火电厂设备状态在线监测与预警诊断系统研发

张栋栋，李兴敏，王 屾，万松森

（1.华电邹县发电有限公司，山东济宁 273522；2.西安热工研究院有限公司，陕西西安 710054）

0 引言

电力行业是国经济发展的重要基础，随着国家经济的快速发展，用电量和电力设备规模不断扩大，国家电网系统正以前所未有的速度蓬勃发展。大规模的电网运行包含多种不确定的安全因素，由于故障导致的损失也将进一步扩大，关于电力生产、输送和使用过程的安全管理，成为人们关注的焦点。

为了提升设备运行的安全性和可靠性，电力企业加大了对于设备状态在线监测与预警诊断系统的研究，通过现代化信息手段，确保电力设备的健康、稳定运行。该系统与传统设备检修技术相比，其优势在于可以通过计算机信息技术，对设备运行状况进行仿真分析，分析采集到的数据信息，根据运行状态参数的变化，判断隐藏的安全隐患，从而制定有效的应对措施。结合数据库建立设备的健康档案，提高故障诊断的可靠性。伴随着火电厂智能化程度的不断提升，对于核心设备运行的有效性和可维护性，成为人们关注的焦点问题。传统的设备检修方式日益暴露出其局限性，设备故障不仅会给电力企业造成巨大的经济损失，对广大群众的日常生活也有一定程度的影响。通过对火电厂设备状态监测系统的特点进行分析，阐述设备状态在线监测与预警诊断系统发展现状，结合ANNs 人工神经网络、数据通信等技术，阐述火电厂设备状态在线监测与预警诊断系统的设计与实现。该系统有效运用，能够对设备故障提前预警，确保设备安全稳定运行，有效降低设备故障发生率，提高机组设备的运行效率。

1 在线监测与预警诊断系统的特性

火电厂设备状态在线监测与预警诊断系统，结合火电厂的实际生产指标，对设备运行状态数据进行实时在线采集，建立火电厂设备健康数据档案，通过软件分析建立运行状态模型，实现对各个设备运行状态的在线评估和诊断。通过数据分析的方式，可以快速发现火电厂设备状态变化趋势，通过判断监测值与标准值之间的差异，进行报警响应。设备状态在线监测与预警诊断系统实现了火电厂的智能化管理，通过分析报告对设备运行状况进行有效评估，实现对隐性故障隐患的有效应对，采取及时有效的方式降低故障造成的影响，提高火电厂设备运行的安全性、稳定性和可靠性。

设备状态在线监测与预警诊断系统还具有较高的安全保密措施，拥有权限管理功能，通过授予访问权限，访问电厂设备的重要参数信息，并且只有最高权限的人员才能对数据信息进行修改。设备状态在线监测与预警诊断系统具有良好的扩展性，通过统一的数据接口可以快速采集不同电力设备产生的数据信息，还可以进行有效扩充，方便系统的优化升级。设备状态在线监测与预警诊断系统是对电厂设备运行状态进行在线监测，并对设备异常状况进行有效预警，并进行维修，降低安全事故对电网系统造成的影响，提高电网运行的可靠性。

2 在线监测与预警诊断系统现状评价

设备状态在线监测与预警诊断系统是电厂智能化管理中的核心环节，通过采集电厂设备实时状态信息，为设备维护管理提供理论依据。现阶段，关于设备状态在线监测与预警诊断系统的相关研究不断深入，系统的使用范围越来越广，可以采集大多数设备的状态数据，但是在数据处理和存储方面还具有较多问题，在设备运行过程中产生大量的监控数据，需要通过有效的方法进行挖掘处理，建立科学有效的数据检测模型，帮助设备进行全方位的健康评估。随着电网规模的不断扩大，这些问题也表现得日益突出，下面就对设备状态在线监测与预警诊断系统发展现状进行简要分析。

2.1 系统智能化程度较低

现场采集的数据需要依靠检修人员的判断，分析设备运行的健康状况，对检修人员的整体素质要求较高。而且早期的设备状态在线监测与预警诊断系统受到技术方面的影响，能对一些异常数据信息进行警报，无法提前预判设备的安全故障，一旦出现报警整个电力设备将进入故障检修状态，故障产生的影响较大。近年来，社会经济高速发展，电力系统负荷较大，而故障诊断技术发展缓慢，无法跟上电网发展的速度，导致设备故障率较高。

