数字化电站设备管理系统的研究

2015-06-05李福东苏欣张涛

综合智慧能源 2015年6期

关键词：电厂可靠性管理系统

李福东，苏欣，张涛

（1.神华集团有限责任公司，北京 100011；2.华北电力大学国家火力发电工程技术研究中心，北京 102206）

数字化电站设备管理系统的研究

李福东1，苏欣2，张涛1

（1.神华集团有限责任公司，北京 100011；2.华北电力大学国家火力发电工程技术研究中心，北京 102206）

电厂要想真正实现数字化，必须完善设备管理与可靠性管理系统，实现全面的信息化管理。详细介绍了电厂常用的设备管理系统BFS++系统的内容和功能，并提出了改进方案。分析了可靠性管理的方法，指出了几种检修方式的区别和各自的适用范围，针对可靠性管理存在的问题提出了解决办法。

数字化电站；设备管理系统；BFS++系统；可靠性管理

0 引言

设备管理系统BFS++是由德国西门子公司开发的综合性电厂生产管理系统。它以信息网络为支撑，借助Oracle数据库对设备的运行、维护进行全面管理；以设备台账为基础，包括设备编码、设备位置编码及设备技术参数等，系统主线为工单的提交、审批和执行，在一个高度共享的计算机信息网络中实现电厂管理各方面信息的集成与共享，使各个环节能够协同运作，从而保证电厂安全、稳定运行［1］。

然而，各个电厂设备管理与可靠性评估系统的应用大不相同，没有一个统一且明确的标准，使各电厂数据信息的共享面临较大的困难。因此，该系统的规范化对于整个数字化电站建设的规范化有着至关重要的作用。

1 设备管理系统概述

对火电站来说，设备的运行状态及安全性、可靠性直接影响着发电厂的经济效益。如锅炉送风系统中一、二次风机的工作效率，制粉系统、燃烧器等设备的运行状况都会对整个电厂产生较大的影响。因此，加强数字化电站的设备管理有助于提高电厂的运行效率，降低运营成本。

设备管理以设备为研究对象，寻求提高其工作效率以及降低寿命周期成本的最佳方法，用一套完整、科学的管理办法，采取各种调整措施，对设备实现全生命周期过程的全面管理。设备全生命周期管理包括设备从规划、设计、制造、选型、采购、安装、运行、检修、技改直到报废的全过程。

设备管理的目的和意义就是保证设备高效运行和降低投资运营成本，使企业收获最佳的经济效益和社会效益［2］。

BFS++系统主要由5个基本模块组成，即电厂数据、维修管理、运行管理、备品备件管理和文档管理，每个模块下面又分成几个小部分，分别实现不同的功能，各模块之间联系紧密，能够进行比较完整的数据交换，实现信息的流通［3-4］。各模块内容及其组成部分如图1所示。

图1 BFS++系统组成架构

BFS++系统可以与实时数据库（PI）系统和点检定修系统实现对接，进行数据整合，进而实现很多特殊功能。可以通过PI系统对设备运行进行监控，当某个或某几个参数超过限制时，BFS++系统可以自动触发产生缺陷单，无需人工手动处理，提高了工作效率，也使检修工作更加及时。

点检系统通过测定设备的运行参数，如温度、振动频率、开关次数、运行小时数等数据，将采集到的数据以图表的形式呈现出来，形成点检趋势曲线图。将这些数据与BFS++系统的设备台账相连接，根据点检数据产生检修计划，实现设备的预防性维护，对设备进行全生命周期管理［5］。

供应链管理（SCM）系统是指发电企业运用Oracle电子商务套件R12版本，基于企业资源计划（ERP）平台技术构建的管理系统，包含采购管理、库存管理、供应商门户、电子采购和新开发燃料管理系统以及使用单位、使用人、计算机及其配套的设备、设施。

2 BFS++系统在电厂应用中需要解决的问题

BFS++系统在电厂中应用已经有较长的时间，一些电厂在应用中发现了一些问题并进一步研究了解决方案，除此之外还有一些系统模块和功能应用不够深入。

（1）BFS++系统的定位。BFS++系统设计时，根据当时电厂设备管理的需求，将系统定位为企业资产管理（EAM）。随着BFS++系统在电厂应用的不断深入，综合考虑电厂未来设备管理工作的规划以及EAM和企业资源计划（ERP）的发展情况，BFS++系统的定位应向ERP靠近。ERP系统以计划管理为目的，将设备管理工作与计划、人力、物资、成本管理等建立联系，以提高管理水平。

