動力粘度/同溫度下密度）、介電常數(shù)等，并用指針儀表盤直觀展示指標(biāo)健康狀態(tài)。下圖展示監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總頁面，支持導(dǎo)出、打印和發(fā)送工作箱等選項(xiàng)。汽輪機(jī)抗燃油實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖9所示；

圖9 汽輪機(jī)抗燃油實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)

（2）圖表統(tǒng)計(jì)

對油品指標(biāo)監(jiān)測和所有歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以曲線圖展示歷史趨勢。同時對油液指標(biāo)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和指標(biāo)不合格次數(shù)。汽輪機(jī)抗燃油指標(biāo)統(tǒng)計(jì)展示如圖10所示。

圖10 汽輪機(jī)抗燃油指標(biāo)統(tǒng)計(jì)展示畫面

選擇時間如月、季度、年（選擇合理時間段，時間范圍數(shù)值由小到大，含年月日和小時，時間差要大于1h）可以生成所有油系統(tǒng)在線監(jiān)測報(bào)表，報(bào)表里的圖表形式可以選擇，選擇某油系的多個或單個油液指標(biāo)，該油系統(tǒng)的所選指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)能以數(shù)據(jù)表形式展示，可以下載、發(fā)郵件、保存到本地；歷史數(shù)據(jù)也能以曲線圖形式顯示，展示變化趨勢等，標(biāo)準(zhǔn)限值也在曲線圖上用紅線標(biāo)出，或者曲線圖背景用不同顏色代表指標(biāo)數(shù)據(jù)合格與否，如正常數(shù)據(jù)區(qū)域背景是綠色、預(yù)警數(shù)據(jù)區(qū)域背景是黃色、不合格區(qū)域背景是紅色。同時用指針儀表盤直觀展示各油系統(tǒng)健康狀態(tài)的變化趨勢。

不合格數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，用餅形圖展示數(shù)據(jù)不合格的天數(shù)；各油系統(tǒng)清單可以多選或單選，如是多選時，在同一界面展示所選的各油系統(tǒng)油液指標(biāo)不合格的天數(shù)；油液的指標(biāo)可以多選或單選，如是多選時，在同一界面展示所選的各油系統(tǒng)所選油液指標(biāo)不合格的天數(shù)。

不合格數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，用餅形圖展示數(shù)據(jù)不合格天數(shù)：各油系統(tǒng)清單可以多選或單選，如是多選時，在同一界面展示所選的各由系統(tǒng)油液指標(biāo)不合格的天數(shù)；油液的指標(biāo)可以多選或單選，如是多選時，在同一界面展示所選的各油系統(tǒng)所選油液指標(biāo)不合格天數(shù)；

（3）實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)室和第三方檢測數(shù)據(jù)上傳到本系統(tǒng)進(jìn)行記錄、存儲和分析，油樣照片以附件形式上傳。人員登錄后可以查看、下載檢測結(jié)果；對不合格的指標(biāo)進(jìn)行處理，處理情況輸入系統(tǒng)中。

設(shè)置各油系統(tǒng)檢測的周期，定期提醒油樣檢測時間。當(dāng)輸入該油樣檢測數(shù)據(jù)時，提醒取消，顯示下一次取樣檢測的時間。汽輪機(jī)抗燃油實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)展示如圖11所示。

圖11 汽輪機(jī)抗燃油實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)展示圖

（4）過程數(shù)據(jù)

將油系統(tǒng)的相關(guān)過程數(shù)據(jù)接入本系統(tǒng)，過程數(shù)據(jù)包括油溫、電機(jī)泵組電流、壓力、壓差、振動、濕度等。計(jì)算分析過程和油液指標(biāo)及使用壽命、油系統(tǒng)健康的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2.4 報(bào)警與故障分析

（1）異常報(bào)警

根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)提供預(yù)警和報(bào)警，預(yù)警和報(bào)警數(shù)值參考新油和運(yùn)行油數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)接近超標(biāo)數(shù)據(jù)時顯黃色（預(yù)警線分別按報(bào)警線的前10%設(shè)置）。當(dāng)班人員錄入解決方案和結(jié)果。當(dāng)發(fā)生預(yù)警或報(bào)警情況時，告警信息自動發(fā)送至存儲的相關(guān)人員的郵箱。告警相關(guān)數(shù)據(jù)和信息可以下載、打印和發(fā)送工作郵箱存檔。汽輪機(jī)抗燃油系統(tǒng)告警頁面展示如圖12所示；

圖12 汽輪機(jī)抗燃油系統(tǒng)告警頁面

（2）告警設(shè)置

管理人員根據(jù)油液指標(biāo)管理要求和水平，對預(yù)警和報(bào)警的等級和閾值進(jìn)行設(shè)置。汽輪機(jī)抗燃油告警閾值設(shè)置頁面如圖13所示；

圖13 汽輪機(jī)抗燃油告警閾值設(shè)置頁面

（3）故障診斷

指標(biāo)異常后，通過引擎關(guān)聯(lián)異常原因及處理措施等。系統(tǒng)對油液指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)室檢測數(shù)據(jù)及維護(hù)情況數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，例如油液指標(biāo)和由系統(tǒng)故障的關(guān)聯(lián)性、和運(yùn)維工具種類及使用的關(guān)聯(lián)性、和時間季節(jié)的關(guān)聯(lián)性等等。每次故障的處理過程和結(jié)果不斷錄入系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)自學(xué)習(xí)功能，不斷完善知識庫，具備一定的專家診斷功能，能夠?qū)︻A(yù)知的故障給出維護(hù)方案，對故障給出分析和解決方案。

