【運維之道】火電廠設備智能化故障預警與診斷系統研究

20/05.2019 作者:必可測 點擊率:0 字號:

【運維之道】火電廠設備智能化故障預警與診斷系統研究

055棋牌 特邀《電力設備管理》雜志推文


(此專文摘自《電力設備管理》雜志文庫,專文主創:華能淮陰第二發電有限公司? 沙德生? 吳國民? 芮小虎? 北京必可測科技股份有限公司? 何立榮? 黃俊飛)


【摘 ?要】隨著基于計算機技術、大數據技術、物聯網技術、可視化技術、云計算與服務等技術的可視化智能電廠的建設和應用,為開展以設備狀態監測分析為基礎的預知性檢修提供了非常好的條件,同時為開展設備壽命預測評估和以可靠性為中心的設備狀態檢修提供了可能。

【關鍵詞】055棋牌火電廠;智能化;狀態檢修;故障診斷預警


截至目前,華能淮陰第二發電有限公司(下稱華能淮陰電廠)前后共經歷了三期建設,總裝機容量1760MW(其中一期工程2×220MW已關停,二期擴建工程2×330MW在運行,三期擴建工程2×330MW在運行)。選取6號機組作為研究對象,開展設備智能化故障預警與診斷系統的研究工作。

1 電廠狀態檢修現狀

華能淮陰電廠是國內電力生產企業較早實施點檢定修制的電廠之一,但隨著狀態檢修的不斷深入,面臨著很多問題急需解決:轉機設備狀態監測和診斷手段單一,效率低下。設備監測數據的采集仍主要依靠點檢員現場手工監測記錄,狀態監測的軟、硬件水平亟待提高;沒有穩定的專家團隊作為技術支撐;對轉機設備故障機理缺乏系統的根源性分析;隨著人員結構的轉變,設備管理人員日趨減少,年輕職工占比越來越多,面對疑難雜癥經驗不足,師傅的經驗難以量化和傳承;沒有專業分析診斷軟件平臺作為手段,腦袋跟不上腳步。點檢人員與維修人員不能協同,不能在故障的萌芽階段采取有效措施,難以實施精細化檢修和優化檢修,維修費用下降不明顯;現有振動測試儀只具備普通采集儀功能而不具備現場自動傳輸和智能診斷功能,設備診斷的智能化、準確度不高。

2 研究意義和預期成果

2.1 研究意義?

通過設備智能化故障預警與診斷系統管理平臺的建設,涵蓋鍋爐、汽機、變壓器主設備及重要輔機的設備管理,建立跨專業、多學科、多技術、多功能的大數據信息平臺。通過對各專業應用系統的縱向梳理和橫向整合與專家診斷系統的應用,實現設備實時監測、智能診斷、綜合評估、輔助生產決策,實現大數據的高度集成與深度挖掘輔助經營,避免信息孤島,提高設備可靠度,降低維修費用,減輕工人勞動強度,創新設備管理模式。

2.2 預期成果

建立設備智能化故障預警與診斷系統管理平臺,形成大數據分析、診斷與優化中心;實現設備數字化管理;在轉機智能化故障預警與診斷系統管理平臺上逐步開發包含鍋爐、汽輪機、變壓器的各項智能分析、診斷決策系統,實現設備全壽命周期檢修管理以及一體化智能運檢;提高設備運行的安全性和可靠性,提高設備的利用率,提高設備壽命,減少維修時間和維修費用。

3 研究內容

設備智能化故障預警與診斷系統管理平臺是基于互聯網、物聯網、大數據分析和云計算等信息化手段,建立智能化一體化平臺,實現設備的離在線監測、遠程監測、數據分析、故障診斷、三維可視化管理和全壽命周期管理。主要涵蓋:鍋爐“四管”泄漏預警和壽命管理系統模塊;汽輪發電機組振動在線監測模塊;重要輔機設備振動在線監測模塊;紅外成像監測模塊;潤滑油監測模塊;轉機滾動軸承壽命管理模塊;自動調節系統狀態監測模塊。

4 功能介紹

4.1 一體化平臺?

