智慧化全數字技術在水電廠中的應用實踐分析

楊興富

（西南石油大學，四川 成都 610000；四川大唐國際甘孜水電開發有限公司，四川 甘孜 626000）

0 引言

以往基于數字化技術之下的水電廠，雖然企業建設及其管理均可實現數字化，但無法滿足信息采集及其利用廣度方面的需求，無法實現高度的智能化。所以，水電廠就應當更為注重智能化全數字科學技術的引入及有效應用，便于彌補現有不足，促使水電廠可實現高度的智能化。因而，針對智慧化全數字技術與其在水電廠當中應用實踐開展綜合分析較為必要。

1 智慧化全數字技術闡述

智慧化系統要素，以信息源、通信網絡、智慧主體為主。為實現對人作為重要智慧主體方面作用的充分利用，便于人能挖掘、分析及處理相關信息數據，實現對信息數據深入且全面的展現，能以更為生動及形象方式展現信息數據。人和信息交互歷經文字、二維圖畫及動畫等發展階段，現階段已經向著三維圖畫及動畫等方向發展，智慧化的主體作用可得到更好地發揮。機器依托通過AI 相關技術，促使智慧主體各項作用得到充分發揮。全數字化技術節奏計算機自動實施數據采集及錄入、傳輸各項操作，促使以機器為主導下實現模式被呈現出來[1]。全數字化技術，促使發水電廠由前期設計、總體生產運行及其管理整個過程由粗放型向著精細化的方向快速發展，為發電企業整個壽命周期持續提供有力的數據支撐，使得水電廠在不同階段的建設及生產過程當中實現流暢銜接，這對信息管理及共享十分有利，且數據復用及深度挖掘得以實現，對實現智慧化提供有利條件[2]。

2 水電廠當中智慧化全數字技術的應用

2.1 在智慧化全數字水電廠基建方面

針對智慧化全數字水電廠基建方面，智慧化全數字科學技術之下，水電廠基建項目工程貫穿至水電廠內部標識系統（KKS）實際編碼、三維立體化信息基礎模型、平面流程圖、全程三維優化設計及三維施工、材料管理、設備建模及基建安全監管等所有節點。智慧化全數字水電廠基建，由廠級的數字化信息檔案入手，以KKS 編碼為基礎，形成對材料及設備的管理[3]?；谥腔刍珨底种拢瑢λ姀S管理整個信息系統所提出的要求相對較高，KKS 引入后，貫穿于水電廠整個生命周期的一個編碼體系逐漸形成，水電廠前期規劃設計、具體施工、調試運行及維護各節點所產生的信息，均被基建項目參與各方精準獲取、理解及交流，這便于開展計算機相關處理操作，水電廠資產和信息從前期設計至運行維護整個過程處在最佳化的配置當中?；ㄔO計節點，依托全數字化之下三維模型系統平臺，各專業可處于三維環境當中實現協同設計。數字化系統平臺當中可集中展示設計現狀，以視頻或圖像各種方式，將工程總體設計進度實時展示出來，數字化的系統平臺當中點擊設備所對應名稱后，便可直接精準定位至具體模型；平臺當中能夠全廠漫游，輕輕點擊模型，便可查詢設備、管道、閥門等屬性，工作人員可以快速熟悉所處的操作環境。后臺所有信息數據均可查，且可擴展性相對較強。

2.2 在三維可視數字化的數據管理及數據分析方面

針對三維可視數字化的數據管理方面，包含著對應三維設備基礎模型、各項過程數據、圖紙資料等實施管理；還提供全廠整個生命周期所涉及的數據管理及其狀態管控，能夠和廠級內部監控信息、管理信息、DCS、資產管理等各個系統實現全面集成，關聯著工程當中主數據，確立三維工程基礎模型和文檔信息，積極落實維護工作[4]；還能夠與廠級的閉路電視及信息系統各項數據實施映射管理，多系統相互間數據可實現有效關聯及調用。針對大數據的分析方面，涉及性能計算及耗差分析、環保數據密切監測及節能優化、優化調配全廠各項資源數據支持各項功能，重點構成部分以實時監控、歷史趨勢、報警預警、性能計算及分析統計、相關性系統分析及預測分析等為主。

