火电厂电气设备智能运维技术研究与示范应用技术方案

1、中国华电集团公司科技项目技术方案 课题名称：火电厂电气设备智能运维技术研究与示范应用申请单位：华电青岛发电有限公司 江苏国电南自海吉科技有限公司起止时间：2016年1月 至2017年12月课题组长：苏振勇手 机：固定电话请日期：2015年 11 月 23 日一、项目预期达到的主要技术指标1.1 当前火电厂电气设备运维管理存在的问题包括：1）普遍采用定期检修，造成检修费用及资源的浪费；2）运行数据、台账数据、人力资源、设备缺陷、缺陷处理状态等信息相对独立，运维调度复杂，需要大量运维人员； 3）设备缺陷发现到处理主要依赖人的管理，效率较低；4）状态信息实时监测较少，缺

2、乏对健康状况长期趋势分析。另外，现有故障诊断依据单一，故障发现和处理异常时，更多依靠于运行人员经验判断，缺乏更强的技术支撑。通过本课题，构建火电厂电气设备智能运维框架。智能运维要求在运行、检修等环节的控制和判断上具有高度的主动性、安全性和可靠性，实现“分析过去，掌控现在，预测未来”功能。“分析过去”指通过数据积累和现场经验，梳理和总结运行规律；“掌控现在”指通过对现场实时数据的感知，及时调整设备运维方式，保证安全经济运行；“预测未来”指通过趋势分析，对还未出现的故障提前做出预防和应对措施。 1.2 构建的火电厂电气设备智能运维系统主要功能包括：1）实时监测发电机、变压器、高压电机、中高压开关设

3、备、高压电缆等重要电气设备的实时运行状态，并对获取数据进行分析、诊断；2）实现设备运行操作的智能化，运行报警智能分析处理,运行操作安全有效监控；3）实现设备维护、检修的智能化，针对故障处理给出流程化指导建议和检修操作有效监管；1.3 本项目主要技术指标包括：1)针对火电厂发电机、变压器、高压电机、中高压开关设备、高压电缆等重要电气设备的全景状态信息特点，研究智能传感器、传感器网络、智能电子装置、非接触检测等关键技术，研制出一系列智能监测装置；2)建立了基于物联网技术的智能运维体系架构，应用无线或有线传感网络技术实现各传感信息的共享，采用标准协议实现不同厂家监测设备的无缝接入；3)基于火电厂电气

4、设备状态信息研究状态评估、风险评估、预测预警、智能诊断，形成逐项功能模块；4) 监测装置具体技术指标：设备预警准确率 90%设备故障识别率 90%平均无故障工作时间（MTBF） 3000小时现场数据数据传输延时 2秒 智能运维系统具体技术指标：从数据采集到系统显示 3秒子设备全部扫描一次 6秒控制命令下发 3秒画面调入 3秒数据刷新 3秒系统可用率 99%平均无故障工作时间（MTBF） 3000小时历史数据保存 3年实时数据容量 遥测 8192，遥信 327681.4 研究成果包括：完成一份火电厂电气设备智能运维系统的课题技术研究报告；编写智能火电厂发电电气设备状态监测技术导则和火电厂电气设备

5、智能运维规程两项标准；建设基于青岛发电公司的火电厂电气设备智能运维系统改造示范工程一项；总结基于青岛发电公司的火电厂电气设备智能运维系统建设模式和实施路径，形成集团公司火电厂电气设备智能运维改造的指导性意见；发表学术论文2篇，申请专利4项，培养专业技术人才。二、项目的技术路线和具体研究内容（一）技术路线 通过理论研究、产品研发、现场示范应用的方式进行研究，采用大型数据库、大数据分析理论、移动互联网、神经网络、小波分析等符合火电厂实际应用的理论体系和计算方法，构建火电厂电气设备智能运维系统。火电厂电气设备智能运维系统采用集中部署、分布应用的方式，按照分步实施、逐步完善的原则进行建设，整个系统建设

6、分为三个阶段：第一阶段，2016年12月实现智能运维系统支撑的硬件改造实施。该阶段的主要工作包括智能化运维系统平台的软硬件环境建设、青岛发电公司监控屏建设、现场设备测点加装、数据接口开发、设备编码、测点编码、基础平台开发和部署等。监测的数据包括实时数据、检修数据、精密诊断和精密点检数据、电气在线监测数据等；第二阶段，2017年12月完成智能运维系统技术研究及功能开发及示范应用。在第一阶段的基础上借助大型数据库、工业以太网、移动互联网等技术将检修的各个环节有效整合，实现本项目的关键技术和创新点，达到智能检修目的；第三阶段，2018年逐步实现智能化运维系统推广应用。持续完善智能运维系统和火电厂设备

