大數據技術在流域水電廠集控運行中遠程診斷的應用分析

何才強

（云南大唐國際李仙江流域水電開發有限公司，云南 普洱 665000）

當前，對于中國電廠技術服務單位而言，借助大數據技術完成電廠系統和設備遠程診斷服務，已經成為其全新的業務發展方向。近些年來，選擇遠程診斷系統的大型集團和企業的數量越來越多，尤其是一些大型電廠。對于電廠的運行而言，基于大數據技術的狀態監測和故障診斷系統能夠充分保障其運行的安全性，借助大數據技術自身優勢的有效發揮，能夠打破“信息孤島”現象，實現電廠內部各機組運行數據實時獲取的目的。

1 大數據技術和遠程診斷概述

從遠程診斷的角度出發，大數據技術在其中的發展方向主要表現為：①與預警模型系統、數據庫數據倉庫系統實現集成；②借助大數據技術的相關工具完成復雜程度較高的數據挖掘，從而實現知識的獲取；③與電廠現存的故障診斷應用軟件進行深層次的融合；④對大數據技術的相關標準進行研制與開發；⑤大數據技術在電廠遠程檢測和診斷中的應用還需要做到支持移動環境[1]。總體來看，在電廠機組和設備運行改良、狀態檢修、診斷故障和監測狀態等多個方面，基于大數據技術的遠程監測與診斷系統在其中的應用具有較大程度的研究意義。

2 基于大數據技術的電廠遠程狀態監測及故障診斷系統

文章中所研究的以大數據技術為基礎的電廠遠程監測與故障診斷系統，其根本作用是監測電廠設備和機組狀態、運行參數、分析數據、診斷故障、指導運行維修等，其監測和診斷的對象為電廠中的各個主機、輔機系統，包括發電機、水輪機、勵磁系統、調速系統、水系統、油系統、氣系統、泄洪設施等。

基于大數據技術的遠程狀態監測與故障診斷系統在應用期間的具體流程如圖1 所示。這一系統借助機組狀態監測數據庫的搭建，并將數據融合技術進行了引入，能夠將大數據技術自身的優勢充分發揮出來，進而實現打破“信息孤島”效應的目的，對電廠中機組運行狀態的全過程進行及時且系統的監測。不僅如此，該系統還能夠對電廠機組的故障進行詳細的分析和診斷，并對運行趨勢進行預測，進而為機組預知維修和狀態維修的實際進程提供更加有力的支持，這可以在很大程度上避免維修過剩或不足的情況出現。

圖1 基于大數據技術的遠程狀態監測與故障診斷系統流程圖

整體來看，本文中所研究的基于大數據技術的遠程狀態監測與故障診斷系統的構成要素共包含4 個模塊，分別是監測概貌、網絡通信、綜合報告以及系統管理[2]。

2.1 監測概貌

總體而言，監測概貌這一模塊的監測對象主要有機組現存具體的機組數目、機組的實際運行狀況以及機組每一個部分的具體運行數據等多方面的信息。該模塊能夠實現監測每一個特點參數的準確化和實時化，不僅如此，該模塊中對每一個測點的報警上限與報警下限進行了設置，同時，借助棒圖監測的模式，該模塊還能夠獲悉每一個機組測點是否處于正常運行狀態[3]。

2.2 網絡通信

在進行水電廠的遠程集控時，還需要借助網絡通信功能的植入，從而實現集控工作的實時化與有效化。在電力改革持續推進和電力市場建立的背景下，水電廠、集控中心、調度中心等多方主體之間交換數據的頻率越來越高，集控中心監控系統已經突破了以往封閉的局面，轉而朝著較為開放的網絡通信模式發展。但是，在此期間，集控中心網絡可能會面臨一定的風險，為了減少這些風險因素的影響，就需要進行安全防護配置。具體而言，需要進行專用電力調度數據網絡的建立，該網絡與電力企業數據網絡這兩種類型的網絡需要呈現出彼此獨立的局面，實現物理隔離，如此一來，就可以在調度數據網的層面上形成相互邏輯隔離的實時子網和非實時子網，即網絡專用[4]。除此之外，為了實現網絡通信的安全，真正發揮集控中心的作用，還應當確保橫向隔離的實現。需要借助差異化強度的安全設備將不同的安全區進行隔離，特別是對于電力生產控制大區和管理信息大區這兩項內容，要實現二者隔離的安全性和有效性。與此同時，還要完成外網公共數據區和內網公共數據區的建立。另外，在縱向層面上，還要進行有效的認證，借助訪問控制、加密以及認證等措施或技術手段，對網絡通信期間涉及的所有數據進行有效的保護，實現對數據縱向邊界的安全維護以及遠方安全傳輸，這可以為水電廠集控中心遠程控制使用網絡通信功能時的安全性和有效性提供保障[5]。

2.3 綜合報告

這一模塊中涉及多種功能，包括查詢歷史數據、報警預測以及對機組的實時報警等。對機組進行實時報警這項功能能夠實時對機組當前運行狀態作出自適應判斷，從而為維護電廠機組和設備的工作人員作出科學判斷創造更加便捷的條件。

