燃机智能电厂框架下的厂级技术监督管理系统研究与开发

谌强，朱亚迪

(1.湖北华电武昌热电有限公司，武汉 430061；2.华电电力科学研究院有限公司，杭州 310030)

0 引言

技术监督管理是火力发电企业日常生产管理的一项具体且关键的管理工作，保障着发电机组安全、环保、经济运行[1]。随着中国华电集团有限公司(以下简称华电集团)提出技术监督“管理回归、本质回归”的总体要求[2]，技术监督工作将更加深入，对发电企业技术监督工作精细化提出更大挑战。目前，发电企业技术监督管理仍然采用传统的管控方式，通过建立信息台账，利用人工进行各项信息的收集和分析，如各项设备试验信息、各专业月度分析、技术监督计划、整改计划等，导致技术监督管理信息交互的完整性和实效性较弱。因此，技术监督管理工作迫切需要一套完善的信息化系统，实现技术监督管理工作的规范化、标准化。

目前，部分发电企业开发了一些技术监督管理系统，然而其功能基本上停留在一些报表、设备和日常工作的管理层面[3-6]，综合性的智能技术监督平台还未建立。随着湖北华电武昌热电有限公司(以下简称华电武昌公司)智能电厂试点项目的建设，信息系统全面打通，全厂生产、管理信息实现全面融合，在此基础上进行了厂级技术监督管理系统的开发。

1 智能电厂框架下的技术监督管理系统

技术监督管理涉及15个专业，工作内容涉及工作计划管理、设备管理、工作执行、指标分析、专业总结等生产管理的全过程。在传统厂级监控信息系统(SIS)基础上开发的技术监督管理系统由于系统功能单一、业务数据未融合等原因，难以支撑如此大规模的业务功能[7-8]。华电武昌公司在智能电厂总体框架以及数字一体化管控平台的基础上，融合相关智能应用，开发出智能化的厂级技术监督管理系统，总体框架如图1所示。

图1 智能电厂框架下的技术监督管理系统

2 技术监督管理系统功能设计

技术监督管理系统功能设计以生产为核心、以信息融合为基础，以工作、任务推送和通知为主要技术手段，实现技术监督各项工作的一体化管理，系统模块主要包括综合管理、专业监督、联系中心，如图2所示(图中：非停为非计划停运)。

图2 技术监督管理系统功能结构

2.1 综合管理

综合管理模块包括制度和组织网络、网络活动、文件管理、非停及降出力事件管理、技术监督工作计划等。

2.1.1 制度和组织网络

制度和组织网络实现全厂技术监督人员的管理，包括人员网络架构、人员基本信息、人员取证信息等。

2.1.2 网络活动

网络活动模块提供厂内和厂外技术监督培训的网络化服务，包括培训/会议计划相关事宜的发布和管理。

2.1.3 文件管理

文件管理模块为技术监督相关的制度文件、标准文件、月/季/年度分析报告、检查报告、故障分析报告等提供信息化管理。

2.1.4 非停及降出力事件管理

非停及降出力事件管理模块提供事件发生、反馈、事件分析、闭环等全过程的管理。

2.1.5 工作计划管理

工作计划管理实现年度、月度工作计划的录入、发布和闭环管理。

2.2 专业监督

根据华电集团各专业监督管理细则，建立各专业技术监督工作标准化模块，主要包括整改情况管理、定期工作和预(告)警管理。

2.2.1 整改情况管理

整改情况管理实现整改问题的录入、执行以及验收等环节的管理。系统在年度和月度2个时间维度内，以柱状图形式进行统计。在月度整改未完成时，自动转接到下一个月，在月度计划中体现出来，同时在待办事项中以特殊的颜色进行提醒。

2.2.2 定期工作

定期工作是电厂技术监督工作的一项重要日常工作内容，根据其“定期”的特性，建立定期工作管理模块。该模块包括定期工作设置和执行管理2个部分。

定期工作设置模块是根据集团公司技术监督实施细则的要求，设置各项工期工作的执行周期、执行内容等关键信息，实现定期工作执行提醒。定期工作设置模块如图3所示。

2.2.3 预(告)警管理

预(告)警管理模块是基于智能电厂诊断分析功能，结合技术监督工作需要所开展的拓展应用，从而进一步深化技术监督管理，实现技术监督管理的“本质回归”，其中支撑预(告)警管理的主要技术模块为节能诊断、主辅机设备故障预警及诊断。

图3 定期工作设置界面(截图)

图4 E级燃气发电机组技术经济指标体系

2.2.3.1 节能诊断

节能管理是发电企业一项长久的工作，而节能监督是技术监督管理工作的一项重要内容，以耗差分析技术为主的节能诊断是实施节能监督的关键技术[9]。目前，燃气发电机组节能诊断与燃煤机组仍存在一定的差距，主要是因为燃气发电机组经济指标体系还不够完善，尤其是更深层的指标分析及对标工作的研究相对欠缺。

为此，智能电厂项目重点开展燃气发电机组节能诊断的研究应用工作。根据燃气发电机组设备特性，结合技术监督细则要求，建立燃气发电机组技术经济指标体系如图4所示，并结合小偏差分析、仿真分析等技术手段，实现能耗指标的监测和诊断。

