摘要：火力发电机组不断向高参数大容量发展，自动化水平不断提高，运行特性也日益复杂化，同时发电设备的现代化管理提出了对设备健康管理的要求。本文针对远程故障诊断技术在传统发电领域的现状，依托榆能横山煤电2×1000MW发电机组远程诊断分析系统，搭建远程诊断分析平台，实现远程诊断分析，保证机组安全、可靠、经济和优化运行。实现电机运行参数监测，通过对历史数据的分析，实现故障预判，研究改进措施，提高设备性能。确定合理的维护、改造时机，通过各运行参数的调整，提高机组主要负荷区域的经济性；提供启动和维保建议，延长机组使用寿命。
关键词：远程诊断；分析平台；信息管理；优化运行；定期维护
中图分类号： 文献标志码：
Application and Research of Remote Diagnosis and Analysis System Based on Thermal Power Plant
Bai aiping
(Shaanxi Yulin Energy Group Hengshan Coal and Electricity Co., Ltd., Yulin 719000,China)
Abstract：With the continuous development of thermal power units to high parameters and large capacity, the level of automation is constantly improving, and the operation characteristics are becoming more and more complex. At the same time, the modern management of power generation equipment puts forward the requirements for equipment health management. Aiming at the present situation of remote fault diagnosis technology in the field of traditional power generation, relying on the remote diagnosis and analysis system of Yuneng Hengshan Coal-fired Power 2*1000MW generating set, this paper builds a remote diagnosis and analysis platform to realize remote diagnosis and analysis, and to ensure the safe, reliable, economic and optimal operation of the unit.
Key words：Remote Diagnosis; Analysis Platform;Information Management;Optimized Operation, Periodic Maintenance
0引言
火电厂越来越注重降本增效，尽可能的减少非停的次数，机组尽可能的长期安全稳定运行都是火电厂追求的目标。目前维修服务往往采用的是故障事后维修，需要机组专业技术人员带着测试仪器赶到现场进行测量、分析和故障诊断工作，没有历史数据可以参考[1]。机组状态监测和故障诊断成为是备受重视的方向[2]。通过远程诊断分析系统的建设能够对机组运行过程中的主要运行参数进行监测，通过对监测数据的大数据挖据，在技术专家的支持下，将有助于提前发现故障源，对运行和检修提出针对性建议和意见，使其检修工作更具有计划性、目的性，进而达到实实在在的检修效果，保障机组的安全、经济运行[3-4]。该研究可为火电厂越来越注重降本增效，机组尽可能的长期安全稳定运行提供可行性的参考意义。
1.榆能横山煤电设备概况及主要系统特点
主设备概况: 本工程锅炉、汽轮机、发电机均采用东方电气股份有限公司产品的设备。锅炉：高效超超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、前后墙对冲燃烧、全钢构架悬吊结构锅炉。 汽机：高效超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压、间冷凝汽式汽轮机、八级回热抽汽，3号高加设置外置式蒸汽冷却器。给水泵汽轮机排汽进入主机。发电机：3 相同步，转子及定子铁芯氢冷，定子线圈水冷，静止自并励。