055棋牌 一體化平臺是以設備的運行狀態分析為中心,以狀態評估和風險評估為手段,集中智能專家診斷庫、大數據挖掘、云計算等高度集成的信息化管理軟件,與電廠整體信息規劃架構一致。


圖1 一體化平臺


4.2 鍋爐“四管”泄漏預警和壽命管理系統模塊

055棋牌 模塊集成了鍋爐防磨防爆系統檢查數據、PI實時數據、金屬試驗數據等多方面數據類型,具有專家數學模型計算、趨勢化分析,對鍋爐系統、設備進行全壽命期的管控。同時,將鍋爐臺賬規范化、計劃與記錄標準化,做到精益管理精準把控,改善電廠原有鍋爐防磨防爆管理上的漏洞,優化改善檢修內容,實現電廠鍋爐防磨防爆的信息化和數字化。

模塊特點:創建電廠金屬可視化工程級數據模型;建立基于電站金屬監督標準化的管理流程,實現管理流程標準化;建立了標準化工作內容模式,實現工作內容的圖形化、表單化;形成金屬技術監督專家知識庫,為實現設備綜合管理提供信息和決策支持。

模塊功能:圖模導航。基于三維數字模型技術,構建可視化電站鍋爐智能安全預控系統,實現防磨防爆的可視化管理;基礎管理。運用先進的數據庫開發技術,對鍋爐管理工作中大量的信息數據建立精細化、可視化、實時化、網絡化和標準化的數據庫標識,并進行各個模塊分類存儲、索引、關聯,最終開發出穩定、靈活、強大的基礎數據臺賬;數據信息管理。利用信息化手段建立運維及安全預控管理體系,通過授權將責任層層分級落實到人,通過梳理鍋爐防磨防爆工作及金屬檢驗的主要環節,運用數字化的手段進行實時跟蹤,建立起設備長周期運行和檢修信息管理;數據信息統計分析。提供一套完整的知識體系,包括金屬試驗、檢修項目、焊接工藝、檢修記錄、檢修策略及診斷分析,形成“全息的”、完備的系統與設備的狀態信息;鍋爐狀態、風險、壽命評價。將設備健康狀況、劣化損傷、壽命損耗進行連續跟蹤與預測,實現設備耐久性實時管理,實現鍋爐高溫關鍵部件(設備、系統、機組級)安全性、可靠性、長期監控和長期優化管理。

4.3 汽輪發電機組振動在線監測模塊


055棋牌 圖2 汽輪發電機組振動在線監測


三維可視化動態實時監測管理。通過對發電機組軸系各動靜間隙的實時計算,結合三維實際效果圖,可視化顯示軸承和軸系各間隙的變化,結合機組的振動水平,根據最小間隙與相應位置設計間隙的比值自動識態,全面反映轉子頂起高度、轉子在軸承中的位置、油膜厚度,并以不同顏色顯示。生動形象、準確可靠地判斷常見的碰磨、松動、不平衡、不對中、油膜渦動、汽流激振、部件脫落等故障,具備顏色報警功能,并自動推出故障部位。

055棋牌 智能故障診斷。根據故障機理和現場診斷經驗,建立機組的故障診斷知識庫。分析汽輪發電機組常見的質量不平衡、部件脫落、大軸彎曲、不對中、轉子碰摩、松動、電磁力不平衡、油膜振蕩、汽流激振、基礎振動和共振等故障存在的充要條件,通過TSI系統參數收集,建立汽輪發電機振動故障模型,通過自動識別信號特征,依靠信號分析結果,嚴格區分不同類型不同性質的故障,自動計算常見振動故障的可信度,實現故障精確定位,將故障嚴重程度和變化趨勢直接顯示在屏幕上。

運行指導和故障處理。根據機組振動、轉速、負荷和溫度等之間的內在聯系,自動給予機組啟動、停止及繼續運行的建議,指導機組快速安全啟動,減少機組啟動時間。在盤車時能夠計算各軸段的擾度,高點位置和變化趨勢,確定是否存在軸的暫態或永久性彎曲。

4.4 重要輔機設備振動在線監測模塊

實時在線監測。實時顯示設備的運行狀態,通過設備主監測畫面,能夠了解機組的實際運行狀態。

055棋牌 設備庫管理。從設備、設備位置和設備類型三維角度建立設備的整體框架和各類設備技術臺帳,對設備的基礎信息、檢修歷史、成本信息、零件清單等信息進行綜合管理。

智能設備故障診斷。通過建立振動分析診斷模型,一方面通過模型規則自動分析檢測數據,對設備狀態進行評級,另一方面通過專家診斷數據庫的自動診斷,形成準確的設備故障診斷結果。

設備維護管理。對定期檢測的數據進行管理,除供分析者對不同設備不同時間測試的數據進行相互比較分析外,還可以生成反映設備狀態變化的趨勢圖,用以跟蹤設備隱患問題的發展。


圖3 重要輔機設備振動在線監測


4.5 紅外成像監測模塊

紅外診斷技術是電氣設備監測一項行之有效的技術手段,利用紅外技術對電氣設備進行檢測和診斷具有不停電、不取樣、不接觸,直觀、準確、靈敏度高及應用范圍廣等優點,可查出各種設備缺陷,對提高設備運行的可靠率有著重要作用。該模塊實現設備臺賬管理、巡檢任務管理、巡檢數據管理、診斷規則管理,對于每次巡檢的數據自動進行結構化處理、分類存儲和深度整合。

