摘 要：当前电站运行管理模式正朝着“无人值班，少人值守”的方向发展，机组的智慧化程度要求越来越高。为了确保机组能够安全、稳定、经济地运行，必须提高电站在线监测，全面感知水平，除了常规的状态监控外，需引入新的监测技术、信号传输手段，对重要的监控盲点进行及时监控，以便及早发现机组存在的缺陷和隐患，有针对性地对机组进行预测性维护，减少突发故障。
关键字：全面感知；在线监测；智慧电厂。
0 引言
目前发电厂监测传感技术基本上为上世纪90年代发展起来的在线监测技术。随着互联网、物联网、移动通信5G技术的迅速发展，电力集团纷纷提出了建设数字化智能型电站、建设信息化智慧型企业的目标。
数字化智能型电站建设，首先需全面提升机组感知水平，提升机组在线监测水平并大大拓宽机组监测范围。例如，对发电机转子等旋转部件的状态监测一直是在线监测的难点，也是业主的痛点，是全面感知技术亟需攻克的领域之一。
1 新的监测技术开发及拟应用规划
1.1 无线无源（有源）测温技术
该技术目前主流的有两种，分别是基于RFID和SWA的无源无线测温。芯片利用先进的超高频无线电波能量收集技术，通过高频电磁波获得能量，并将测得的温度信息以高频无线电磁波的形式进行传输。传感器具有无线信号传输且无需供电的优点，在空旷条件下，无线传输距离可达3～10m。目前拟应用在转子等旋转部件的无源无线测温场景，可解决旋转部件供电及信号传输问题。目前需进一步验证该技术在高速运动、强电磁干扰等复杂应用环境中信号传输的稳定性及可靠性。
1.2 视觉识别技术
在机组运行过程中，用于监测机组关键部件的多个视频摄像头经过每天24小时不间断地采集，将会形成海量的信息。这些信息靠人工去识别是不太现实的，可行的方式就是利用人工智能，对视频内容进行分析，智能识别异常的视频信息，从而实现机室内运行工况的智能视频监控。目前，拟应用在转子螺栓松动、磁极线圈开匝、磁极引出线变形、定子端部松动等视觉识别项目。针对不同的应用场景，要求相机具有高速成像、防电磁干扰、防油雾等要求。在图像识别领域，需借助工况数据，采用人工智能数据分析挖掘技术，分析图像视频与健康样本之间的差异。
1.3 无线压力、液位、温度智能型传感器。
有源无线传输智能型传感器可对压力、液位、温度进行连续在线监测，可通过GPRS、NB-IOT、4G、433MHZ、LORA通信将实时的监测数据和报警状态传到远程监测系统。支持远程配置，上下阈值设置。具备一定的数据存储功能。支持一键连接，二维码扫描快速登录监测系统，实时监控。供电方式一般采用内置3.6V锂电池，电池寿命18个月～5年，具体寿命根据采样的频率不同而有差异。空旷下无线传输距离最远可达1000米，在电厂等复杂现场可考虑增加无线中继器，以确保信号传输的稳定性。无线传感系统架构图如图1所示。通过配置无线数据网关采集无线变送器的数据，然后通过以太网传输到本地服务器，进行统一管理、分析，并可将服务延伸到移动客户端。
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图1 无线传感系统架构图
无线传感变送器目前拟应用于电厂现场，替代那些不参与保护的温度、压力、液位等传统型测量传感器。对业主来说，可减少电缆的敷设，使系统更加简单，且方便运行人员的管理，降低了电厂维护、管理成本。目前该技术主要应用在消防、管网、库房等领域，但在电厂这种具有复杂电磁干扰的工业现场的应用还没有业绩，无线传输的稳定性，丢包率等问题还还需进一步测试论证。
1.4 红外测温技术