本工程主设备具备特点：①电厂运行过程中满足对设备厂商的技术服务以及维修服务的迫切需求；②能够远程诊断及全生命周期维护系统方案实现备品备件中心库的运作；③通过远程诊断及全生命周期维护系统方案的实施能够由主机厂商对设备维护，结合电厂设备全生命周期服务的理念、平台搭建和电厂需求，主要系统建设如表1所示：
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2.系统建设目标
本文是以榆能横山煤电2×1000MW发电项目为建设对象，建立火电厂远程诊断分析系统。以测试实际获取的数据为依据，进行统计分析。
2.1总体目标
通过远程诊断分析系统的建设能够对机组运行过程中的主要运行参数进行监测，通过对监测数据的大数据挖据，在技术专家的支持下，将有助于提前发现故障源，对电厂的运行和检修提出针对性建议和意见，使其检修工作更具有计划性、目的性，进而达到实实在在的检修效果，保障机组的安全、经济运行[5-6]。
2.2具体目标
发电机：实现远程故障分析，运行维护优化等；
汽轮机：实现振动故障分析，特性分析，运行优化等；
锅炉：实现锅炉系统故障预警，事后故障诊断，锅炉及其辅机系统运行优化等。
3.系统建设研究关键技术内容
3.1 整体设计方案
远程诊断分析系统通过在电厂侧设置前置服务器，从电厂SIS系统的数据库中读取诊断分析所需数据，前置服务器架设根据电厂SIS系统所在非控制区的安全防护要求，需遵循2级安全防护规范。数据传输采用VPN方式，并在东方电气侧建立远程数据中心，在该中心完成数据存储，数据应用，实现对火电机组运行状况的远程诊断分析的功能[7]。
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远程诊断分析系统结构如图1所示，其系统目标是：前置服务器能够安全稳定的抓取电厂SIS系统数据库中所需数据；数据在前置服务器中进行简单处理以及缓存后，通过VPN专线向位于东方电气的远程数据中心传输数据，前置服务器应能够提供时间戳，支持断点续传的功能；远程数据中心负责数据的集中存储和共享，并逐步实现对数据高效分析和利用，远程数据中心的架构要具有先进性、扩展性强、性价比高的特点，能满足海量数据存储和处理需求。
3.2 数据采集
远程诊断分析系统中，电厂侧前置服务器的架设为整个系统提供数据来源，数据采集方案如图2所示：
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根据榆能横山煤电2×1000MW发电项目的特点，远程监测分析所需火电机组三大主机以及电厂辅机系统数据均接入SIS系统中，并且无需新增任何测点，故数据采集将直接由前置服务器从SIS系统开放的数据接口读取数据；并由前置服务器实现数据过滤、计算、标准化及缓存。
3.3数据传输
数据传输是跨地域的远程传输，对数据传输的安全性、可靠性要求较高。数据传输可采用SDH专线、VPN线路和Internet主要三种模式实现。
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SDH专线模式其特点是传输质量高、信道利用率高、传输速率高、网络延时小、网络运行管理简便等，数据传输速率从2M到1G以上都能支持。VPN线路在公用网络上建立专用网络，进行加密通讯，其特点是成本低，在企业网络中有广泛应用，可作为本方案的推荐使用技术。Internet传输其特点是成本低、部署简单，但安全性、可靠性差[8]。根据上述描述，本系统最终采用采用IPSec VPN，技术实现简单，性价比高。
3.4 数据存储管理
火电机组远程数据的来源、类型、格式、级别、用途等都各不相同，需要构建统一的数据管理系统来对数据资源进行管理，以方便进行数据展示、授权、共享、查询等技术和业务方面的应用。电厂远程监测与分析系统会产生大量结构化和非结构化的数据，需要实现有效的数据统一管理，面临的关键技术问题包括：元数据（Metadata，主要是描述数据属性（property）的信息，用来支持如指示存储位置、历史数据、资源查找、文件记录等功能）管理的一致性保障策略，分布式环境下元数据可能存在多个副本，许多元数据请求可能涉及多台元数据服务器，将通过规划基于主节点的元数据缓存架构，实现了多副本元数据的更新策略[9-10]。
