流域水电站设备远程状态分析及辅助诊断系统建设探讨

张 宏，李 俊，樊 锦，戴 驱，殷保珍

（华能澜沧江水电股份有限公司检修分公司，云南 昆明650214）

很长一段时间以来，设备的定期检修是保障电力系统安全运行的一项重要措施，有力保障了发电设备安全、可靠、环保运行。但随着电网装机容量的不断增大和设备监测诊断技术的逐渐成熟，传统的检修模式也暴露出一些问题：在定期检修的指导思想之下，设备到期必修，极易造成“小病大治、无病亦治”盲目检修现象，导致部分设备指标修后并不优于修前；因设备的检修范围和内容被扩大，无形中增加了安全风险，设备长时间停运，使可靠性指标降低；频繁的设备拆卸、试验，缩短了设备的使用寿命；每年需投入大量的人力、物力和检修费用，使经济效益大大受损。能否建立一个系统，为设备状态及辅助诊断提供服务，进而降低检修成本、提升设备可靠性水平和公司综合竞争力值得思考和探讨。

1 远程分析诊断系统的作用

（1）实现公司主力水电厂设备的历史数据、运行数据、检修数据及设备故障等信息的整合、收集，建立设备管理数据库，便于及时、全局掌控公司设备状况。

（2）通过对设备的数据分析，判断设备的健康状况，评价设备的状态，为状态检修提供决策；整合设备健康状况、检修情况、设备故障等信息，为电力营销管理提供决策支持。

（3）通过系统建模，总结设备的故障征兆及特征参数变化趋势，发布故障预警，有利于及时发现设备隐患，消除缺陷、故障，减少损失。公司内同形式、特种参数相似的机组较多，在公司层面开展设备数据收集、分析，有利于开展横向、纵向对比，设备对标；选取的数据样本多，有助于提升故障趋势建模准确性。

（4）结合公司设备检修标准化管理等有关要求，实现信息收集、设备诊断分析、状态评价、检修决策、检修后评价、故障预警等业务的自动化流转，为状态检修提供技术支持，降低检修管理成本、提高效率，提升标准化管理水平。

（5）随着公司“无人值班”管理模式的逐步推进，现场值班人员的数量、值班时间将逐步减少，设备状态评价和设备故障预警功能的发挥将有助于“无人值班”模式下及时消除隐患，为电厂安全稳定运行保驾护航。

（6）实现流域内设备状态、故障等信息的共享，减少信息孤岛，及时传递信息，为及时开展设备隐患排查，消除设备缺陷争取宝贵时间，为技术培训、经验共享创造条件。

（7）为流域电厂、外部专家开展重大设备故障远程在线分析提供平台，有助于整合专家技术资源，及时、快速、高效开展故障分析。

（8）在状态检修、故障预警、专家诊断等功能的综合作用下，进一步提升设备健康水平，节约设备检修、维护成本，为公司降本增效、提升竞争力奠定基础。

2 远程分析诊断系统的构架

远程分析诊断系统在网络构架上分为两个层次：远程分析诊断系统、厂站层级子站。

2.1 远程分析诊断系统

远程分析诊断系统由数据中心和应用中心组成。数据中心由数据服务器、数据库软件、数据接口软件组成，实现从各电站监测层获取机组、主变、GIS等设备的数据，在昆明进行集中存储。应用中心由应用服务器、工程师站、用户终端和应用软件组成，通过标准的数据接口从数据中心获取数据，实现不同电站状态监测数据的统一分析和诊断。同时是整套系统与用户进行交互的窗口，能对外提供各种监测、分析与诊断服务。

2.2 厂站层级子站

厂站层级子站由数据服务器、接口软件、隔离装置、交换机等组成，通过与电厂内相关系统通信，采集信息，转换后统一上送昆明侧远程分析诊断系统。厂站级子站应具备一定的数据处理和分析功能，这样就不需要将所有的原始数据都传输到远程分析诊断中心，就近实现部分分析处理功能，有效利用了系统内所有设备，降低了网络的数据传输量，提高了系统的运行效率。

2.3 系统构架

在电厂配置数据服务器，将计算机监控系统、在线监测、离线数据进行格式归一化处理后，通过通信送到昆明远程分析诊断系统。

图1 远程分析诊断系统网络构架

3 远程分析诊断系统功能

根据国家能源局2013年3月7日发布的《水电站设备状态检修管理导则》（DL/T 1246-2013），结合设备实际情况，远程分析诊断系统作为状态检修的技术支持系统，功能包括信息收集和统计、数据分析、设备故障迅速分析、故障预警、设备状态分析、专家诊断6大功能。

