在“碳中和、碳达峰”背景下如何保障电厂设备的管理与应用

国能广投柳州发电有限公司 张 晖

1 研究背景及内容

随着“碳中和、碳达峰”国家战略的提出，在装备智能化升级、物联网、大数据、云计算和人工智能等综合技术的蓬勃发展，“智能电厂”或“智慧电厂”的建设在电力行业风生水起。但是如何创造性地整合这些技术，服务于发电企业的永恒目标“安全可靠和经济运行”，是所有发电集团都在认真思考并积极着手解决的问题。

发电企业所有经济效益和社会效益的实现，均以设备的可靠度和可用率为保障。那么，如何持续提升设备的可靠度和可用率、大幅延长设备的使用寿命，是确保设备优化运行、支持自主经营和自主调度出力的关键。

通过此项目的研究，拟在原有设备管理模式创新基础上，放眼全球范围内设备管理的先进理念、流程和方法，以中国圣贤“上医，医未病”的健康维护理念为设备管理的最高境界——即优化预知保养科技水平，确保设备无故障运行；以“可靠度为中心的维护策略”为标准流程；以“持续改善”为进步阶梯，创建既符合世界科技潮流又具备本厂特色的《设备可靠度及寿命延长管理体系》，形成独特的设备管理技术体系、知识体系和管控体系。

本课题主要研究以下几个内容：基于“五检合一”的设备可靠度提升，基于数字孪生和MR 的设备全息可靠度管理，基于三维可视化的设备精益化检修管控。

2 基于“五检合一”的设备可靠度提升

智能五检合一的管理系统按照“统一规划、统一标准、统一建设、分步实施”的总体原则，以“上医、医未病”为理念，以提高设备可靠性为目标，以一码二级三可视为贯穿，以设备全寿命周期管理为核心，以数据驱动，从跨组织、业务、应用的视角对数据进行组织和管理，包括对整个数据生命周期中数据的处理、存储、转换、整合、分布制定相应的策略、模型、流程，建立以“状态驱动工作模式为主，计划驱动工作模式为辅”的管理模式，利用巡检、点检、精密点检、智能巡检数据进行汇聚整合，同时利用智能机器人等相关设备管理模块的异常信息，通过关联台账信息、状态监测诊断结果、专家知识库、备品备件信息，形成故障部位确定、故障原因确定、故障严重等级确定、故障解决方案确定、消缺成本确定的立体化信息，并可根据缺陷、两票及物料系统的开放程度，对接开发端口，形成基于以设备异常事件工单为驱动的闭环体系。

此系统是实现以点检人员为责任主体的全员设备状态监测和预知检修的管理目标，使设备在可靠性、维护性、经济性上达到精细化管理。点检人员既负责设备点检，又负责设备全过程管理。点检、运行、检修三方面，点检处于核心地位，依托巡检、点检、精密点检、智能巡检和检修触发的设备管理系统。运检一体化管理系统立足于信息化、智能化与工业化的高度融合，建立一个统一的信息、工作、管理控制、辅助的决策支持、集中维护平台。

2.1 构建精细化的设备状态监测体系 建立“五检合一”的设备管理模式

运行人员日常点检，专业点检员定期点检、精密点检，专业技术人员设备劣化倾向管理、综合性精度监测和性能指标测定、智能巡检、检修触发，五者的结合构成“三位一体”的巡点检制度。投标方以优化检测技术矩阵、优化设备测点、优化检测周期、优化检测内容、优化判断标准等手段为支撑，结合世界最先进水平的专家智能诊断系统，构建了智能化的状态监测体系。

管理模式打破专业的分工，更趋向工作的合理性。

按照新的管理模式，部门架构重建。设备的巡检、点检、精密点检、智能巡检工作统一由设备管理部门管理，实行以任务为导向的设备管理模式。通过对任务的重新规划与优化，实现最优化的任务管理。

2.2 构建优化检修管理的新模式

优化检修是融预防性检修、状态检修、改进性检修和故障检修为一体的优化检修模式。是在设备点检管理和劣化倾向及寿命管理基础上，根据设备状态，合理制定设备检修策略，确定检修和改造以及备品备件的管理内容、周期和工期，从而达到优化检修的目的。

2.3 实现故障根源的综合诊断与智能分析

将状态监测的过程数据、分析结果落实到设备的元器件级，并通过精密点检与“专家诊断系统”相结合，直观、形象的展示故障元器件的损坏模式及目前状态。大大提升了设备故障诊断效率，简化了诊断难度，从而提升了设备可靠度。

系统提供了趋势分析、智能诊断等功能，犹如把专家请到身边，对厂里的设备进行诊断，满足设备状态监测精准化的需求。

2.4 建立“智能化运检一体化”的信息共享平台

以往各专业数据分散到不同系统，协同性较差。统一信息平台建设将彻底改变这个现象。巡检、点检、精密点检、智能巡检和检修触发共用同一个设备台账，所有的管理行为都从这个平台触发。

