基于大数据分析的燃气—蒸汽联合循环机组远程诊断平台及其应用

王 非，马 雁，刘黎明

(1.国家电投集团河南电力有限公司技术信息中心，郑州 450000；2.郑州电力高等专科学校电力工程系，郑州 450000；3.国网浙江省电力有限公司培训中心湖州分中心，浙江 湖州 313000)

随着燃气—蒸汽联合循环机组的不断发展，对机组安全、可靠、经济运行的要求日益提高，传统的人工监测方式已经无法满足当前需要。基于大数据的工业企业(机电设备)远程诊断服务平台(以下简称“远程诊断平台”)可以将分布于不同地域、不同企业的数据集中采集、存储和挖掘，并在此基础上建立企业的知识库模型、案例分析模型，从而实现对设备故障的早期预警和诊断。

1 远程诊断平台

基于大数据分析的火力发电厂远程诊断平台通过与电厂的不低于2M的专线网络进行连接，将诊断对象的SIS系统实时数据，设备点检、MIS等管理数据集中采集、存储和挖掘，并在此基础上建立企业知识库模型、安全分析模型，积累设备诊断和故障分析经验，形成一个标准体系完善的数据平台[1-2]。通过设备早期劣化预警，发现设备的劣化趋势，结合故障模式库，将预警信息变为预警诊断单，同时建立分级诊断体系，与电厂设备管理闭环，及时采取纠正措施避免设备状态恶化，结合预警信息还可实现对设备状态的实时有效评估，优化检修策略。

1.1 平台工作原理

远程诊断平台首先对监测设备建立诊断分析模型，其次选取各种工况下正常历史数据当作训练样本，采用神经网络算法计算出与实际值对应状态下的期望值。通过比较实际值与期望值之差，大于设定的阈值则产生早期预警，实现对设备的监视和故障诊断。区别于传统DCS系统是基于单个测点固定限值产生的报警，该平台能够监视模型中相关联的每一个测点相对于期望运行状态的任何偏差，在破坏性故障真正发生之前的早期阶段准确发现和定位故障。传统DCS报警图见图1。基于远程诊断平台的报警图见图2。

图1 传统DCS报警

图2 基于远程诊断平台的报警

由图2可知，基于远程诊断的报警不再只是在绝对限值被超过时才产生，而是大大提前，当测量值偏离正常运行值时就可及时产生。

1.2 平台建模方法

该平台诊断模型对应设备级，用户可以利用平台提供的模型生成和配置工具对需要进行监测诊断的设备或工艺过程进行建模，选取影响该设备或工艺过程主要性能的一些相关联测点，组成该模型下的测点集合，同时选择合适的监控模式。

2 远程诊断平台在燃气—蒸汽联合循环机组上应用

针对燃气—蒸汽联合循环机组自动化程度高、主辅设备运行相对稳定、启停频繁等特点，根据工艺流程及性能特点建立设备诊断模型。

2.1 燃气—蒸汽联合循环机组工作原理

经过调压站及前置模块降压、加热后的天然气进入燃气轮机的燃烧室，与压气机压入的高压空气混合燃烧，产生高温高压烟气推动透平旋转做功。从燃气轮机排出的烟气高达600℃，仍然具备很高的能量，将烟气送入余热锅炉，水加热成蒸汽再去推动蒸汽轮机，带动发电机发电。

2.2 建模方案

西门子V94.3A型燃气—蒸汽联合循环机组由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机、电气设备、燃料系统及其他辅助设备组成，其机组设备布置方式如图3所示。

图3 V94.3A型燃气—蒸汽联合循环机组布置方式

以西门子V94.3A型燃气轮机为研究对象，根据每部分的工作原理及功能，提出相应的建模方案。故障预警模型及类别见表1。

表1 故障预警模型及类别

2.3 应用实例

2.3.1设备简介

某电厂2×390 MW燃气-蒸汽联合循环机组，采用西门子V94.3A型燃气轮机，汽轮机为三压、再热、双缸凝汽式汽轮机，与燃气轮机和发电机通过SSS离合器联轴，构成完整的单轴配置，锅炉为三压、再热、无补燃、自然循环、卧式余热锅炉。远程诊断平台对该厂主要设备建立诊断模型并对运行工况进行监测。

2.3.2故障现象

远程诊断平台1号机组2号高压给水泵电机自由端轴承温度曲线见图4。

由图4可知，1号机组2号高压给水泵在运行期间，电机自由端轴承温度逐渐升高，远程诊断平台发出预警提示，随后轴承温度最高升至85℃，出现明显劣化趋势，在故障发生的早期阶段及时向电厂人员发出预警。电厂人员根据诊断报告停泵检查，发现有轻微磨损现象，经处理后振动及温度均正常。

图4 远程诊断平台1号机组2号高压给水泵电机自由端轴承温度曲线

1号机组2号高压给水泵电机自由端轴承温度SIS曲线见图5。通过调取该泵SIS曲线,也同样可以看出电机自由端轴承温度逐渐升高的趋势。

图5 1号机组2号高压给水泵电机自由端轴承温度SIS曲线

3 结语

基于大数据的远程诊断平台在燃气—蒸汽联合循环机组上的应用可以看出，区别于常规DCS单测点固定限值报警，该平台通过关联性测点组建设备诊断模型,再经过对大量历史数据样本的训练，针对实时数据采用神经网络算法产生对应期望值, 实现越限参数预警提示，及时发现设备的劣化过程。在真正故障发生前进行预警，及早消除设备隐患，提升发电企业的设备管理及监控水平，对机组安全、可靠、经济运行具有重要的意义。