2.3 在輔機狀態實時評估及其監測分析方面

輔機狀態傳統評估及監測分析，通常是以計算機為基礎實施后臺的計算及其分析工作，與技術員之間欠缺交互性，無法實現智慧主體各項作用的充分發揮。智慧化全數字科學技術之下實施輔機狀態實時評估方面數據來源，即三維數據基礎模型，提供了與技術員直觀交互的系統平臺，便于充分了解并且掌握狀態評估機制及其過程，為技術員完善或改進現有評估方法可提供重要指導[5]。智慧化全數字科學技術之下輔機狀態實時評估，涉及輔機三維信息數據基礎模型之下數據篩選、各輔機實際運行過程當中歷史數據的采集及分析、選定數據分析基礎模型、模型訓練各項功能。

2.4 在三維定位方面

針對廠級人員的定位系統，即依托三維技術對于全廠人員實施高效化管理，所涉及的技術以高精度超寬帶定位、三維建模之下圖像識別精準定位、GIS 及陀螺儀聯合下大范圍精準定位等各項技術為主。與傳統類型通信技術之下定位方法比較起來，高精度超寬帶定位此項技術有明顯差異性存在，集中表現為高精度超寬帶定位作業技術無須用到傳統的通信體制當中載波，以發送及接收有納秒級及其以下極窄的脈沖，實現數據傳輸，適宜室內環境下實施精確定位操作[6]。相比較于傳統類型窄帶系統，超寬帶類型有強穿透力、優良的抗多徑作用、低功耗、高精準性及安全性、便捷性等優勢，適宜應用室內環境中對移動物體實施定位跟蹤。

2.5 在設備操作及檢修系統的智能化方面

針對設備操作及檢修系統的智能化方面，智慧化全數字綜合系統當中，引入了圖像處理及數字影像各項技術手段，融合水電廠整個的生產過程，能夠實現智能化的設施設備實操指導及檢修維護?，F階段，增強現實（AR）、虛擬現實（VR）這兩項技術普遍應用到智慧化全數字綜合系統當中，混合現實（MR）技術處于逐步投入應用階段?？梢暬S平臺及廠內人員的精準定位專項系統之下，能夠結合兩票系統，開展檢修或巡檢計劃的創建優化或修改處理、管理操作，促使巡檢路線最終形成，依托可視化三維平臺實現巡檢路的顯示及上傳，對巡檢路線當中設施設備具體運行狀況實施分析，結合檢修需求增設電子圍欄的報警系統。智慧化全數字今后在水電廠領域應用實踐當中，針對三維平臺設施設備檢修及其操作方面將會與不同感知檢測科學技術融合，如聲波及光學技術等，促使智慧化全數字科學技術處于水電廠領域當中應用實踐更具生命力及發展前景。依托視覺及三維系統開展智能檢修各項操作，并依托大數據科學技術手段，促使智能化的技術處于信息數據實際獲取廣度得到持續擴展，通過采集及分析處理海量數據，借助數據挖掘科學技術將潛在干擾、錯誤及冗余數據等均剔除，獲取更為真實可靠的分析結果，便于反映水電廠真實的運行情況[7]；大數據科學技術之下，可以發現水電廠內發電機組整個運行過程當中細微的一些狀態變化，提前識別隱患問題，且予以消除，促使水電廠內部發電機組實際運行期間故障問題的發生概率得以有效降低，提高機組總體運行安全可靠性。智慧化的數字水電廠當中，針對于深度利用各項檢測信息方面，涉及振動頻譜的數據分析手段之下對旋轉設備具體的運行狀態實施診斷分析，結合設備材質實際劣變數據實施狀態分析等各項診斷技術。如設備振動的加速度方面信號比較敏感于高頻信號，有著適應性廣及檢測操作便捷等特點。但振動的加速度方面信號往往極易受到振動信號實際傳遞路徑、傳遞振動元件間隙、傳感裝置安裝誤差、監測部件所固有振動方面因素所影響，以至于振動的加速度總體信號復雜性突出，借助信號分析現有方法若想提取到故障特征則比較困難。故結合振動的加速度相應信號頻譜，依托可視化的分析方法，便可實現對故障特征的有效提取，它主要是以傅立葉的變換為基礎，實現對振動的加速度整個信號頻譜有效獲??；再結合高低能量整個區域邊界，有效分割處理振動的加速度整個信號頻譜，統計分割處理之后各個分頻段當中頻率分量實際幅值和，選定頻段幅值和作為主要的特征指標，將隨著時間變化相應譜陣列確立起來，可視化地集中顯示出來后，水電廠內部機械設備整個壽命周期實際運行狀態可被顯示出來。還可借助機組在線的運行狀態監測專項系統，實施數據采集及其并預處理各項操作，以模糊化的神經網絡、專家系統、傅立葉快速變換等為基礎，對類型不同的故障實施診斷分析，借助決策融合科學技術合理優化最終的診斷結果，促使問題分析及推理優化、實時遠程化診斷及其分析能力等得到提升，確保水電廠總體智能化的水平得到有效提升。