7、诊断知识库，并在集团其它火力厂逐步推广应用。（2） 具体研究内容2.1电气设备智能运维功能框架图1 火电厂电气设备智能运维系统功能架构框图 图2 火电厂电气设备智能运维系统功能模块系统特点包括： 1）自动化：实现自动检测、自动诊断、自动处理。对设备状态进行动态跟踪，异常缺陷自动发现并生成检修工单，采用自动化技术简化传统复杂繁琐的检修工作； 2）流程化：对人员与设备参与的整个过程实现流程化管理，每个环节实现监管，提高处理的效率和质量；对于可类型化电气故障采用流程化的处理方式，运行检修人员按照流程建议对故障进行处理； 3）信息化：建设设备信息库、人力库、知识库，提高运行检修的便利性； 4）移动化：

8、采用移动互联网技术，异常与缺陷可第一时间发送至责任人，通过移动互联使任务的管理更加便利，更加高效。本系统主要借助于大型数据库技术、工业以太网技术、移动互联网技术将检修的各个环节进行有效整合，实现智能检修。2.2 智能运维系统支撑基础库关键技术研究 建设实现对设备信息库、知识库，任务库，缺陷库、人力库的访问； 1）设备信息库实现设备的厂商信息、参数信息、说明信息、缺陷信息、健康状态信息、检修信息、在线与离线检测报告的综合查询与写入； 2）知识库实现按物理间隔查询图纸、电力标准与规范、常见故障处理方法； 3）人力库实现按组织结构查询人力目前在职状态、人力所在任务状态、人力特长等信息； 4）缺陷库实

9、现缺陷的创建和缺陷状态、缺陷处理情况的跟踪管理。5）任务库实现任务的创建和分派以及任务状态、任务处理、任务考核的管理。华电国际财务及资产管理系统（简称FAM）是华电国际2004年集中部署的ERP业务系统，该系统包括财务管理、生产管理、物资管理、合同管理、燃料管理等功能模块，是生产经营管理的核心应用系统。2013年启动了FAM系统升级项目，实现与集团公司ERP功能一致，全面满足与集团公司ERP集成要求；图3 华电国际信息化系统功能框图FAM系统涵盖了智能运维系统支撑基础库，智能运维系统与FAM系统之间访问可通过以下三种方式：1）文本方式，包括txt、xml等格式；2) 通信方式，可采用modbu

10、s、103、104、IEC61850、OPC等通信规范；3）通过共享数据库或中间数据库形式实现数据交互。2.3 电气设备状态检测与诊断关键技术研究状态监测与诊断系统总体框架结构 图4 火电厂电气设备状态监测与诊断系统框架图 研究火电厂电气设备状态监测与故障诊断系统框架结构及组成，以及具体实现的技术方案，该系统最主要的特点是电厂、一次设备厂商、省公司管理层、集团管理层用户均可通过访问云平台实现数据的共享，实现对诊断的全周期流程管理。另外，该系统还可有效整合DCS、ECS、NCS系统的监测数据，实现对设备状态的综合全面监测，对设备的分析更加全面，对设备状态的判断更加准确。拟采用的系统主要分为三层，

11、为别为现场设备层、系统分析层、远程诊断层，三层之间采用现场总线、局部以太网、远程以太网络联结。现场设备层主要实现信号的变送、数据预处理、初步诊断三个功能，本层既是数据的提供者，又采用时域分析、频域分析、相关性分析、统计分析等手段进行数据的初步整理与判断。系统分析层主要实现数据的采集、存储、分析功能。不同种类的设备采用不同的模型与分析流程处理，采用实时分析与触发分析相结合的方式进行状态分析，发现故障发出告警并给出检修建议。远程诊断层主要实现数据的共享与大数据挖掘两大功能。电厂核心设备数据上传至该系统，系统采用大数据挖掘技术对所有数据进行分类、聚类、相关性、时序等分析，不同的用户拥有不同的权限访问

12、数据。电厂用户可将重要的设备问题提交该系统，系统对问题进行流程化管理并提供设备状态数据。系统还可对共性的问题进行总结，指导修订运维检修的规则规程。 非接触式监测技术在电气设备状态监测与故障诊断的应用 主要研究发电机、变压器、异步电机、开关、电缆、电容型设备、避雷器等关键电气设备的在线监测和故障诊断方法。研究不影响一次设备运行的安全可靠的技术方案和工程实施方案；研究在上位系统中对数据按设备分类统计分析与故障检测诊断的方法。主要研究内容有如下几个方面：1）发电机状态监测系统的研究。完善发电机实时监测系统，通过温度、振动、局放、端部振动、匝间短路等在线监测手段对电气性能趋势进行分析；对发电机氢、油、

