智慧化全数字技术在水电厂中的应用实践分析

杨兴富

（西南石油大学，四川 成都 610000；四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川 甘孜 626000）

0 引言

以往基于数字化技术之下的水电厂，虽然企业建设及其管理均可实现数字化，但无法满足信息采集及其利用广度方面的需求，无法实现高度的智能化。所以，水电厂就应当更为注重智能化全数字科学技术的引入及有效应用，便于弥补现有不足，促使水电厂可实现高度的智能化。因而，针对智慧化全数字技术与其在水电厂当中应用实践开展综合分析较为必要。

1 智慧化全数字技术阐述

智慧化系统要素，以信息源、通信网络、智慧主体为主。为实现对人作为重要智慧主体方面作用的充分利用，便于人能挖掘、分析及处理相关信息数据，实现对信息数据深入且全面的展现，能以更为生动及形象方式展现信息数据。人和信息交互历经文字、二维图画及动画等发展阶段，现阶段已经向着三维图画及动画等方向发展，智慧化的主体作用可得到更好地发挥。机器依托通过AI 相关技术，促使智慧主体各项作用得到充分发挥。全数字化技术节奏计算机自动实施数据采集及录入、传输各项操作，促使以机器为主导下实现模式被呈现出来[1]。全数字化技术，促使发水电厂由前期设计、总体生产运行及其管理整个过程由粗放型向着精细化的方向快速发展，为发电企业整个寿命周期持续提供有力的数据支撑，使得水电厂在不同阶段的建设及生产过程当中实现流畅衔接，这对信息管理及共享十分有利，且数据复用及深度挖掘得以实现，对实现智慧化提供有利条件[2]。

2 水电厂当中智慧化全数字技术的应用

2.1 在智慧化全数字水电厂基建方面

针对智慧化全数字水电厂基建方面，智慧化全数字科学技术之下，水电厂基建项目工程贯穿至水电厂内部标识系统（KKS）实际编码、三维立体化信息基础模型、平面流程图、全程三维优化设计及三维施工、材料管理、设备建模及基建安全监管等所有节点。智慧化全数字水电厂基建，由厂级的数字化信息档案入手，以KKS 编码为基础，形成对材料及设备的管理[3]。基于智慧化全数字之下，对水电厂管理整个信息系统所提出的要求相对较高，KKS 引入后，贯穿于水电厂整个生命周期的一个编码体系逐渐形成，水电厂前期规划设计、具体施工、调试运行及维护各节点所产生的信息，均被基建项目参与各方精准获取、理解及交流，这便于开展计算机相关处理操作，水电厂资产和信息从前期设计至运行维护整个过程处在最佳化的配置当中。基建设计节点，依托全数字化之下三维模型系统平台，各专业可处于三维环境当中实现协同设计。数字化系统平台当中可集中展示设计现状，以视频或图像各种方式，将工程总体设计进度实时展示出来，数字化的系统平台当中点击设备所对应名称后，便可直接精准定位至具体模型；平台当中能够全厂漫游，轻轻点击模型，便可查询设备、管道、阀门等属性，工作人员可以快速熟悉所处的操作环境。后台所有信息数据均可查，且可扩展性相对较强。

2.2 在三维可视数字化的数据管理及数据分析方面

针对三维可视数字化的数据管理方面，包含着对应三维设备基础模型、各项过程数据、图纸资料等实施管理；还提供全厂整个生命周期所涉及的数据管理及其状态管控，能够和厂级内部监控信息、管理信息、DCS、资产管理等各个系统实现全面集成，关联着工程当中主数据，确立三维工程基础模型和文档信息，积极落实维护工作[4]；还能够与厂级的闭路电视及信息系统各项数据实施映射管理，多系统相互间数据可实现有效关联及调用。针对大数据的分析方面，涉及性能计算及耗差分析、环保数据密切监测及节能优化、优化调配全厂各项资源数据支持各项功能，重点构成部分以实时监控、历史趋势、报警预警、性能计算及分析统计、相关性系统分析及预测分析等为主。