2.2 系统扩展性能较差

早期设备状态在线监测与预警诊断系统接口设计不统一，适用性和扩展性较差，人机交互界面不友好，系统使用效率较低。采集的数据进入数据库中，没有进行分类整理，数据量非常庞大，管理人员无法通过分类信息高效地找到需要使用的数据资源，极大地降低了设备检修效率。

2.3 数据分析能力薄弱

设备状态在线监测与预警诊断系统采用非线性或非数值性数据建立模型，操作复杂，而且监测结果误差较大，尤其在精确性和稳定性方面表现得问题较多。设备在线监测系统抗干能力和监测标准逐渐完善，但是用于电力系统当中的却很少，现有的故障诊断方法只是针对设备表现出来的故障进行诊断，需要通过系统化的理论进行优化升级。随着传感器技术、计算机技术、微处理器技术的高速发展，设备在线监测与故障诊断技术得到了有效发展。目前，关于设备在线监测不断完善，并取得了一些新的成就，依靠红外线测温技术、超声波探伤技术的运用，电网运行更加安全、可靠。

3 火电厂设备在线监测与预警诊断系统

火电厂设备状态在线监测与预警诊断系统核心结构，包括单元电器控制系统、信号传感器，传感器负责采集电厂设备电压、电流、温度、湿度、振动等信号，然后将采集到的信号传输至数据处理单元。通过分析处理获取设备的特征参数，诊断设备运行状态。同时，系统还具有数据存储功能，将监测到的设备状态信息通过数据压缩技术存储到数据库中，对数据库中的历史数据进行分析，根据设备的历史状态参数，分析设备可能存在的故障隐患，制定针对性的维护措施。设备状态在线监测与预警诊断系统框架结构，如图1 所示。

图1 线监测与预警诊断系统架构

随着现代科学技术的创新，设备状态在线监测与预警诊断系统也获得了长足进展。设备状态在线监测与预警诊断系统采用模块化设计，通过系统模块对电厂设备的状态监测，利用软件分析对火电厂设备运行数据进行建模分析，实现设备运行状态的在线评估与诊断。以下对设备状态在线监测与预警诊断系统设计进行分析。

3.1 数据采集

设备状态在线监测与预警诊断系统，可以掌握电厂设备的运行状态信息，通过对实时采集的运行状态信息进行筛选，提取有效信息建立设备的健康档案，通过对历史数据信息进行比对分析了解设备隐藏的故障问题。此外，系统还可以根据设备的健康档案库，建立特征参数关联性算法，通过软件对设备的故障周期进行有效预判，及时提出优化措施，帮助设备检修人员快速应对。通过数据库建立设备的健康档案，通过历史数据反映电厂设备的运行参数，提高系统诊断的准确性。

3.2 建立分析模型

设备状态在线监测与预警诊断系统，可以在海量数据信息中筛选和过滤出有效信息，由于设备状态信息随着时间推移发生有规律的变化，系统需要判断数据变量之间的独立性，不同设备之间的数据信息不存在影响，除了设备的运行参数外，去除其他外界因素对设备运行状况的影响。在对海量数据进行分析的过程中，采用平均值的方法获取设备的标准健康数值，通过人工神经网络技术，帮助系统进行深度学习，通过挖掘设备健康数据库中的信息，找出监测值与设备标准健康状况之间的联系。当设备监测值与标准健康值不同时，根据两者之间的差异确定设备的运行状况。

3.3 状态分析与故障预警

设备状态在线监测与预警诊断系统将设备运行状态，分为正常、异常、严重3 个状态，通过对设备运行状态数据进行分析后，得到设备健康状况，通过对标准健康值进行比对，计算出监测值和标准值的差异，获得该设备在监测时间段内的健康状况，通过该数据对设备当前状态和未来状态进行对比，分析设备目前所处的状态，根据不同的状态量进行报警。

4 总结

设备状态在线监测与预警诊断系统的应用，不仅节约了传统人工检修的工作强度、降低了数据处理的难度，实现了电网智能化管理，而且对电能质量和设备使用寿命有较大的提升。该系统可以通过采集到的设备运行状态信息，建立实时监测模型，借助软件分析进行状态评估和故障诊断，制定有效的维护措施，改善设备运行状况，提升电力生产的效率。