2.6 在跨系統平臺應用方面

在跨系統平臺應用方面，以數據側、移動端、第三方等系統平臺應用為主。針對移動端的系統平臺，依托最具先進性、應用最具廣泛性的移動通信科學技術手段，依托智能化的通信設備及移動互聯等，促使各級數據能夠以更為豐富且直觀形式被快速傳輸至智慧主體當中，移動查看各項的生產指標，對現場生產整個過程予以實時監控，且還有著大數據的系統平臺消息實時提醒、瀏覽設備基礎模型、設施設備缺陷問題管理、查看數據報表、管理在線文檔等各項功能。

2.7 在大機組智能化的控制方面

針對大機組智能化的控制方面，以DCS 及SIS 所提供各項數據信息為基礎，智能化科學技術輔助下，獲取水電廠生產整個過程當中各項重要指標內在規律及其關聯性等，及時且精準判斷機組具體的運行狀態，對控制策略可予以自動調整，以此來滿足于實際生產需求[8]。智慧化全數字科學技術當中，依托各種測量手段，擴大機組各項數據信息實際獲取廣度，聯合軟測量、狀態觀測及模式識別各項技術，實時獲取機組當中大量狀態變量數據信息，還可借助數據挖掘相關技術深入挖掘并獲取更深層次的數據信息，結合機器學習之下智能化的建模技術，把更新、更多及更精準的各項狀態信息實時反饋到控制裝置當中，實現控制有效校正及其優化處理，自動適應于水電廠機組處于不同工況條件下實際運行需求，水電廠當中對機組總體的運行方式、經營管理、控制參數及其效能指標等予以持續優化、改進，這相比較于傳統類型控制結構，智慧化全數字科學技術之下，促使水電廠總體運行過程當中信息數據的采集及獲取廣度、信息數據實際處理深度方面得以提升。

2.8 在一體化管控方面

針對宏觀角度分析，水電廠整體生產至區域性實施電力生產往往處于綜合性的一個互動體當中，促使閉環系統形成，閉環當中除了涉及傳統的一些控制因素外，還涉及管理層面向于人員管理等高層次的各項因素，大閉環當中各項因素缺陷及其故障，可視作施加至閉環系統當中擾動，會間接或直接影響到生產，如操作者未認真值守所致生產事故、相關檢修技術員自身工作疏忽所致機組產生非故障的停機問題等，屬于管控分離傳統生產模式所無法達到全局優化根本原因。實現一體化的管控，屬于管控分離傳統生產模式的優化或改進，對綜合性閉環系統實施有效控制。智慧化的全數科學字技術之下，對水電廠實行一體化的管控，對發電過程監控系統及生產管理專項系統相互間，可將數據共享專項機制確定下來，促使控制及管理有效聯動，結合實際的各項管理需求，對生產任務予以實時調整或優化，依托多種模式及通信手段等，把管理需求實時反饋至發電生產及其運行整個控制系統當中，實時調整或優化總體的控制策略，促使水電廠的各生產指標實現最優化，且企業實現更多經濟效益的有效獲取。

3 結語

綜上所述，智慧化全數字科學技術，其融合了當前更多先進的技術手段，應用至水電廠當中，則智慧化全數字水電廠基建，實現三維可視數字化的數據管理及數據分析、輔機狀態實時評估及其監測分析，廠級人員的三維精準定位、設備操作及檢修系統的智能化、跨系統平臺應用、大機組智能化的控制、一體化管控等能夠實現，不但可滿足信息采集及其利用廣度方面需求，且可實現高度的智能化。