13、水系统运行数据及介质指标进行统计分析，发现潜在缺陷。2）电气设备的温度检测。电气设备的工作状态与温度有着密切的联系，不同类型的故障都会以发热升温的形式表现出来。比如引线接头有可能因接触不良而过热烧断，断线在不平衡力的作用下，向其两侧抽动，又有可能造成相间短路而引起大面积失电，由一个小小接头而造成极大的经济损失，可见对电气设备的热状态进行监测也是至关重要的。红外非接触测温技术满足电气设备在高电压、大电流、高温、高速旋转等运行状态下监测温度的要求，采用红外测温技术实现对电气设备的温度监测。3）升压站一次设备在线监测设备的技术研究。研究不影响变压器、GIS、互感器、避雷器安全可靠运行的在线监测的方法

14、，研究在上位系统对一次设备故障检测与诊断的方法和流程。4）电气设备在线监测设备不同厂商的融合技术。 多类型数据综合分析技术研究与示范应用 结合在线监测、检修、精密点检、试验、历史台账等数据，研究多类型数据综合分析技术在电气设备的状态监测与故障诊断中的应用。研究状态监测的挖掘目标和应采用的挖掘工具，研究对电气设备的数据进行分类的方法，研究基于关联数据方法分析流程,研究用大数据挖掘技术进行识别和诊断的方法。2.4 移动互联网技术在电气设备智能运维中的应用 基于移动互联网的设备异常与故障的即时传达技术研究基于移动互联网的数据发布技术，研究数据发布的方法，研究发布数据的内容组成，发布数据的页面布局方式

15、，研究数据发布对象的预设置方法等。 基于移动互联网的检修任务执行与反馈技术研究如何利用手持终端进行检修任务的打开、检修过程中设备状态的图像反馈，检修任务的结果反馈、检修任务的完成、检修任务的评价。 基于移动互联网的检修知识库建设应用在检修作业准备工作或在检修过程中，有时需要很方便地访问相关设备数据、资料、联系人等，获取相关的标准、规范等信息，如能利用手机等客户端方便的访问，无疑大大提升了检修的便利性。本课题研究在火电厂中基于移动4G技术访问检修知识库的方法，研究移动终端页面的展现方式，研究数据的搜索检索方法等。2.5 电气设备运行操作中智能技术的应用 火电厂电气保护定值管理的应用按照设备构架，

16、对设备定值采取统一保存，便于查看及事故分析。2.5.2 厂用电自动抄表统计技术的应用 对厂用电电能表进行智能电能表自动抄表功能改造，实现厂用负荷的实时监控，进行厂用电率计算、经济指标及厂用负荷的节能指标分析等，为机组整体优化运行提供可靠参数依据。厂用智能电能表抄表功能由智能电能表、电量采集装置、电量小组站、隔离装置、电量计费服务器等构成。智能电能表具有RS485接口，按照DL/T 645进行数据传输。2.6 电气故障的智能应急处理实现 类型化故障的分类方法及其处理流程的研究总结发电厂电气系统常见的电气故障，按照故障处理流程的相似度对发电厂的常见故障进行种类划分，研究主要故障类型的故障处理流程。

17、 类型化故障流程化处理技术的研究研究将故障处理的流程转化成计算机可识别并可自动转化为按向导模式工作的方法。2.7 重复性常规项目的自动化检修技术 异步电动机自动润滑技术自动记录异步电动机运行时间，依据润滑管理规程，研究异步电动机自动润滑策略，编写自动润滑方法与使用导则。 基于功能安全的自动绝缘检测技术基于IEC61508功能安全技术，应用可靠的自动绝缘检测设备，编制自动绝缘检测设备使用方法与使用导则。三、项目的关键技术和创新点3.1 关键技术1）电气设备智能运维系统功能框架研究重点研究智能运维系统功能布局和逻辑结构，研究系统之间的接口方式，研究发电设备缺陷、任务的自动化处理方式与流程，基于该结

18、构实现运维的自动化、流程化、移动化。2）电气设备状态检测与诊断关键技术研究重点研究电气设备安全在线检测技术，利用在线检测、离线定期精密检测、定期预防性试验及现有DCS、ECS系统电气信息量等数据，研究多判据识别电气设备故障的算法，实现设备异常状态和故障的自动识别。3）智能运维系统支撑库关键技术研究研究智能运维支撑中的设备信息库和知识库中信息的构成，信息的存储结构，访问检索方法，研究人力资源库的接口与访问方法。研究任务库、缺陷库的改造方法，实现自动管理。4）移动互联网技术在智能运维中的应用重点研究如何利用移动互联网技术实现设备异常、缺陷、任务、处理结果反馈的便利化、即时化，使检修过程更快捷，更方