2.3 在辅机状态实时评估及其监测分析方面

辅机状态传统评估及监测分析，通常是以计算机为基础实施后台的计算及其分析工作，与技术员之间欠缺交互性，无法实现智慧主体各项作用的充分发挥。智慧化全数字科学技术之下实施辅机状态实时评估方面数据来源，即三维数据基础模型，提供了与技术员直观交互的系统平台，便于充分了解并且掌握状态评估机制及其过程，为技术员完善或改进现有评估方法可提供重要指导[5]。智慧化全数字科学技术之下辅机状态实时评估，涉及辅机三维信息数据基础模型之下数据筛选、各辅机实际运行过程当中历史数据的采集及分析、选定数据分析基础模型、模型训练各项功能。

2.4 在三维定位方面

针对厂级人员的定位系统，即依托三维技术对于全厂人员实施高效化管理，所涉及的技术以高精度超宽带定位、三维建模之下图像识别精准定位、GIS 及陀螺仪联合下大范围精准定位等各项技术为主。与传统类型通信技术之下定位方法比较起来，高精度超宽带定位此项技术有明显差异性存在，集中表现为高精度超宽带定位作业技术无须用到传统的通信体制当中载波，以发送及接收有纳秒级及其以下极窄的脉冲，实现数据传输，适宜室内环境下实施精确定位操作[6]。相比较于传统类型窄带系统，超宽带类型有强穿透力、优良的抗多径作用、低功耗、高精准性及安全性、便捷性等优势，适宜应用室内环境中对移动物体实施定位跟踪。

2.5 在设备操作及检修系统的智能化方面

针对设备操作及检修系统的智能化方面，智慧化全数字综合系统当中，引入了图像处理及数字影像各项技术手段，融合水电厂整个的生产过程，能够实现智能化的设施设备实操指导及检修维护。现阶段，增强现实（AR）、虚拟现实（VR）这两项技术普遍应用到智慧化全数字综合系统当中，混合现实（MR）技术处于逐步投入应用阶段。可视化三维平台及厂内人员的精准定位专项系统之下，能够结合两票系统，开展检修或巡检计划的创建优化或修改处理、管理操作，促使巡检路线最终形成，依托可视化三维平台实现巡检路的显示及上传，对巡检路线当中设施设备具体运行状况实施分析，结合检修需求增设电子围栏的报警系统。智慧化全数字今后在水电厂领域应用实践当中，针对三维平台设施设备检修及其操作方面将会与不同感知检测科学技术融合，如声波及光学技术等，促使智慧化全数字科学技术处于水电厂领域当中应用实践更具生命力及发展前景。依托视觉及三维系统开展智能检修各项操作，并依托大数据科学技术手段，促使智能化的技术处于信息数据实际获取广度得到持续扩展，通过采集及分析处理海量数据，借助数据挖掘科学技术将潜在干扰、错误及冗余数据等均剔除，获取更为真实可靠的分析结果，便于反映水电厂真实的运行情况[7]；大数据科学技术之下，可以发现水电厂内发电机组整个运行过程当中细微的一些状态变化，提前识别隐患问题，且予以消除，促使水电厂内部发电机组实际运行期间故障问题的发生概率得以有效降低，提高机组总体运行安全可靠性。智慧化的数字水电厂当中，针对于深度利用各项检测信息方面，涉及振动频谱的数据分析手段之下对旋转设备具体的运行状态实施诊断分析，结合设备材质实际劣变数据实施状态分析等各项诊断技术。如设备振动的加速度方面信号比较敏感于高频信号，有着适应性广及检测操作便捷等特点。但振动的加速度方面信号往往极易受到振动信号实际传递路径、传递振动元件间隙、传感装置安装误差、监测部件所固有振动方面因素所影响，以至于振动的加速度总体信号复杂性突出，借助信号分析现有方法若想提取到故障特征则比较困难。故结合振动的加速度相应信号频谱，依托可视化的分析方法，便可实现对故障特征的有效提取，它主要是以傅立叶的变换为基础，实现对振动的加速度整个信号频谱有效获取；再结合高低能量整个区域边界，有效分割处理振动的加速度整个信号频谱，统计分割处理之后各个分频段当中频率分量实际幅值和，选定频段幅值和作为主要的特征指标，将随着时间变化相应谱阵列确立起来，可视化地集中显示出来后，水电厂内部机械设备整个寿命周期实际运行状态可被显示出来。还可借助机组在线的运行状态监测专项系统，实施数据采集及其并预处理各项操作，以模糊化的神经网络、专家系统、傅立叶快速变换等为基础，对类型不同的故障实施诊断分析，借助决策融合科学技术合理优化最终的诊断结果，促使问题分析及推理优化、实时远程化诊断及其分析能力等得到提升，确保水电厂总体智能化的水平得到有效提升。

