基于新興信息技術的燃氣燃煤機群監(jiān)測診斷私有云平臺 ——數智電力-領略數字醫(yī)生的智慧診斷
一、項目概況
本項目采用物聯網、邊緣計算、私有云等新興信息技術，對燃煤和天然氣發(fā)電機組機群運行狀態(tài)進行監(jiān)測、分析與診斷、預測性維護等工作。項目全面提升了中國大唐集團火力發(fā)電機群的集約化、精益化、標準化管理水平，通過私有云平臺實現中國大唐集團燃氣燃煤機組的全生命周期管理。促進發(fā)電行業(yè)與“互聯網+”、云計算、大數據的混合運用，帶動管理思想、管理模式變革。消除了區(qū)域、行業(yè)及企業(yè)間的壁壘，為國家能源行業(yè)生產運營提供新探索與借鑒。
1. 項目背景
當前信息通信技術對中國發(fā)電行業(yè)的貢獻價值正處于量變到質變的關鍵節(jié)點。在全球新一輪科技革命和產業(yè)變革中，互聯網與發(fā)電行業(yè)融合發(fā)展具有廣闊前景和無限潛力。推動供給側結構性改革，深入推進“互聯網+先進制造業(yè)”，加快建設和發(fā)展工業(yè)互聯網，推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合，已成為不可阻擋的時代潮流。
當前，電力行業(yè)對信息新技術與發(fā)電技術的融合認識不清晰、探索不系統(tǒng)，電廠大量數據未被深度挖掘、有效的利用，存在較為嚴重的數據壁壘；燃機數據的集成、分析和管理技術相對落后，發(fā)電機組起停率和故障率較高，影響機組性能與可靠性。針對這些問題，大唐集團同步采用物理模型和數學模型，建立了功能完善、覆蓋范圍廣的燃機機群監(jiān)測診斷分析平臺，并首次實現了設備故障預警和廠級性能優(yōu)化的有機融合。
2. 項目簡介
監(jiān)測診斷私有云平臺采用企業(yè)內網絡改造解決方案，混合應用工業(yè)以太網、邊緣-中心計算等方法，實現電力生產的遠程診斷、傳感器監(jiān)控、管理系統(tǒng)等要素的互聯互通。基于企業(yè)專線網絡的私有云平臺實現多個廠區(qū)的信息共享；利用云計算技術打破設備物理邊界，構建設備數字邊界，專注于機組機群的智能監(jiān)測診斷和預測性維護。實現了6家電廠、13臺機組240余臺設備的集中在線監(jiān)視診斷，為燃機機群全生命周期提供故障預警、性能分析和運行優(yōu)化指導，大幅提高機組機群可靠性，優(yōu)化運行經濟性，有力地提升了燃煤燃氣機群的管控能力。
3. 項目目標
目前電力行業(yè)電廠大量數據未被深度挖掘、有效的利用，存在較為嚴重的數據壁壘；燃機數據的集成、分析和管理技術相對落后，發(fā)電機組起停率和故障率較高，影響機組性能與可靠性。針對這些問題通過企業(yè)內網絡改造解決方案，采用工業(yè)以太網、邊緣-中心計算等方法，構建燃氣燃煤機群監(jiān)測診斷私有云平臺。
二、項目實施概況
項目以大型發(fā)電集團的自動化、數字化、信息化為基礎，通過綜合應用工業(yè)互聯網+、云計算、邊緣計算、網絡審計準入等新興信息技術，實現對6家電廠13臺機組240余臺主輔設備的狀態(tài)性能進行不間斷監(jiān)視分析與診斷。應用系統(tǒng)涵蓋安全生產、故障預警、熱效率計算、集成事件管理等發(fā)電企業(yè)主要資源，符合國家智慧電力的產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，為建設集團級智能發(fā)電模式做出了開拓性探索，系統(tǒng)應用價值巨大、市場空間廣闊，經濟效益和社會效益十分顯著。
1. 項目總體架構和主要內容
（1）系統(tǒng)架構設計
系統(tǒng)架構采用四層網絡架構，分別是感知層、網絡層、應用層和用戶層。感知層有多種傳感器構成，監(jiān)視設備包括電廠6KV以上的主要設備，主要包括，燃機、冷凝器、余熱鍋爐、輔機、汽輪機、發(fā)電機、冷卻塔和關鍵電氣設備。
網絡層是為感知層信息的匯聚、集成、傳遞和控制提供支持，同時為數據中心物聯網人機通訊交流提供信息平臺。為了提高網絡安全等級，監(jiān)測診斷中心網絡數據抽取采用單向光閘，使得數據只能從生產現場傳輸到數據中心，外部網絡無法傳輸信息到生產區(qū)域。同時部署堡壘機、安全準入系統(tǒng)，提高網絡系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
應用層是物聯網和用戶層的交互結構，它與電力數據監(jiān)測診斷的需求結合，可實現物聯網智能應用。
用戶層主要是數據中心面向的信息輸出對象，主要包括各個電廠和中國大唐集團公司。對于單個電廠，數據中心輸出信息主要側重于設備故障、性能劣化和熱效率分析等信息。對于集團公司的服務更加側重于信息的集合和關鍵績效指標的匯報。
2. 網絡、平臺或安全互聯架構
（1）“云+端”的數據調度模式實現高時分辨數據的運算存儲在燃氣燃煤機群監(jiān)測診斷中心，通過數據指令調取各電廠分布存儲的生產實時/歷史數據，根據建立的診斷預測數據模型完成診斷分析和預測計算，實現中心計算。項目研發(fā)了邊緣-中心計算，利用高效的壓縮性能和壓縮時間，快速響應高速數據，實現邊緣計算；項目研發(fā)了分布-集中存儲，實現對海量生產實時數據秒級間隔的分布存儲。