将技术矩阵中所有检测仪器，包括常规巡点检以及精密点检（超声、红外、振动、油液、电流等）所获取的数据进行交叉会诊，综合判断设备状态，并将设备状态从正常到极端划分为五个等级，以五种颜色分别对应。技术矩阵所获取的数据及投标方远程诊断出的设备状态，都在巡检、点检、精密点检一体化管理系统中集成显示；电厂的设备总体状态，投标方都以柱状图、饼状图等形式进行统计汇总，从而帮助各级管理人员清晰、直观的了解所管辖范围内的设备状态。

2.5 流程管理扁平化、信息自动推送

点检流程代替了上下、横向之间的业务关系，完全改变了传统的用人设备管理模式，即行政指令性管理和指挥的模式，按科学的程序进行管理。这种作业管理的全过程，即计划（根据标准编制的作业表、计划表）、实施（确认设定点的状态、结果记录、异常的发现及调整处理）、检查（计划的确良执行情况、信息传递、整理分析）、反馈（核对计划、标准），以提出修正、修改意见，改善点检作业过程中的各种条件，提高点检管理水平和工作效率。

3 基于数字孪生和MR 的设备全息可靠度管理

数字孪生的概念最初由美国密歇根大学的产品全生命周期管理课程上提出，包括物理实体、虚拟模型以及二者间的连接三个部分。其中，物理实体是客观存在的，主要负责接收指令并完成特定的功能。虚拟模型是物理实体的忠实的完全数字化镜像，可以对物理实体的活动进行仿真、评估、优化、调控及预测等。连接使二者的数据进行实时交互，从而保持同步性与一致性。但由于当时技术和认知上的局限，数字孪生的概念并没有得到重视。

3.1 单兵可穿戴系统

电厂设备运维采用智能单兵系统IWDP 以物联网技术为基础，采用迄今最符合工业环境的智能眼镜设备终端，在安全三区部署视频安防系统，安全三区建立与安全一区完全独立的千兆环网，单兵可穿戴系统通过在生产现场部署AP 以实现无线网络覆盖，集控中心与生产现场通过无线网络互通互联。实现集控中心端可实时以第一视角画面查看设备检修运维画面，并在现场出现紧急情况时作为应急指挥系统使用。

此系统具有两大实用功能，即：智慧远程协助支持（建群通信）、指导文件发送、实时视频指导、增强现实指导、屏幕冻结、多方会商、应急指挥、历史指导检索；智慧人员管理（人员地理位置监控、通讯录、直呼终端人员、人员信息管理）。此系统的核心设备为智能安全帽，智能安全帽完成在具备传统安全帽安全防护功能的同时，融合先进的传感技术，全面实现人员近电报警、行走定位、轨迹追溯以及视频实时对讲、误入间隔报警、违章行为识别等功能，同时具备与智能运维系统交互功能，上传实时数据、接收智能运维系统下发指令。

而智能运维生产管理系统的智能安全帽管理系统具备与智能安全帽进行信息交互的能力，能够实时采集智能安全帽的所有信息，包括视频、音频、报警、定位等内容；能够与智能巡检和工单关联，将运维路线等要求下达给智能安全帽，并根据预定义好的路线进行运维，在检查过程中如发现缺陷，系统可实时接收回传的结构化、非结构化的各类信号，并可启动缺陷处理流程；可实现在大传输技术的支持下，远方视野实时共享、场景电子管控等，大幅提升了佩戴者预知、预警和预控安全风险的能力；可与智能安防系统关联，结合场站现地的电子围栏等，实现参建各方人员的生产过程、安全行为等全方位的风险防控，通过智能安全帽采集的视频、音频等信息对现场设备进行智能分析。

3.2 VR 虚拟实训系统

随着网络通讯技术及信息技术的快速发展，将现代通讯网络技术和计算机技术应用到企业生产和管理中，全面实现企业的信息化，已成为现代化企业提高生产管理效率和经济效益的重要手段。因此，发电企业有必要建立VR 虚拟实训系统，以提升电厂数字管理的水平。

虚拟环境是以现实环境为基础进行搭建的，操作规则同样立足于现实中实际的操作规范，使受训者有身临其境的体验，运用VR 技术进行培训，即可有效规避现场风险，也同时打破时空限制，受训者可以在实验室中进行集中演练，可以进行多次重复演练，大大提高培训的质量。

4 基于三维可视化的设备精益化检修管控

发电机组检修任务繁多，专业技术性强，质量、安全、进度、成本管理协调控制难，单纯靠传统方式进行检修工程管理效率低、质量差、知识无法积累。目前国内主要信息化公司软件产品只实现了缺陷维修、定期维修中的填报与结果记录，少部分产品中有大修管理，但功能不完善，深度和广度不够。