2.4 系統管理

以大數據技術為基礎的遠程狀態監測與故障診斷系統所包含的系統管理模塊中牽扯到多種功能，例如專家自診斷功能、組態管理功能以及軸承管理功能等。立足于分析方法的角度，該模塊能夠以故障頻率分析方法作為依據，對故障頻率實際發生的位置進行清晰的判斷。除此之外，專家自診斷功能可以按照專家規則庫，判斷電廠中各機組存在的故障情況，并達到對機組當前運行狀況進行實時化獲取的目的。

3 基于大數據技術的遠程診斷系統在電廠中的實際應用

從當前發展的實際情況來看，遠程狀態監測與故障診斷系統在一些大型工廠核心設備和旋轉機組中有著較大規模的應用。以發展階段的角度劃分，電廠機組和設備維護方法的演變能夠被細分為3 個階段，分別是事后維修、定期維修以及基于狀態維護[6]。起初，事后維修是最為常見的方式，隨著時代的不斷發展，定期維修成為主要的維護方式，發展到如今，基于狀態維護已經成為應用頻率最高的一種形式。在一些大規模電廠中，能夠對機組運行狀況產生影響的故障多種多樣，其中大部分均可以被劃分到漸進性故障的范疇中，這些故障在日常的一般性檢查和點檢中難以被發現并解決，而借助遠程狀態監測和故障診斷系統能夠實現故障發現的及時化[7]。

以某一流域內集控運行的電廠作為研究對象，該流域所轄7 個水電廠均是其所在地區電網中的主力電廠，流域電廠內共安裝有18 臺水力發電機組，單機容量在3 4 ～1 5 0 M W 之間，流域總裝機容量為150.3 MW，水輪發電機型號既有混流式，也有軸流轉槳式，在數年的觀測和總結后發現，該流域的年均發電量能夠達到45 億kW 時，肩負著調頻、調峰以及事故備用的責任。當前，負責此流域運行方式如下：各電廠執行“無人值班、應急值守”運行方式，不承擔主控室職責，異地集控運行部負責遠程運行監盤，其設置5 個運行值，每值配置1 個值長和3 個專責值班員，總人數20 人，按5 值3 倒方式運行，主要負責日常運行監盤及設備運行分析、與電網各類業務聯系及操作命令執行、10 kV 以上設備倒閘操作、閘門操作、各類數據匯總及對外對內報送，人員少，工作量大。現階段，以大數據技術為基礎的遠程狀態監測與故障診斷系統在該流域遠程集控運行中已經得到了有效的應用，并在其內部的所有機組、輔機設備中做到了監測運行狀態和診斷故障的實時化，取得了相對良好的應用效果。

系統在該流域集控運行中的應用期間發揮的作用主要表現在以下幾點：①基于大數據技術的遠程診斷系統能夠做到監測并記錄18 臺發電機組油泵、頂蓋排水泵、滲漏排水泵、檢修排水泵、發電機等設備的啟停時間；②系統還可以深入分析機組狀態各類參數；③當機組運行期間出現參數偏離正常值范圍的現象時，遠程診斷系統還可以實現智能報警；④遠程診斷系統能夠對流域電廠各設備運行期間各部位的溫度變化發展趨勢進行統計分析；⑤系統還具備生成智慧報表的功能，能夠將水情信息分析、電量統計等各類報表自動上報至系統中，方便集控運行值班人員開展工作。

具體來說，在流域集控運行中，以大數據技術為基礎的遠程檢測與故障診斷系統能夠借助計算機設備中包含的各個功能模塊，實現對電廠內部各個發電機組和各項設施的實時監測與故障診斷，借助對監測點的合理布設能夠對發電機組、頂蓋排水泵、滲漏排水泵、檢修排水泵、發電機等設備做到系統化、全面化的監測，對其內部結構振動狀況和支撐部件的損傷情況進行診斷。以發電機設備為例，該系統能夠對發電機設備的電氣量進行測量，實現這一目的主要依賴于系統中所包含的發電機電氣量信號采集與預處理系統，同時，該系統還能夠連續監測發電機設備定子繞組、軸承的溫度變化情況，借助這種方式實現故障和隱患發現的及時化，以便在短時間內進行有效的處理。除此之外，在該流域集控運行中，基于大數據技術的遠程診斷系統在實現對系統通信數據進行監測的過程中，使用到的分支系統主要包括機組流量監測系統、主變在線監測系統、機組輔機監測裝置以及發電監控系統等。

4 結束語

綜上所述，以大數據技術作為基礎的遠程檢測與故障診斷系統在流域集控運行中能夠發揮重要的作用，一方面，流域電廠內部各個機組管理的科學性和管理水平均能夠得到大幅度提升，另一方面，流域電廠中的設備和機組在運行期間的安全性也可以得到更加堅實的保障。依托于現如今先進的傳感器技術、互聯網技術、計算機技術以及大數據技術，該系統能夠實現流域電廠內部各個機組和設備運行數據的實時獲取，進而避免“信息孤島”情況的產生。此外，這一遠程診斷系統還能夠實現監測流域電廠機組和診斷其故障的實時化，具備很大的應用價值和廣闊的應用前景。