对于电站高压部件，如开关柜、开关刀闸、发电机出线套管等，以及机组旋转部件，如发电机磁极、集电环等，宜采用非接触式测温，红外测温技术是一种应用比较广泛的非接触式测温手段。红外测温又可分为红外探头、红外热像仪。红外探头适用于点测温，红外热像仪适用于面测温。红外热像仪可输出温度监控画面，同时可输出被测点的最高温度、平均温度等数据，通过软件可实现数据管理、趋势管理等功能。还可结合工况数据，比如功率、电流等进行综合分析，判断当前健康状态。对于不同的被测对象材质及温度范围，需根据其红外波长选择合适的红外热象仪或红外探头，并根据被测对象的辐射率进行参数调整，以保证测温精度。通常，普通红外热象仪测量波长范围为7～14μm。被测对象的红外波长越短，辐射率越低，测量的难度越大，准确测量的成本也越高。部分表面光滑的金属材质，当温度在200℃以下，其波长很短，且辐射率特别小，很难准确测量其表面温度，可通过在其表面进行喷涂处理，增大辐射率，再进行红外温度测量。普通红外探头的成本较热像仪低，但对于金属低温部件，由于需选用短波长的红外探头，其成本与红外热像仪相当。红外热像仪也有适用于运动场合使用的高速相机，在环境温度较高的场合，为保证红外热像仪的测温准确性，一般需考虑冷却风扇。红外热像仪的使用环境，一般不超过70℃。
1.5 超声波技术
螺栓的健康状况，直接影响到机组的运行安全。目前缺乏一种有效的实时监测手段，对高强度螺栓进行安全监测。超声波测力技术，通过在螺栓头部贴超声波探头，用耦合胶固定，用超声波信号发生采集装置发射一定频率的超声波信号，测量超声波信号的传播时间，计算在螺栓变形前后的声时差，从而算出螺栓的应变和应力。通过实时监测螺栓预紧力，从而可判断螺栓预紧力变化趋势，指导运维检修。目前该技术拟应用于水轮机顶盖螺栓轴力监测、汽轮发电机定子端部螺栓监测等领域。此外，超声波技术还可应用于测距、测厚等。
2 目前监测新技术应用的难点及解决办法
机组运行时，周围环境复杂，电磁干扰、电磁屏蔽、金属阻挡等会影响无线传输的质量，数据丢包率较高等问题亟需解决。无线传感技术还未大规模应用，目前主要使用在电网、消防、管网、智慧园区等领域，电站应用业绩几乎为零。若要投入使用，需进行模拟现场环境测试。在图像识别领域，目前还需人工智能数据分析挖掘技术在具体应用场景落地，特别是在高速旋转、全黑等场景下的视觉识别技术应用。监测新技术纷繁复杂，不同的技术对应不同的专业领域，只有在我们完全理解、掌握该技术的基础上，我们才能结合我们自己的应用场景，开展相应的监测技术应用开发。
通常，无线变送传感器，其采样频率5秒时，在常温下电池寿命最高可达到3年。而我们的电厂DCS测点其采样频率一般为1秒，再加之现场恶劣的工作环境，那么其电池寿命恐怕不到半年。若传感器采用有线传输，将采集装置放到发电设备现场，然后通过无线传输将数据传回集控中心，但是现场复杂的环境，对采集装置的稳定性及寿命又将是很大的考验。所以可先行规划在一些采样频率要求较低的测点上进行试点，通过现场环境的测试使用，与传感器厂家共同研究提高电池使用寿命的方法，最后再大规模投入到电厂，升级传感监测设备。对业主来说，要大面积升级原来传统的与传感器采集设备相关DCS硬件设备，也必须具有足够的说服力才行。
3 全面感知新技术应用落地
要促成全面感知新技术尽快应用在电站落地，需从以下几个方面着手开展工作，总结如下：
1、需多加走访调研，与电厂或监测技术厂家沟通交流，掌握先进的监测技术，以及该技术目前应用情况，可进一步推广应用的领域；了解电厂对目前机组监测方面有哪些迫切的需求，探讨初步的实现方案及可实施性。
2、从机组设备状态评估机理出发，与监测技术厂家、电厂合作探讨将新的监测技术应用于发电设备的可能性，并进行相关研究、论证工作。
3、需对接智慧电厂规划及项目要求，探索相关领域监测技术的应用开发，全力实现智慧电厂全面感知能力。结合红外测温、无线测温、集电环碳刷监测及自动投退、螺栓松动监测、视觉识别、水轮发电机转子智能装配等项目，不断寻求传感监测技术的突破，不断积累实际应用开发经验。
4 总结及展望
随着智能型电站建设的不断深入、普及，对全面感知层面的需求将越来越迫切，因为只有使机组的感知水平达到一定程度，才能真正建立机组的多维度、全工况指纹数据，从而在实际运行中为机组的智能诊断、智慧决策提供数据支撑，最终提高机组运行的可靠性及经济性，提高电站运维的便利性。
参考文献
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