055棋牌 智能診斷。內置專業診斷標準,巡檢時可現場調用診斷算法,智能診斷設備當前狀態,給出“正常、一般缺陷、嚴重缺陷、緊急缺陷”等診斷結論,根據診斷結論自動給予方案建設,并將診斷結論和解決方案保存于當次巡檢任務內。

055棋牌 智能預測。系統內置結構化數據引擎,基于以往巡檢的歷史數據,現場直觀顯示設備歷史溫度或溫升曲線,預測設備未來可能的溫度或溫升趨勢。

智能管理。實現設備臺賬管理、巡檢任務管理和巡檢數據管理。

4.6 潤滑油監測模塊

055棋牌 潤滑油全壽命管控。建立全優潤滑油管理體系,通過執行全過程管理,從設計、采購、運輸與存儲、安裝、試驗、運行維護、回收利用與報廢等環節,對關鍵節點重要工作進行梳理,把重點工作納入管理流程,形成有效的潤滑油閉環管理。

運行管控。依據電廠的規程進行任務編排,按照設備、監測點、周期推送、提醒檢測人員進行油品的取樣檢測,將化驗結果錄入,在系統里實時查看化驗狀態,進而反應出油品狀態。

數據可視化。可在圖形臺賬上查看相關技術試驗數據或設備臺帳信息以及工作任務,油品的狀態用不同顏色來表達,缺陷事件有標識和提示,實現跟蹤管理。

055棋牌 潤滑智能評價。提供多種專家診斷庫及多種算法工具,自動推送診斷結果和分析決策,輔助管理人員和專業技術人員完成對電廠潤滑油工作的過程控制,提升潤滑油智能管理水平。

4.7 轉機滾動軸承壽命管理模塊

將每一個輔機的滾動軸承壽命損耗劃分為四種狀態:綠色代表正常狀態,黃色代表較嚴重狀態,橙色代表嚴重狀態,紅色代表非常嚴重狀態。結合軸承的設計壽命時間、實際運行時間、溫度、溫升、振動、損失壽命、質量、支持結構合理性、潤滑方式、運行狀態和運行環境等方面因素,通過對滾動軸承剩余壽命的后臺計算和判別,最終顯示滾動軸承的壽命狀態。

4.8 自動調節系統狀態監測模塊

火電廠風機調節有靜葉可調和動葉可調兩種,目前動葉可調風機的葉片機構由于卡澀、油質等原因故障率非常高,常出現風機跳閘甚至造成機組非停事件的發生,對機組安全生產造成了較大影響。對于火電廠而言,風機是非常重要的輔機,一般情況下,六大風機都是兩臺布置。兩臺風機的電流、風量在穩定工況下基本上穩定的,如果運行中的一臺風機電流或風門擋板開度出現較大偏差時(經驗值),則可判斷出某臺風機的風量調節特性出現了異常,此時及時進行預警,及時排除設備故障,對防止風機調節系統故障的非停事件將起到積極作用。系統采集六大風機的開度、電流、被調量及設定值信號,進行計算并輸出報警信號。

5 技術關鍵

055棋牌 采用三維可視化的方式進行設備管理,實現重要設備的三維模型與設備狀態數據、專家診斷、全壽命周期管理;針對轉機研發智能化故障預警與診斷系統,形成專家診斷知識庫,實現關鍵設備的狀態評估、風險評估、壽命評估,形成智能決策;梳理各專業、各系統的相互關系,打破數據孤島,建立一體化管理平臺,實現跨專業、跨系統的工作模式,實現各個子系統在同一個工作環境、標準、規范、模式下運行。

6 結束語

通過轉機智能化故障預警與診斷系統管理平臺的研發與應用,幫助電廠快速、全面提高設備的可靠度及機組出力水平;減少或杜絕非停、降負荷和環保排放事故;大幅度降低運維費用和運維工作量(運維費比前三年的平均數低30%);幫助電廠推行壽命管理,提高安全性能,合理延長設備壽命;通過推行優化檢修,實現預測性維修管理,主要輔機實現狀態檢修,取消定期檢修,降低檢修費用;通過提高管理效率,提高人員素質,幫助電廠快速培養一大批新型設備管理專家;遠程監控與診斷服務成為新常態。設備及數據庫的不斷豐富與分享,將徹底擺脫對個別專家的依賴,并成為企業的寶貴資產;全面支持電廠的設備管理模式創新和管理。

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