以压气机效率诊断分析为例，压气机效率是影响燃气轮机效率的重要中间指标，当压气机因为污垢等原因导致效率下降时，导致压气机耗功增加，出力降低，进而造成机组整体效率下降[10]。通过仿真计算，得出在不同工况条件下的压气机效率降低对机组的性能影响因子，如图5所示。

根据该曲线图，可实时计算压气机效率降低对机组发电煤耗影响大小

ΔHRcc=HRcc×Δηc×ΚT，

(1)

式中：ΔHRcc为机组热耗变化量，kJ/(kW·h)；HRcc为当前工况下机组热耗基准值，kJ/(kW·h)；Δηc为压气机效率变化量，%；ΚT为在图5中查找的当前工况下压气机效率降低1%时的热耗偏差因子，kJ/(kW·h)。

图5 压气机效率降低影响因子

图6 主辅机设备故障预警与诊断系统(截图)

技术监督管理系统通过节能诊断管理系统，实现指标的在线监督，当设备能效指标出现较大异常时，系统将以节能诊断报告形式发送给相关监督人员，实现预(告)警功能。

2.2.3.2 主辅机设备故障预警及诊断

在智能电厂大数据平台的基础上，利用人工智能、大数据分析和机器学习等方法挖掘发电设备的运行数据、基础信息、现场运维信息，建立智能分析模型，实时监测设备的异常，实现设备故障预警及诊断分析[11-15]。主要包括故障特征提取、设备故障早期预警和故障诊断系统。

故障特征提取是进行故障诊断的前提，是实现设备故障诊断的基础。故障特征提取具有以下功能：时域特征提取功能，包括均值、峰峰值、单峰值、最值、有效值等多种时域信号的分析方法；频域特征提取功能，包括自功率谱、互功率谱、实倒频谱、复倒频谱等分析方法；相关性分析功能，计算一定时间段内的皮尔森(Pearson)相关系数，输出相关性系数及延迟时间；故障特征波形匹配功能，对振动爬升、振动波动及振动突变等故障特征波形进行辨识。

设备故障早期预警是通过实时数据的处理、分析与判断，在系统产生报警信息之前，预测故障或者故障隐患，便于电厂相关人员及时调整或制定维修方案，从而避免故障的发生，具体功能包括：筛选与整合设备测点信息，利用历史数据建立设备动态模型，将设备大量无序的测点变化综合成与潜在故障关联的预警信息，并列出可能的原因，交由分析人员分析处理，实现初步诊断；建立故障特征的预警模型，实时监视振动、温度及其他过程参数的变化趋势，提前给出预警信息，保证设备安全；建立设备健康度模型，能够根据设备的运行情况，故障特征及预警模型，对设备的健康状态给予量化指标，一个设备多个测点的预警能够进行综合考虑。

故障诊断是综合利用历史数据与实时数据，通过提取的故障特征，建立故障决策树，根据设备故障部件、故障部位和故障现象对设备故障机制进行分析，从而形成设备故障树，根据决策树理论对设备故障现象进行定位分析，从而在发生类似故障时确定故障原因及后续检修方式。

基于智能电厂一体化管控平台，技术监督管理系统通过故障诊断与预警系统所发出的报警信息，实现预(告)警功能，如图6所示。

2.2.4 设备管理

设备管理是专业监督工作开展的基础，发电设备从设计、采购、调试、运行以及改造检修过程中会产生大量的信息，全面清晰地掌握设备的各项信息是进行各项专业监督工作的关键，智能电厂一体化管控平台以设备为核心，以KKS码为纽带，以三维可视化为展现形式，建立全厂设备管理系统，实现基础信息管理、预防性维护管理、点检管理和检修管理。

2.2.4.1 设备基础信息管理

主要功能包括：设备基础信息维护、设备台账、设备查询(基本信息、图纸资料、技术规范、检修记录、异常信息等)、设备位置查询以及设备管理报表查询。

2.2.4.2 预防性维护管理

通过计划周期、运行时间、事件等创建预防性维修计划，进行定期维修、维护，并能自动生成预防性维修工单，为需要计划维护的设备建立详细的维护计划策略，提高设备维护维修中的预见性和计划性。

2.2.4.3 点巡检管理

点巡检管理标准生成巡检路线、计划，实施现场设备的巡检，实现设备运行数据的采集，使巡检作业形成严格程序化的流程，并记录和分析巡检数据。

2.2.4.4 检修管理

按设备和检修类别建立检修项目，根据设备的实际运转情况调整设备的定检周期，使定检更加合理。通过专业或计划人员分析检查结果，确定检修周期和范围实现预测性检修。

2.3 联系中心

为方便发电企业与上级技术监督管理部门以及企业内部各部门之间业务联系，技术监督管理系统开发联系中心模块，提供技术监督总结的自动生成、报表的生成(填报)、联系单的填报等功能。

3 结术语

智能电厂框架下的技术监督管理系统实现了厂级技术监督从综合管理到专业分析的智能化，全面落实华电集团提出的技术监督“管理回归”和“本质回归”战略要求。本项目实施以后，实现了华电武昌公司日常技术监督管理的全面无纸化和信息化，提高了技术监督工作的时效性，同时通过全面融合节能诊断和故障预警与诊断系统，进一步提高各专业监督的效率。