（2）BFS++系统的结构模式。BFS++系统设计时，采用的是客户端／服务器（C／S）结构，另一种常用的结构是浏览器／服务器（B／S）结构。C／S与B／S相比，在安全、高效方面具有一定的优势，因此对一些固定用户来说使用C／S模式更好，然而对工作地点不固定的用户而言，使用B／S模式更为恰当。对电厂来说，应当设置C／S，B／S访问的混合模式，使得系统无论在逻辑设计、数据模型、数据流程、权限控制、界面、报表设计等方面都具有强大的功能和较高的灵活性。

（3）BFS++系统的部分应用模块（如点检定修、部件清单等）还需要进行深层次的开发和推广。

（4）BFS++系统应当设定自动关闭的功能，如超过系统规定的时间未及时进行操作，系统将自动关闭重新进入，防止非本人进入系统进行不当的操作，引起一些不必要的错误。

（5）数据大量积累后进行数据信息的挖掘，为安全生产、提高经济效益提供更好的帮助。

3 设备可靠性管理

设备可靠性管理是对系统中设备的质量进行管理，可明确显示电厂生产过程中所有的安全问题，进行分析并提出解决方案，为检修工作提供依据。可靠性管理的一些量化指标也可以反映电厂设备的运行情况和运行维护管理水平。

电厂设备可靠性管理的目的是保证电厂设备的安全、稳定运行，以电厂设备的可靠性为研究对象，对生产过程中产生的运行数据进行统计、分析及计算，找出影响电厂生产的因素，再分析研究出应对的措施，以提高整个系统的安全性、可靠性。

3.1 设备可靠性管理分层次法

多数电厂采用的可靠性管理方法是定量管理，即考核分析设备的可靠性指标。本文提出另一种辅助方法——可靠性定性管理方法［6］，即采用设备可靠性分级管理的方法，对不同等级的设备采取不同的可靠性管理方法。

电厂需要重点监测的设备主要可以分为以下几类。

（1）高危险设备：对可靠性要求最高的设备，主要包括大风机、大水泵、油泵等。

（2）高覆盖设备：覆盖率较高的设备，主要包括与冷却水系统、循环水系统、氢系统、化学水系统等公用系统相关的设备，覆盖2台或多台机组的设备。

（3）双高设备：高效能、高效益设备，主要包括锅炉、汽轮机、发电机等。当这类设备出现故障时，机组必须立即停机，电能供应将被迫中断；这些设备的修复期往往较长，将造成严重的经济损失。

这3类设备是设备可靠性管理的关键，检修管理中应采用合适的技术手段来保证其经济性和安全性。在对设备进行分级管理时，可按照上面的分类方法列出设备结构树，再按照设备所属的系统及机组进行分级，以危险程度、覆盖度以及效益损失等指标进行分类。

对电厂的设备进行分级管理：“三高”设备要重点考核，进行设备跟踪、诊断、检测等，不断完善和提高检测的手段；其他设备应按原有可靠性管理标准进行定量统计，重点进行日常养护管理，严格控制检修费用、备件储备。随着可靠性分层次管理法的实施，设备可靠性等级更加明确，为检修工作提供了决策依据，做到应修必修、不失修、不过修。

3.2 检修方式

电厂采用的主要检修方式有事后维修方式、计划性预防性检修方式和状态检修方式，这几种检修方式各有利弊。

事后维修方式是当设备出现故障无法正常工作时才进行维修，主要用于处理事前不可预知的设备故障。在现代设备可靠性管理中，它主要针对对系统安全性影响较小的设备。

预防性检修是一种以时间为依据的定期检修方式。统计电厂设备的运行情况，根据易损零部件的使用寿命分析以及生产经验，制订科学的检修计划和周期。这种检修方式可以减少工作量、减少计划检修导致的设备闲置现象，主要用于一些没有备份装置的重要设备以及意外停机可能导致巨大损失的设备［7］。