2.5 設(shè)備管理

主要包括：信息錄入、存儲和查看信息，包括設(shè)備臺賬、油品和運(yùn)維工具管理等。

（1）設(shè)備臺賬

可以將設(shè)備名稱、設(shè)備型號、設(shè)備照片等相關(guān)信息導(dǎo)入系統(tǒng)，建立設(shè)備臺賬，方便專業(yè)人員查詢、記錄等。設(shè)備臺賬畫面展示如圖14所示；

圖14 設(shè)備臺賬畫面

（2）油品臺賬

包括油品采購入庫及用油臺賬。下面使用的表格內(nèi)容可以修改，并能導(dǎo)入Excel表格數(shù)據(jù)。相關(guān)數(shù)據(jù)和信息可以下載、打印和發(fā)送工作郵箱存檔。油品臺賬畫面展示如圖15所示；

圖16 油品臺賬畫面

（3）運(yùn)維工具

運(yùn)維工具主要為濾油設(shè)備及材料等。該界面下運(yùn)維工具數(shù)量可以增加，相關(guān)數(shù)據(jù)和信息可以下載、打印和發(fā)送工作郵箱存檔。可以上傳視頻文件。運(yùn)維工具臺賬如圖17所示；

圖17 運(yùn)維工具臺賬

（4）系統(tǒng)部件

該界面下表格內(nèi)容可以修改，并能導(dǎo)入Excel表格數(shù)據(jù)。相關(guān)數(shù)據(jù)和信息可以下載、打印和發(fā)送工作郵箱存檔。系統(tǒng)部件臺賬如圖18所示。

圖18 系統(tǒng)部件臺賬

（1）故障記錄

該界面下表格內(nèi)容可以修改，并能導(dǎo)入Excel表格數(shù)據(jù)。相關(guān)數(shù)據(jù)和信息可以下載，打印和發(fā)送工作郵箱存檔。故障記錄臺賬如圖19所示；

圖19 故障記錄臺賬

（2）維修信息

該界面下維修相關(guān)表格的內(nèi)容可以修改，并能導(dǎo)入Excel表格數(shù)據(jù)。相關(guān)數(shù)據(jù)和信息可以下載、打印和發(fā)送工作郵箱存檔。維修信息臺賬如圖20所示；

圖20 維修信息臺賬

（3）油液運(yùn)維評估

對運(yùn)維工具使用情況如濾芯消耗、油液凈化效果等要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析運(yùn)維工具選用和使用與油液指標(biāo)、使用壽命及油系統(tǒng)健康的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并評估運(yùn)維效果。

2.6 節(jié)能計(jì)算器

主要包含以2個功能，如對油耗統(tǒng)計(jì)和減排統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)分析，通過計(jì)算小程序，設(shè)置計(jì)算量化的選項(xiàng)，比如節(jié)約一升油、延長油的使用壽命或減少部件損壞等，可以節(jié)約多少錢；列出設(shè)備節(jié)約的項(xiàng)目表，往每個列表錄入數(shù)據(jù)，最后可以自動結(jié)算，可以按月或季度、年計(jì)算，可以生成柱形圖表等，顯示這些節(jié)約項(xiàng)目及相應(yīng)節(jié)約成本金額。輸入節(jié)約的要素，自動計(jì)算出節(jié)約成本。

2.7 報(bào)表管理

主要根據(jù)系統(tǒng)錄入和存儲的相關(guān)數(shù)據(jù)選擇性生成各類報(bào)表，如電力用油監(jiān)督報(bào)表等等。汽輪機(jī)抗燃油報(bào)表格式詳如表2所示。

表2 汽輪機(jī)抗燃油報(bào)表

3 效益分析

3.1 管理效益

電力設(shè)備用油智慧監(jiān)督平臺同時覆蓋選定設(shè)備油系統(tǒng)的運(yùn)行工況、油性能指標(biāo)、過濾裝置投運(yùn)及關(guān)鍵部件的性能趨勢預(yù)測等內(nèi)容，相較于傳統(tǒng)的基于電力運(yùn)行導(dǎo)則要求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行限值報(bào)警，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時、連續(xù)預(yù)警；故障診斷正確率達(dá)到80%；對設(shè)備故障預(yù)警比振動監(jiān)測預(yù)警時間提前1～3個月以上；設(shè)備故障率降低30%-50%，油液壽命延長30%～50%；設(shè)備維護(hù)費(fèi)用減少15%～30%；廢油排放量減少30%～50%。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

可以降低損壞部件的采購成本，減少維修人工成本，減少維修時間和設(shè)備停工與生產(chǎn)損失；延長油液使用壽命進(jìn)而節(jié)省換油人工和補(bǔ)油費(fèi)用，同時減少廢油的環(huán)保處理費(fèi)用并延長設(shè)備使用壽命。

4 結(jié)語

作為一種創(chuàng)新管理手段及方法，和傳統(tǒng)的油務(wù)監(jiān)督管理比較，電力設(shè)備用油智慧監(jiān)督系統(tǒng)的使用可以增加油品使用壽命，減少廢油廢液排放量，減少對環(huán)境的污染。利用專用傳感器、監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，開展電力用油在線監(jiān)測分析系統(tǒng)的應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)油液和油系統(tǒng)指標(biāo)安全預(yù)警、故障分析、主動運(yùn)維、按質(zhì)換油、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評估、油系統(tǒng)優(yōu)化、檢修建議等目的，能夠減少對專業(yè)人員的依賴，方便設(shè)備運(yùn)維人員及時采取措施，在有效提高生產(chǎn)水平同時，最大限度減少企業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)維成本，提高企業(yè)盈利能力。