火力发电厂设备用油智慧监督系统开发与应用

张晓东 赵 强 孙树春 宋 建 马志力 李园园 赵潇然 刘政修 汤自强

（1. 内蒙古岱海发电有限责任公司，内蒙古 乌兰察布 013700；2. 北京京能能源技术研究有限责任公司，北京 100022）

0 引言

火力发电厂用油设备包括主要设备与重要辅机，对燃煤电厂，主要设备包括锅炉、汽轮机、发电机等，重要辅机包括锅炉磨煤机、锅炉吸送风机、给水泵等。汽轮机主要用油包括润滑油、调速抗燃油，发电机用油主要包括密封油、变压器绝缘油，锅炉磨煤机主要用油包括减速箱齿轮油及高压油站液压油，锅炉吸送风机主要用油为汽轮机润滑油，给水泵液力耦合器主要用油为汽轮机润滑油等。为保证电力设备用油质量及火力发电厂主要设备及重要辅机设备安全稳定运行，根据电力行业相关标准，根据设备重要程度及油品种类，定期对油品主要性能指标如运动粘度、颗粒度、水分、酸值、抗乳化性、泡沫特性等进行检测，根据检测数据对油品进行运维保养管理。由于离线检测不能实现在线、实时，油品质量存在监督不到位、欠运维或过度运维问题。

随着大数据和人工智能等技术不断发展，以信息技术为手段，以完备合理的系统设计为基础，以大数据分析指导决策，实现电厂智慧化是电力行业深化改革和适应电厂市场化形势变化的必由之路。火力发电厂电力设备用油智慧监督系统作为智慧电厂的一部分，可以通过先进的传感测量手段及网络通信技术，实现增加油品使用寿命，减少废油液排放量，方便设备运维人员及时采取维护措施，在有效提高生产和管理水平同时，最大限度减少企业生产和运维管理成本，提高企业盈利能力。

1 火力发电厂设备用油智慧监督系统开发与应用总体思路

在燃煤电厂用油设备油箱选取采集点作为传感器采集油液数据点，通过MODBUS TCP通讯将采集点采集到的油液数据上传到油液数据点。油液智能控制器将油液数据进行处理和分析，再将处理后数据上传至2U服务器。通过内网将处理后数据展示给电厂各级人员。

当油液通过各个数据采集传感器后，传感器将实时数据传送到相应的通讯转换模块，然后数据通过网线或光纤的方式将数据通讯到现场工控机。工控机通过专业软件进行编程，以满足在线监测和预警，建立油液指标，相关过程的数据库，逐步建立油液性能评估模型，为系统故障分析积累技术条件。通过油液数据和相关过程数据，评价油系统及关键部件的运行状态，为电厂运行、检修、采购和设备全生命周期管理提供科学决策的数据支持。

火力发电厂智慧油务监督系统网络拓扑严格遵照电力二次防护的要求制定，采用专网专用、横向隔离，纵向加密、信息安全区域划分的原则，将数据交互分为4个安全区域。

智慧油务系统网络拓扑图如图1所示。

图1 网络拓扑图

智慧油务系统技术路线图如图2所示。

图2 技术路线图

2 智慧油务监督系统平台建设内容

在1号机组汽机润滑油、抗燃油、一台给水泵透平油、一台磨煤机320齿轮油及46号抗磨液压油、一台引风机和一台一次风机泵组润滑油进行油品在线监测、数据分析、预警、专家诊断和优化系统，建立油液指标、相关过程的数据库和知识库，逐步建立油液性能评估及劣化趋势预测模型，为系统故障分析积累技术条件。

2.1 系统首页

根据需求，建立集团级智慧油务监督系统，可实时动态监督各厂油系统监测运行状态排行榜，根据各电厂的油系统监测评分结果，自动分析排行，显示电厂名称和评分。如电厂数量比较多，点击“查看更多”，看全部排行。管理电厂数量可以增减。系统首页功能设置如图3所示。

2.2 用户首页

点击对应按钮，可进入厂级智慧油务监督系统。其中包括企业名称、机组序号、各种设备用油系统及油务智慧监督全系统等，对各个油系统进行综合评价打分，实时计算显示油质合格率及平均油耗等指标。用户首页功能设置如图4所示。