19、便，更有效闭环。实现对设备图纸、作业指导书、调试手册、设备信息等资料库的实时查询。5）电气故障的智能应急处理实现重点研究电气设备故障类型化的方法，对各种类型化故障进行流程化处理的方法和技术手段。3.2 创新点1） 研究多维度结构化和非结构化数据的融合方法，整合设备运行实时数据、精密点检数据、设备维修数据，制定统一的数据规范和标准体系，构建一体化数据中心，为数据分析、异常预测和故障诊断提供基础数据；2） 应用数据挖掘分析技术，研究多维度设备运行参数间的关联关系，建立火力厂电气设备故障模型，进行设备故障判断和裂化趋势分析；3） 应用先进的传感技术，研究各类电气设备的故障机理，实现电气设备故障的精确

20、诊断；4）智能运维系统与FAM系统在运维管理方面的数据交互，实现对设备信息库、知识库，任务库，缺陷库、人力库的访问；5）基于移动互联网的设备异常与故障的即时传达技术、检修任务执行与反馈技术、检修知识库建设应用；四、项目主要技术难点1）智能运维系统功能布局、逻辑结构，与其它信息系统之间的接口方式；2）多类型多参量多判据识别电气设备故障的算法，实现设备异常状态和故障的自动识别；3）设备信息库和知识库信息的构成、存储结构、访问检索方法；人力资源库的接口与访问方法；任务库的自动管理功能；4）实现设备异常、缺陷、任务、处理结果反馈的便利化、即时化，使检修过程有效闭环；5）电气设备故障类型化处理方法和技术

21、手段。五、项目费用构成项目总费用：642万元，详见下表： （单位：万元）科目金 额备 注（一）直接费用5821.人员费（1）研究机构人员费（2）临时工工资272.设备及软件费435见可行性研究报告附表1（1）购置（2）试制3.业务费（1）材料费30现场实施用材料（2）资料费10（3）外协测试试验及加工费30（4）会议费20项目执行期间工作交流会5次（2万元/次），项目总结评审会1次（10万元/次）（5）差旅费30500元/天.人×12人×50天4.其他直接费用（二）间接费用601.现有仪器设备使用费302.直接管理费用203.其他间接费用10（三）协作研究支出协作支出1合

22、计642六、时间进度安排序号阶段时间段资金计划（万元)主要研究内容和成果1A2016.012016.09195运维平台的软硬件建设、现场设备测点加装、数据整理、数据接口和平台功能前期开发和部署等2B2016.102016.1283数据补充、数据接口和平台功能中期开发等3C2017.012017.08242完成数据接入、平台功能开发、研究内容其他功能实现等4D2017.082017.1190研究内容应用效果验证5E2017.1230项目验收、结题总体2016.012017.12642七、项目主要经济、社会、环境收益1）可将每年的维护费用减少25%-30%，有效减少因电气设备导致故障停机次数，电气

23、设备故障维修时间缩短20%-30%，设备利用率提高1%以上，备品备件管理效率提高50%；2）实现状态检修,提高设备有效利用时间，延长使用寿命，为实现电气设备全寿命周期管理提供有力支撑；3）提高运维检修操作的安全性和有效提升工作执行的效率；4）研发的火电厂电气设备智能运维系统实现自主创新。将大型数据库、移动互联网、大数据挖掘、云计算等最新技术应用于火电厂运维工作中，实现了技术应用创新。八、项目主要负责人和参加人员序号姓名部门性别年龄职称专业承担本项目主要工作投入月数1苏振勇青岛公司男49高级工程师汽机项目组长242李川斌青岛公司男45高工电气项目副组长163宋岩青岛公司男46高工电气项目副组长244邢涛华电国际分公司男43高工电气技术方案负责165李志军南自海吉男35工程师高压与绝缘技术（硕士）技术实现负责206张瑞香青岛公司女46高工电气技术实施指导127丁立华青岛公司男33工程师电气项目实施负责208于爱民青岛公司女45高工电气技术实施指导129贺枫南自海吉男42工程师计算机应用系统软件研发负责1410陈江伟南自海吉男33工程师信息技术装置研发负责1411李吉胜青岛公司男44高工电气项目实施负责1612郝宗鹏青岛公司男37工程师电气项目实施参与1413徐磊青岛