2.6 在跨系统平台应用方面

在跨系统平台应用方面，以数据侧、移动端、第三方等系统平台应用为主。针对移动端的系统平台，依托最具先进性、应用最具广泛性的移动通信科学技术手段，依托智能化的通信设备及移动互联等，促使各级数据能够以更为丰富且直观形式被快速传输至智慧主体当中，移动查看各项的生产指标，对现场生产整个过程予以实时监控，且还有着大数据的系统平台消息实时提醒、浏览设备基础模型、设施设备缺陷问题管理、查看数据报表、管理在线文档等各项功能。

2.7 在大机组智能化的控制方面

针对大机组智能化的控制方面，以DCS 及SIS 所提供各项数据信息为基础，智能化科学技术辅助下，获取水电厂生产整个过程当中各项重要指标内在规律及其关联性等，及时且精准判断机组具体的运行状态，对控制策略可予以自动调整，以此来满足于实际生产需求[8]。智慧化全数字科学技术当中，依托各种测量手段，扩大机组各项数据信息实际获取广度，联合软测量、状态观测及模式识别各项技术，实时获取机组当中大量状态变量数据信息，还可借助数据挖掘相关技术深入挖掘并获取更深层次的数据信息，结合机器学习之下智能化的建模技术，把更新、更多及更精准的各项状态信息实时反馈到控制装置当中，实现控制有效校正及其优化处理，自动适应于水电厂机组处于不同工况条件下实际运行需求，水电厂当中对机组总体的运行方式、经营管理、控制参数及其效能指标等予以持续优化、改进，这相比较于传统类型控制结构，智慧化全数字科学技术之下，促使水电厂总体运行过程当中信息数据的采集及获取广度、信息数据实际处理深度方面得以提升。

2.8 在一体化管控方面

针对宏观角度分析，水电厂整体生产至区域性实施电力生产往往处于综合性的一个互动体当中，促使闭环系统形成，闭环当中除了涉及传统的一些控制因素外，还涉及管理层面向于人员管理等高层次的各项因素，大闭环当中各项因素缺陷及其故障，可视作施加至闭环系统当中扰动，会间接或直接影响到生产，如操作者未认真值守所致生产事故、相关检修技术员自身工作疏忽所致机组产生非故障的停机问题等，属于管控分离传统生产模式所无法达到全局优化根本原因。实现一体化的管控，属于管控分离传统生产模式的优化或改进，对综合性闭环系统实施有效控制。智慧化的全数科学字技术之下，对水电厂实行一体化的管控，对发电过程监控系统及生产管理专项系统相互间，可将数据共享专项机制确定下来，促使控制及管理有效联动，结合实际的各项管理需求，对生产任务予以实时调整或优化，依托多种模式及通信手段等，把管理需求实时反馈至发电生产及其运行整个控制系统当中，实时调整或优化总体的控制策略，促使水电厂的各生产指标实现最优化，且企业实现更多经济效益的有效获取。

3 结语

综上所述，智慧化全数字科学技术，其融合了当前更多先进的技术手段，应用至水电厂当中，则智慧化全数字水电厂基建，实现三维可视数字化的数据管理及数据分析、辅机状态实时评估及其监测分析，厂级人员的三维精准定位、设备操作及检修系统的智能化、跨系统平台应用、大机组智能化的控制、一体化管控等能够实现，不但可满足信息采集及其利用广度方面需求，且可实现高度的智能化。