当前项目检修主要问题包括：

任务繁多：工期短、项目多、任务重（整台机组所有设备的解体、检修、回装和试运），管理流程和工作任务繁杂（准备、策划、采购、招标、检修、调试、评价、总结）。

专业性强：机组检修集机、电、控、环保于一体，精密性高、技术密集，高危作业；人员专业技能水平、管理能力要求高、检修工艺质量要求标准高；人员和机具相互响应协调要求高。

管控难度大：组织管理难（新型公司基本依靠外委检修，参修单位多，多工种、跨专业，整体协调难度大）；安全管理难（人员结构复杂、临时人员多，安全知识和意识参差不齐，安全风险控制的难度巨大）；质量管控难（作业人员的检修技能、管理人员的质量管控能力等差异较大，检修工艺及质量难以管控）；协调指挥难（地面、空中立体检修、交叉作业，需多专业多点多面协同作业，现场多层次作业的指挥协调难度大）。

检修技能难以传承：机组检修主要依靠外委，工艺及技能不可控；大修间隔长、检修技术与技能不易积累、沉淀，难以形成经验库；没有积累（人员积累、技术积累、数据积累），造成检修技术工艺标准编制、实践、改进和提升的难度大。

标准执行的管控难度大：现有发电机组检修的管理标准、技术标准的执行缺乏有力的管理手段和有效工具，导致管控难度较大，造成检修质量、安全、成本、工期的管理与检修目标相脱节。

精益检修管理难以实现：大修精益管理目标（安全、质量、进度、成本、能耗、环保）难以有效的实现。

以提高设备可靠性为目的，始终坚持贯彻“组织管理程序化、过程控制精细化、作业实施标准化、工期控制网络化、修后评估科学化”的管理目标，以状态检修、优化检修标准项目和计划检修为手段，以相关制度配套为保证，充分利用设备状态大数据、AI、AR 等高新技术手段，综合各系统的优点，持续推进检修工作规范化、标准化作业管理，为公司构建精益检修智能管控平台。

通过精益检修智能管控平台的实施，有效实现修后机组降低能耗、降低日常维护成本、提高设备可靠性的创新，实现修后机组长周期安全、稳定、经济、环保运行，从而提高发电企业市场竞争能力。同时，发电企业设备检修具备很强的共通性，该项目在公司应用后，可通过集团公司在同级别机组或全国其他公司的快速推广应用，具有非常好的推广应用价值。实现检修项目（A/B/C/D 修、科技和技改等）智能化管控，实现立项、策划、准备、执行、评价与总结全过程智能化跟踪，将信息化与智能化延伸到“检修最后一公里”。

4.1 三维检修培训

为了提高检修培训的质量和效率，对机组汽机、锅炉、电气专业的主要设备，进行零部件级别精度的三维建模。基于产品说明书、检修作业指导书、运行规程等文件，建立包含设备结构原理、检修过程和典型故障内容的三维可视化培训模块。该系统能改变传统的师带徒和纸质资料培训模式，建立三维可视化的直观培训和考评方式，使检修人员能够快速掌握设备结构、解体、安装等知识。

4.2 基于AR 的设备检修辅助

基于AR 技术，实现检修从准备、安措执行、检修操作指引、调试、安措恢复、完工结票等全过程智能化管控。

5 结语

通过本课题的研究，这是对现代发电企业设备管理模式的最有益的探索，为企业未来的发展夯实了基础，结论如下：

本课题研究的设备管理模式，融合了“以可靠性为中心的维修（RCM）”, “全寿命周期维修（LCC）”设备管理理念，即以中国先贤倡导的“上医，医未病”的健康维护思想，美国的“以可靠性为中心”的设备维护策略和日本“持续改善”的认知。借助设备的智能采集、独有的专家库智能分析诊断，可有助于提高设备可靠度及延长寿命，全面实现状态监测。这样的设备管理模式代表当今发电企业最先进的设备管理模式。

利用“设备全方位管理系统”，实现巡检、点检、巡视、精密点检和技术监督的五检合一，解决了不同专业在不同系统上工作、信息流转不畅、不及时，管理流程不规范的缺陷。实现了设备管理信息平台与工作平台的统一；

实现了办公室的PC 工作界面与现场移动应用终端工作界面的融合统一；

多技术矩阵的交叉会诊，集成了全球最成熟、最权威的设备诊断技术，将设备的状态诊断水平，提高到崭新的境界；

针对不同设备故障，提供完整的解决方案，将设备的精细化检修和寿命保障技术落到实处，确保设备的优化运行；

智能化移动应用终端的创新实践，将设备管理的工作，变得轻松而富有趣味；

实现了AR 和VR 技术在检修运维中的应用，利用数字孪生技术大大提高了检修运维的效率，为设备可靠度的提升祈祷了很大的促进作用；

实现了基于三维的精益化检修管控平台，构建了从检修立项、策划、准备、执行、评价的全过程精益化管控，逐步构建了真正的精益化检修。