图4 用户首页功能设置

厂级全系统结构图如图5所示。

图5 厂级全系统结构图

此页面功能展示包含以下内容：

1）无故障运行时间：图5为动态数据，上方饼图展示出安全运行时间、计划停机时间、故障停机时间的百分比。在线监测系统可计算出停机时间，系统默认为“故障停机”，点击饼图弹出编辑对话框，可将故障停机改为计划停机，并标注原因和负责人；

2）系统运行状态：动态数据，评分：评“优、良、差”。

（1）平均油质合格率：动态数据；

（2）平均油耗：动态数据，根据补油量、换优量按公式计算得出百分比。

2.2 分系统监测

展示机组编号、系统机构图，其中系统结构图中有3个按钮：“温度”、“压差”、“流量”，点击后在系统图中能够显示油管路温度/压差/流量状态（温度、压差、流量数据需要从SIS数据库中读取），或测点值、或用颜色表示数据值变化。汽轮机抗燃油系统监测页面如图6所示。

图6 汽轮机抗燃油系统监测页面

磨煤机齿轮油系统监测页面如图7所示。

图7 磨煤机齿轮油系统监测页面

五大类运维操作工具栏展示图如图8所示。

图8 五大类运维操作工具栏展示图

2.3 油品监测

（1）实时监测

实时在线展示油品指标数据，如颗粒污染等级（单位设置为“级”SAE AS4059）、水分（单位设置为“mg/L”）、运动粘度（mm2/s，运动粘度=动力粘度/同温度下密度）、介电常数等，并用指针仪表盘直观展示指标健康状态。下图展示监测数据汇总页面，支持导出、打印和发送工作箱等选项。汽轮机抗燃油实时监测数据如图9所示；

图9 汽轮机抗燃油实时监测数据

（2）图表统计

对油品指标监测和所有历史数据进行统计分析，以曲线图展示历史趋势。同时对油液指标历史数据统计和指标不合格次数。汽轮机抗燃油指标统计展示如图10所示。

图10 汽轮机抗燃油指标统计展示画面

选择时间如月、季度、年（选择合理时间段，时间范围数值由小到大，含年月日和小时，时间差要大于1h）可以生成所有油系统在线监测报表，报表里的图表形式可以选择，选择某油系的多个或单个油液指标，该油系统的所选指标的历史数据能以数据表形式展示，可以下载、发邮件、保存到本地；历史数据也能以曲线图形式显示，展示变化趋势等，标准限值也在曲线图上用红线标出，或者曲线图背景用不同颜色代表指标数据合格与否，如正常数据区域背景是绿色、预警数据区域背景是黄色、不合格区域背景是红色。同时用指针仪表盘直观展示各油系统健康状态的变化趋势。

不合格数据统计，用饼形图展示数据不合格的天数；各油系统清单可以多选或单选，如是多选时，在同一界面展示所选的各油系统油液指标不合格的天数；油液的指标可以多选或单选，如是多选时，在同一界面展示所选的各油系统所选油液指标不合格的天数。

不合格数据统计，用饼形图展示数据不合格天数：各油系统清单可以多选或单选，如是多选时，在同一界面展示所选的各由系统油液指标不合格的天数；油液的指标可以多选或单选，如是多选时，在同一界面展示所选的各油系统所选油液指标不合格天数；

（3）实验室数据

实验室和第三方检测数据上传到本系统进行记录、存储和分析，油样照片以附件形式上传。人员登录后可以查看、下载检测结果；对不合格的指标进行处理，处理情况输入系统中。

设置各油系统检测的周期，定期提醒油样检测时间。当输入该油样检测数据时，提醒取消，显示下一次取样检测的时间。汽轮机抗燃油实验室数据展示如图11所示。

图11 汽轮机抗燃油实验室数据展示图

（4）过程数据

将油系统的相关过程数据接入本系统，过程数据包括油温、电机泵组电流、压力、压差、振动、湿度等。计算分析过程和油液指标及使用寿命、油系统健康的关联关系。

2.4 报警与故障分析

（1）异常报警

根据检测的数据提供预警和报警，预警和报警数值参考新油和运行油数据。当数据接近超标数据时显黄色（预警线分别按报警线的前10%设置）。当班人员录入解决方案和结果。当发生预警或报警情况时，告警信息自动发送至存储的相关人员的邮箱。告警相关数据和信息可以下载、打印和发送工作邮箱存档。汽轮机抗燃油系统告警页面展示如图12所示；