（2）橫向隔離縱向加密的私有云網絡安全架構電力數據監(jiān)視診斷云平臺采用私有云架構，利用企業(yè)網絡專線，搭建集團公司私有云計算平臺。在各電廠的數據服務收集段，設置單項網絡橫向隔離裝置，提高生產區(qū)域的系統(tǒng)安全特性。
3. 具體應用場景和應用模式
通過6家電廠13臺機組的實時監(jiān)視，中心服務器和邊緣服務中收集數據信息。將數據收集和整理，進行運算，提高數據的可見性。針對不同設備問題，調配數據中心和現場邊緣運算能力，實現對不同類型設備故障的分級監(jiān)視和預測性維護。對于高時分辨率的數據采用邊緣計算方法，及時對設備情況進行反饋與報警。對于大數據量的長期趨勢數據，通過云端計算的方式進行故障預警與性能劣化分析。
中心對設備故障和狀態(tài)下降產生預警（分為5級），1、2級報警將直接通知各廠現場值長關注。3、4、5級報警我們通過數學模型與物理模型相結合進行分析，形成周報、月報、季報并以例會的形式與現場進行討論，給予電廠檢查維修建議，最終故障處理結果通過云平臺形成閉環(huán)管理。
4. 安全及可靠性
電力數據監(jiān)視診斷中心發(fā)展與應用在創(chuàng)造價值的同時，也面臨著復雜嚴峻的安全挑戰(zhàn)。數據中心每日存儲海量數據，這些數據都是來源于電廠機組運行的真實情況。作為重要能源支點，信息和網絡安全尤為重要。
私有云平臺采用企業(yè)專線與互聯網完全隔離。建立網絡認證系統(tǒng)，只有通過認證的用戶才可以使用燃機數據中心網絡，入侵檢測系統(tǒng)采用旁路部署，通過核心交換機將主干接口的數據流量鏡像到入侵檢測系統(tǒng)。入侵檢測系統(tǒng)對網絡傳輸的數據進行安全檢查，對存在的安全威脅進行報警。日志審計系統(tǒng)及數據庫審計系統(tǒng)可對相應的設備的系統(tǒng)日志和操作日志進行詳細的記錄。
三、下一步實施計劃
構建覆蓋全國的核心火電機組監(jiān)視網絡：逐步拓展燃機、燃煤機組監(jiān)視范圍和機組數量，發(fā)展為區(qū)域級的電力智能服務基地。以數字化技術為貫穿，構建覆蓋全國地區(qū)核心火電機組監(jiān)視網絡。完善區(qū)域級生產信息化核心平臺，集成管理信息數據和流程，初步形成領先的數字化智慧發(fā)電模式。
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進性及創(chuàng)新點
創(chuàng)新點1：提出了一種基于數據指令和云+端的數據調度模式，融合了分布-集中存儲、邊緣-中心計算方法，實現了高時分辨數據的快速存儲和計算。
提出了一種基于數據指令和云+端的數據調度模式（包括數據配置指令和數據調用指令），結合數據配置工具，通過數據目錄服務，實現燃機監(jiān)測與診斷中心對各電廠分布存儲的生產實時/歷史數據、集中存儲預測診斷中間計算數據的靈活調用，實現對數萬點的海量實時數據及中間計算數據進行秒級的快速讀取、存儲和計算。
創(chuàng)新點2：構建了燃機機群監(jiān)測診斷云平臺，實現全系統(tǒng)、全流程的知識創(chuàng)新管理。
項目構建了燃機機群預測診斷云平臺，通過建立集成管理系統(tǒng)，實現全系統(tǒng)、全流程的知識創(chuàng)新管理。已成功對接13臺燃煤和燃氣機組，240余臺主輔設備，實現了集團級的數據集成與共享。與電廠級信息化系統(tǒng)相比，平臺融合了大數據、人工智能以及互聯網+等領域的新技術與新理念，設計并構建一個覆蓋生產運營、性能及故障預警等各階段的數字化、信息化、智能化運營管控系統(tǒng)，實現發(fā)電機群的安全、經濟運行。
2. 實施效果
典型案例：有效防止機組非計劃性停運
報警概況：12月1日早上5點14分，中心報告設備異常，1號發(fā)電機1號軸Y軸位移增大，軸震增加快速升高，同時兩項參數上升幅度快速升高。5時19分數據中心發(fā)出報警(DCS未達到報警值)，1號發(fā)電機1瓦軸承金屬溫度由86.3℃快速升高至98℃，回油溫度由66.89℃升高至74℃，潤滑油壓由1.87bar升至2.21bar。
分析判斷：數據中心分析報警，利用智慧信號和監(jiān)視診斷系統(tǒng)分析多測點（溫度、震動、油壓等）變化趨勢和殘差變化判斷：1.潤滑油供油管路堵塞導致軸承供油短缺；2.供油管路供油短缺導致軸承震動突升；3.潤滑油供油管路堵塞導致軸承溫度升高；4.供油系統(tǒng)出現故障。
建議措施：1.通知電廠值班人員，注意加強供油系統(tǒng)監(jiān)視；2.請電廠考慮停機檢查；3.建議組織有關專家召開現場分析會；4.經專家組會議討論最終決定立即申請停機處理。
檢查結果：1號潤滑油過濾器出口第1個出口逆止閥，發(fā)現逆止閥半邊密封條脫落，造成供油管堵塞。
聲明
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