状态检修方式是通过专用仪器获取设备监测数据，进行状态监测和故障诊断。电力设备状态检修流程如图2所示。

图2 电力设备状态检修流程

状态检修方式不以时间为依据进行定期检修，更着重设备状态跟踪监测，针对不同类型设备采用不同的状态监测技术，如振动监测、红外线辐射、液位监测、超声波检漏等。根据设备状态监测，掌握设备运行状况，识别故障征兆，做出及时准确的设备故障诊断，判断故障发生的部位以及严重程度，从而安排检修工作。

3.3 可靠性管理存在的问题及解决办法

临时维修频繁：电厂设备运转时间比较长，设备的安全可靠性较低，可能会在计划检修周期到来之前出现缺陷和故障，使非计划停运小时数增加，从而影响设备的安全、稳定运行。

维修过剩：在规划期内出现不必要的修理，造成检修资源浪费。

除此之外，传统的手动检测方法已经不能满足当今电厂设备监测的要求，然而高科技的监测设备比较昂贵，维修成本也较高，因此，为了提高设备的安全性、可靠性，必须优化检修方式，采用先进的状态检修方法。

针对这些问题，电厂需要采取相应的措施，以提高设备检修管理的水平。

首先，要制订合理的检修策略。电厂设备结构复杂，工作环境以及生产工艺不同，各种设备在系统中的重要程度大不相同，对系统安全性及可靠性的影响也就不同，并且不同设备故障造成的损失以及修理的难易程度也有很大区别，因此，不可能所有设备都采用相同的检修方式。应根据几种检修方式的适用范围，针对不同设备制订特定的检修计划，以避免设备检修不及时或维修过剩现象的发生。

其次，要进一步完善状态检修策略。状态检修过程包括在线数据监测与采集、数据存储与分析等。设备诊断方式有静态诊断和动态诊断：前者是通过分析设备历史数据进行离线判断，后者是采用先进的设备监测技术在线监测设备的工作状态和性能。

最后，建立完善的设备状态监测和诊断系统，对采集到的数据进行分析，从而制订合理的检修策略，提高设备的可靠性。

4 电厂调研过程中的收获与思考［8-10］

（1）设备编码。电厂标志系统（KKS）码为工艺流程码，与物资编码不同，只编到设备级，没有到部件级，将来应继续编制统一关键部件的部件级编码，如泵内部的叶轮、燃气轮机的叶片、关键管道的焊口等。电厂KKS码在BFS++系统中统一维护，推送到一体化平台，保证了各系统KKS编码的唯一性，全厂各系统的设备信息都通过KKS编码进行关联。对一些没有编码的部件，电厂需要赋予新的编码或扩展码，将来需要将编码扩展到部件级，制订部件级编码的规范。

（2）一体化平台——设备数据库。设备的备件、规格、运行状态以及检修的相关信息分布在不同的系统中，需要设计一个一体化平台，将BFS++中的设备资料、电子图档系统中的图纸、三维移交系统中的设计资料等整合在一起，使运行人员和检修人员查阅设备信息时有一个统一的入口。可以将设备文字材料、图纸以及运行状态等同时显示出来，方便工作人员查阅。

之前BFS++系统是面向具体的工作，如设备检修、运行等，现在转为面向工作岗位，按照特定人员岗位的工作需要将系统重新整合，这样可以达到提高工作效率、精简人员的目的。

（3）可靠性管理。设备的可靠性分析数据之前只是文档的形式，数字化电站中可作为BFS++系统中的一个模块，数据源是唯一的，可实现数据共享。

（4）信息孤岛。由于不同业务之间存在关联、交叉、重复、空白的现象，信息未得到有效利用，数字化电站中可通过构建一体化平台来消除信息孤岛。一体化平台规范了数据要求，当系统更换时需按照规范来进行。一体化平台的内容包括统一的身份认证、界面集成、数据集成和业务集成，如BFS++与ERP和SCM的业务集成。

（5）成本与收益的衡量。在完善现有系统和引进新型技术时需要衡量收益与付出的代价，考虑管理成本，进行优化设计。

（6）开放性。BFS++系统的开放性较差，与其他系统进行整合较为困难，需进一步完善其接口，实现数据的共享。