3.1 信息收集和统计

信息收集是数据统计、状态分析、故障诊断的基础，为了确保设备远程状态分析及辅助诊断系统功能的实现，必须对电厂设备的信息进行收集。

3.1.1 信息收集的原则

目前，公司内主力水电厂全部配置了计算机监控系统和机组在线监测系统，部分电厂配置了主变在线监测系统，基本实现了主设备的监视及状态监测。单一某个系统的数据可以展示设备某一方面的状态或工况，若要客观、完整的掌握设备的真实状态，需要综合完整的数据进行分析。若接入的数据不全，则开展分析时可能需人工从其他系统收集信息，造成分析效率低下。但收集的信息过多将造成系统负担重、存储困难、成本高等问题，因此设备信息收集需遵循“必要性、真实性、实时性、完整性相结合”的原则。

3.1.2 收集对象

按照设备划分，信息收集的对象为水轮机、发电机、变压器、GIS，涵盖主设备和相应辅助设备。内容包括温度、压力、液位、流量、振动、摆度、局放、绝缘、微水等。电厂侧相关系统连接示意图见图2。

图2 电厂侧相关系统连接示意

3.1.3 收集内容

按照数据的类型，分为离线数据和在线数据。其中离线数据包括历史数据、检修数据，在线数据即运行数据、状态监测数据。

（1）历史数据包括设计报告、设备铭牌参数、出厂报告、调试报告和交接记录、技改情况等。

（2）检修数据包括设备检修履历、检修试验报告。

（3）运行数据包括实时运行数据、状态监测数据、巡检记录、运行日志、运行分析、历年缺陷及故障记录等。

3.1.4 信息收集实现方式

目前，水电厂主设备和辅助设备的历史数据、检修数据、运行数据、状态监测等数据的监测和记录都比较完整，只是数据分布在不同的系统。因此，在线数据可从计算机监控系统，机组、主变在线监测系统接取，但须满足电力监控系统安全防护要求，设置必要的隔离装置和防火墙。同时，系统需具备人工录入数据的功能，保障离线数据的正确、高效录入。

3.2 数据分析

前面已提到水电厂设备的数据监测和记录已经比较完整，但当前的数据分析主要以人工分析为主，单分析主设备及其重要辅助设备的数据，就耗费大量的时间和精力。计算机监控系统通过建模可以实现数据分析的功能，但系统功能开发太多，会占用系统资源，影响系统运行的效率和可靠性，不符合越简单越可靠的原则，因此收集了设备的信息之后，可在远程分析诊断系统进行建模，开发数据分析功能模块。

3.2.1 单一设备数据的综合分析

通过一段时间内，对设备多层面状态数据的收集和分析，总结设备运行规律。如调速器油压装置运行分析，可结合油泵启停频率、机组负荷调整情况、开停机（或紧急停机情况）等情况进行多维度综合分析，总结油泵运行规律。

3.2.2 设备对比分析、总结

（1）同机组比较分析。部分测点每台机组都会配置若干个，如瓦温、冷却器热风温度等。同一机组中这些测点，其逻辑和变化趋势应一致或相近。对这些测点进行集合趋势分析，可用于比较或推测与其紧密相关的所有测点的数据分布规律。

（2）不同机组比较分析，即对同一测点在不同机组间的同名测点的集合趋势分析方法。目前，公司主力水电厂的设备机型、布置形式、配置基本相似，选取多组样本相同或相似设备的数据做分析，总结规律更加真实，更有助于设备的分析和总结，为运行维护提供指导。通过对相同型号的设备进行数据对比，分析指标不好的原因，如安装工艺、环境干扰等，进而为下次检修、维护提供参考；通过对比相同作用的设备数据，分析设备的优劣，为技改设备选型提供参考，为数据分析提供参考。

3.2.3 总结设备运行动态定值

当前的计算机监控系统报警、预警功能已比较完善，但仍然有提升空间。如设备运行定值方面，定值为单一固定值，一般依据出厂说明书、规程规范、理论计算等确定。但每台设备的安装工艺、系统之间配合、动态和静态工况是有差异的，单凭单一的固定值作为定值不是很合理，定值太小，容易刷屏，影响值班人员的判断，定值太大，起不到预警和保护的作用。可以在总结设备运行规律的基础上，制定合理的动态定值。如水导油盆油位，机组停机态下的油位要比发电运行状态下的油位低。又如机组振动、摆度数据，如果以单一固定的定值和延时配合作为报警值，并不是很合理，因为不同工况下，机组的振动、摆度值不同，需结合水头、所带负荷确定定值。甚至随着环境温度、季节的变化，总结、确定动态的定值。