图12 汽轮机抗燃油系统告警页面

（2）告警设置

管理人员根据油液指标管理要求和水平，对预警和报警的等级和阈值进行设置。汽轮机抗燃油告警阈值设置页面如图13所示；

图13 汽轮机抗燃油告警阈值设置页面

（3）故障诊断

指标异常后，通过引擎关联异常原因及处理措施等。系统对油液指标监测数据、实验室检测数据及维护情况数据进行关联分析，例如油液指标和由系统故障的关联性、和运维工具种类及使用的关联性、和时间季节的关联性等等。每次故障的处理过程和结果不断录入系统，通过计算机自学习功能，不断完善知识库，具备一定的专家诊断功能，能够对预知的故障给出维护方案，对故障给出分析和解决方案。

2.5 设备管理

主要包括：信息录入、存储和查看信息，包括设备台账、油品和运维工具管理等。

（1）设备台账

可以将设备名称、设备型号、设备照片等相关信息导入系统，建立设备台账，方便专业人员查询、记录等。设备台账画面展示如图14所示；

图14 设备台账画面

（2）油品台账

包括油品采购入库及用油台账。下面使用的表格内容可以修改，并能导入Excel表格数据。相关数据和信息可以下载、打印和发送工作邮箱存档。油品台账画面展示如图15所示；

图16 油品台账画面

（3）运维工具

运维工具主要为滤油设备及材料等。该界面下运维工具数量可以增加，相关数据和信息可以下载、打印和发送工作邮箱存档。可以上传视频文件。运维工具台账如图17所示；

图17 运维工具台账

（4）系统部件

该界面下表格内容可以修改，并能导入Excel表格数据。相关数据和信息可以下载、打印和发送工作邮箱存档。系统部件台账如图18所示。

图18 系统部件台账

（1）故障记录

该界面下表格内容可以修改，并能导入Excel表格数据。相关数据和信息可以下载，打印和发送工作邮箱存档。故障记录台账如图19所示；

图19 故障记录台账

（2）维修信息

该界面下维修相关表格的内容可以修改，并能导入Excel表格数据。相关数据和信息可以下载、打印和发送工作邮箱存档。维修信息台账如图20所示；

图20 维修信息台账

（3）油液运维评估

对运维工具使用情况如滤芯消耗、油液净化效果等要求的数据进行数据分析，分析运维工具选用和使用与油液指标、使用寿命及油系统健康的关联关系，并评估运维效果。

2.6 节能计算器

主要包含以2个功能，如对油耗统计和减排统计等数据分析，通过计算小程序，设置计算量化的选项，比如节约一升油、延长油的使用寿命或减少部件损坏等，可以节约多少钱；列出设备节约的项目表，往每个列表录入数据，最后可以自动结算，可以按月或季度、年计算，可以生成柱形图表等，显示这些节约项目及相应节约成本金额。输入节约的要素，自动计算出节约成本。

2.7 报表管理

主要根据系统录入和存储的相关数据选择性生成各类报表，如电力用油监督报表等等。汽轮机抗燃油报表格式详如表2所示。

表2 汽轮机抗燃油报表

3 效益分析

3.1 管理效益

电力设备用油智慧监督平台同时覆盖选定设备油系统的运行工况、油性能指标、过滤装置投运及关键部件的性能趋势预测等内容，相较于传统的基于电力运行导则要求标准进行限值报警，可实现实时、连续预警；故障诊断正确率达到80%；对设备故障预警比振动监测预警时间提前1～3个月以上；设备故障率降低30%-50%，油液寿命延长30%～50%；设备维护费用减少15%～30%；废油排放量减少30%～50%。

3.2 经济效益

可以降低损坏部件的采购成本，减少维修人工成本，减少维修时间和设备停工与生产损失；延长油液使用寿命进而节省换油人工和补油费用，同时减少废油的环保处理费用并延长设备使用寿命。

4 结语

作为一种创新管理手段及方法，和传统的油务监督管理比较，电力设备用油智慧监督系统的使用可以增加油品使用寿命，减少废油废液排放量，减少对环境的污染。利用专用传感器、监测系统和数据分析等技术，开展电力用油在线监测分析系统的应用研究，实现油液和油系统指标安全预警、故障分析、主动运维、按质换油、设备运行状态评估、油系统优化、检修建议等目的，能够减少对专业人员的依赖，方便设备运维人员及时采取措施，在有效提高生产水平同时，最大限度减少企业生产和运维成本，提高企业盈利能力。