异构数据存储管理技术，数据存储平台对于数据的存储与处理，需要给上层应用提供高效的数据访问接口快速存取TB甚至PB量级的数据，并且对数据处理的实时性、有效性提出更高要求，传统的信息化数据存储技术已经无法应对这些挑战。大数据技术给存储系统带来三个方面挑战：一、存储规模大，通常达到PB甚至EB量级；二、存储管理复杂，需要兼顾结构化、非结构化和半结构化的数据；三、数据服务的种类和水平要求高。本次方案将通过研究大数据平台下存储技术，包括：分布式缓存、基于MPP的分布式数据库、基于Storm实时流数据库、基于HDFS分布式文件系统、各种NoSQL分布式存储方案最终实现异构数据的统一管理。
3.4.1数据分析与处理
传统意义上的数据分析主要针对结构化数据展开，且已经形成了一整套行之有效的分析体系。首先利用数据库来存储结构化数据，在此基础上构建数据仓库，根据需要构建数据立方体进行联机分析处理。对于从数据中提炼更深层次的知识的需求促使数据挖掘技术的产生，并发明了聚类、关联分析等一系列在实践中行之有效的方法。这一整套处理流程在处理相对较少的结构化数据时极为高效。但在大数据平台架构中除了结构化数据外，还会存在大量的半结构化和非结构化数据，需要针对半结构化和非结构化数据运行全新的分析技术进行高效数据分析处理。
3.4.2资源统一管理和调度
在火电机组远程诊断与分析系统的资源管理和调度，不再局限于只支持单一的通用的大数据分析处理系统架构一种计算框架，而是朝着对多种框架进行统一管理的方向发展，主要包括：迭代式计算框架、高性能内存计算框架，在线流式计算框架等。本方案需要研究并构建支持多种计算框架通用的资源调度体系，为不同的并行化计算提供资源分配服务。
资源调度是根据一定的资源使用规则，在不同资源使用者之间进行资源调整的过程．不同的计算任务对应着不同的资源使用者，每个计算任务在集群节点上对应于一个或多个进程（或者线程）．资源调度的目的是将用户任务分配到合适的资源上，使得在满足用户需求的前提下，任务完成时间尽量小，且资源利用率尽量高。资源调度最终要实现时间跨度、服务质量、负载均衡、经济原则最优的目标．由于不同资源管理调度系统的架构不同，资源的管理和调度没有统一标准，需要针对实际需求情况来选择资源调度模型和制定标准。
3.4.3数据应用
针对远程诊断分析系统的大数据应用，实现电厂机组全生命周期的健康管理、机组的优化运行、有针对性的专家系统支持、备品备件管理等，这些应用需求已成为当前十分重要的研究课题。通过对电厂业务数据的分析挖掘，智能地获取的数据指标，可以利用统一门户，可通过统一简洁的界面，直观的获得各种实时和历史信息以及分析预报的结果，以帮助电厂正确理解和应用分析成果。
本系统提出了一种基于大数据技术的远程诊断分析系统的数据中心架构，能促进东方电气大数据在获取、管理、应用方面的能效提升。分布式文件系统、实时数据处理组件的引入，可满足当前及未来多源、多结构的数据存储和处理的需求，而以 MapReduce 为代表的大数据处理技术，可突破传统数据分析的视角，以截然不同的方式分析海量数据。
作为装备制造企业利用自身储备的大量技术专家，结合数据挖掘技术，可对装备运行状态故障进行更加准确定位分析；对装备部件寿命进行估算，降低设备因部件损坏导致的非正常停机；未来还将能够为装备运行提供优化建议和意见等一系列装备全生命周期运维服务。
4.实现效益
本系统结合榆能横山煤电2×1000MW机组建设的实际，提升了机组运行的安全性、经济性和稳定性，达到以下效果：减轻锅炉积灰及沾污，提高锅炉性能；减少制粉系统风粉偏差，降低锅炉热偏差；减轻预热器积灰及沾污，提高预热器性能。实现汽轮机振动异常波动监视，快速分析、诊断振动故障，缩短机组故障处理时间，确保机组振动符合运行要求。实现油动机DEH等设备的运行参数监测，进行数据分析，快速定位故障，实现故障快速预警。实现电机运行参数监测，通过对历史数据的分析，实现故障预判，研究改进措施，提高设备性能。确定合理的维护、改造时机，通过各运行参数的调整，提高机组主要负荷区域的经济性；提供启动和维保建议，延长机组使用寿命。
参考文献
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