3.2.4 设备运行区域划分和统计

收集机组一段时间内各水头、工况下的振动、摆度、压力脉动、噪声等数据，参考模型试验，得出综合特性曲线，进而确定机组的运行区域，为运行提供指导。同时对机组禁止运行区、限制运行区和稳定运行区数据进行统计，为状态检修决策提供参考。

3.3 设备故障迅速分析

（1）水电机组结构复杂，故障的原因多种多样，因此，故障案例和故障数据的积累尤为重要，单个电厂或单台机组出现故障的概率不高，建立设备故障库，广泛积累故障数据，为故障诊断方法的研究提供更多的样本。同时，故障库应能展示设备故障前、故障过程的运行状态和数据，能够记录设备故障的分析过程、方法、方向及故障处理措施。流域电厂可通过平台查询相关信息，用于技术培训，当发生类似问题，可以作为解决问题的参考。

（2）打破电厂界限，建立开放的交流平台，当某一电厂发生异常或故障时，分布在不同电厂的专家可借助平台查询故障相关信息，并在平台上进行交流，共同分析故障，提出解决对策、物资调剂等，以便快速解决设备故障。

3.4 故障预警

3.4.1 总结故障时特征参数变化情况和规律

结合公司内外部发生的典型设备故障，收集故障前、故障时、故障后设备关键特征数据，并进行分析，总结特征参数变化规律，对系统进行开发、建模，建立故障库，使之能反映设备故障前、故障时、故障后设备特征参数的变化过程，趋势或发展方向。

3.4.2 单一设备故障预警

在设备故障库的基础上，通过对设备在线、离线数据的对比、分析，当设备的特征参数变化符合故障征兆时，发出故障预警，使运维人员及时采取措施，将设备故障消除在萌芽状态，防止设备故障扩大。同时，系统提示下一步发展或变化方向，以便为运维人员采取措施提供决策支持。

3.4.3 单一设备当前工况下的趋势预测

在某种相对稳定的运行工况下，基于设备当前和历史状态数据，经过一定的样本选择后，采用相应的模型(或算法)对其进行趋势预测，这种趋势预测是在假设设备将继续维持该种工况运行的大前提下进行的；同时在已知相关恶化指标的基础上，计算出设备状态发展到恶化阶段所需时间，以供设备的预测评价使用。

3.4.4 设备故障预警

当公司内某一设备发生故障时，流域内电厂相关专业人员可通过系统及时了解相关信息。同时，系统对相同或同类设备电厂发出预警信息，提醒相关电厂加强设备监视或巡检，及时发现设备隐患，并采取措施尽快消除隐患。

3.5 设备状态分析

（1）设备状态分析

依据《水电站设备状态检修管理导则》（DL/T 1246-2013），结合电厂实际情况，明确状态检修的范围，制定设备的状态分析项目、所占权重、特征状态参数，分析标准依据规程规范、设计、设备制造厂规定、运行维护经验等确定。

（2）综合设备状态和设备缺陷情况，开展设备状态评价。

（3）根据设备的状态，制定检修级别、检修项目内容、检修工期。

（4）以效益最大化为目标，根据各电厂单台机组的检修建议，按照优先级别进行排序，综合来水预测、耗水率、发电计划、物资到货、检修队伍人力资源等因素，制定公司级检修计划。

3.6 专家诊断

一般的设备缺陷，在电厂层面或借助公司内部力量即可解决，但针对一些重大缺陷、设备疑难杂症，需联合设备厂家、研究院等多方力量才能开展分析，研究解决对策，如变压器总烃超标、乙炔超标、发电机电晕、振动超标等。

建立开放的专家诊断平台，使不同电厂的专家、设备厂家、研究院专家能通过平台，及时调取相关数据，分析故障，研讨解决措施，有助于缩短分析准备时间，及时处理故障，并进一步降低成本。

4 结论

状态检修管理模式的提出已有很多年，国内三峡电厂、国外的魁北克水电研究等通过多年的摸索和实践，建立了状态检修技术支持系统，形成一套较为科学、成熟的管理体系，为状态检修决策提供了有力支撑。

推进状态检修管理，建立发电设备状态分析及辅助诊断系统不可能一蹴而就，需要结合实际情况和系统功能需求，以及试点电厂的实施情况，对系统的功能进行开发和完善，真正为公司开展状态检修提供有力的技术支撑。