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一、項目概況

本項目采用物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、私有云等新興信息技術(shù)，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(xiàn)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(lián)網(wǎng)+”、云計算、大數(shù)據(jù)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(chǎn)運營提供新探索與借鑒。
1. 項目背景
當前信息通信技術(shù)對中國發(fā)電行業(yè)的貢獻價值正處于量變到質(zhì)變的關(guān)鍵節(jié)點。在全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，互聯(lián)網(wǎng)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(cè)結(jié)構(gòu)性改革，深入推進“互聯(lián)網(wǎng)+先進制造業(yè)”，加快建設(shè)和發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)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(shù)與發(fā)電技術(shù)的融合認識不清晰、探索不系統(tǒng)，電廠大量數(shù)據(jù)未被深度挖掘、有效的利用，存在較為嚴重的數(shù)據(jù)壁壘；燃機數(shù)據(jù)的集成、分析和管理技術(shù)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(shù)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(xiàn)了設(shè)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(nèi)網(wǎng)絡(luò)改造解決方案，混合應用工業(yè)以太網(wǎng)、邊緣-中心計算等方法，實現(xiàn)電力生產(chǎn)的遠程診斷、傳感器監(jiān)控、管理系統(tǒng)等要素的互聯(lián)互通。基于企業(yè)專線網(wǎng)絡(luò)的私有云平臺實現(xiàn)多個廠區(qū)的信息共享；利用云計算技術(shù)打破設(shè)備物理邊界，構(gòu)建設(shè)備數(shù)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(xiàn)了6家電廠、13臺機組240余臺設(shè)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(jīng)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(shù)據(jù)未被深度挖掘、有效的利用，存在較為嚴重的數(shù)據(jù)壁壘；燃機數(shù)據(jù)的集成、分析和管理技術(shù)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(nèi)網(wǎng)絡(luò)改造解決方案，采用工業(yè)以太網(wǎng)、邊緣-中心計算等方法，構(gòu)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(shù)字化、信息化為基礎(chǔ)，通過綜合應用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+、云計算、邊緣計算、網(wǎng)絡(luò)審計準入等新興信息技術(shù)，實現(xiàn)對6家電廠13臺機組240余臺主輔設(shè)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(chǎn)、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(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，為建設(shè)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(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。
1. 項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
（1）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計
系統(tǒng)架構(gòu)采用四層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應用層和用戶層。感知層有多種傳感器構(gòu)成，監(jiān)視設(shè)備包括電廠6KV以上的主要設(shè)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(guān)鍵電氣設(shè)備。
網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)中心物聯(lián)網(wǎng)人機通訊交流提供信息平臺。為了提高網(wǎng)絡(luò)安全等級，監(jiān)測診斷中心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)抽取采用單向光閘，使得數(shù)據(jù)只能從生產(chǎn)現(xiàn)場傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，外部網(wǎng)絡(luò)無法傳輸信息到生產(chǎn)區(qū)域。同時部署堡壘機、安全準入系統(tǒng)，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
應用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶層的交互結(jié)構(gòu)，它與電力數(shù)據(jù)監(jiān)測診斷的需求結(jié)合，可實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)智能應用。
用戶層主要是數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心輸出信息主要側(cè)重于設(shè)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(wù)更加側(cè)重于信息的集合和關(guān)鍵績效指標的匯報。

2. 網(wǎng)絡(luò)、平臺或安全互聯(lián)架構(gòu)
（1）“云+端”的數(shù)據(jù)調(diào)度模式實現(xiàn)高時分辨數(shù)據(jù)的運算存儲在燃氣燃煤機群監(jiān)測診斷中心，通過數(shù)據(jù)指令調(diào)取各電廠分布存儲的生產(chǎn)實時/歷史數(shù)據(jù)，根據(jù)建立的診斷預測數(shù)據(jù)模型完成診斷分析和預測計算，實現(xiàn)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(shù)據(jù)，實現(xiàn)邊緣計算；項目研發(fā)了分布-集中存儲，實現(xiàn)對海量生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)秒級間隔的分布存儲。
（2）橫向隔離縱向加密的私有云網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)電力數(shù)據(jù)監(jiān)視診斷云平臺采用私有云架構(gòu)，利用企業(yè)網(wǎng)絡(luò)專線，搭建集團公司私有云計算平臺。在各電廠的數(shù)據(jù)服務(wù)收集段，設(shè)置單項網(wǎng)絡(luò)橫向隔離裝置，提高生產(chǎn)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(wù)器和邊緣服務(wù)中收集數(shù)據(jù)信息。將數(shù)據(jù)收集和整理，進行運算，提高數(shù)據(jù)的可見性。針對不同設(shè)備問題，調(diào)配數(shù)據(jù)中心和現(xiàn)場邊緣運算能力，實現(xiàn)對不同類型設(shè)備故障的分級監(jiān)視和預測性維護。對于高時分辨率的數(shù)據(jù)采用邊緣計算方法，及時對設(shè)備情況進行反饋與報警。對于大數(shù)據(jù)量的長期趨勢數(shù)據(jù)，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(shè)備故障和狀態(tài)下降產(chǎn)生預警（分為5級），1、2級報警將直接通知各廠現(xiàn)場值長關(guān)注。3、4、5級報警我們通過數(shù)學模型與物理模型相結(jié)合進行分析，形成周報、月報、季報并以例會的形式與現(xiàn)場進行討論，給予電廠檢查維修建議，最終故障處理結(jié)果通過云平臺形成閉環(huán)管理。

4. 安全及可靠性
電力數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心每日存儲海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)安全尤為重要。
私有云平臺采用企業(yè)專線與互聯(lián)網(wǎng)完全隔離。建立網(wǎng)絡(luò)認證系統(tǒng)，只有通過認證的用戶才可以使用燃機數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，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(shù)據(jù)流量鏡像到入侵檢測系統(tǒng)。入侵檢測系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫審計系統(tǒng)可對相應的設(shè)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(gòu)建覆蓋全國的核心火電機組監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)：逐步拓展燃機、燃煤機組監(jiān)視范圍和機組數(shù)量，發(fā)展為區(qū)域級的電力智能服務(wù)基地。以數(shù)字化技術(shù)為貫穿，構(gòu)建覆蓋全國地區(qū)核心火電機組監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)。完善區(qū)域級生產(chǎn)信息化核心平臺，集成管理信息數(shù)據(jù)和流程，初步形成領(lǐng)先的數(shù)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(shù)據(jù)指令和云+端的數(shù)據(jù)調(diào)度模式，融合了分布-集中存儲、邊緣-中心計算方法，實現(xiàn)了高時分辨數(shù)據(jù)的快速存儲和計算。
提出了一種基于數(shù)據(jù)指令和云+端的數(shù)據(jù)調(diào)度模式（包括數(shù)據(jù)配置指令和數(shù)據(jù)調(diào)用指令），結(jié)合數(shù)據(jù)配置工具，通過數(shù)據(jù)目錄服務(wù)，實現(xiàn)燃機監(jiān)測與診斷中心對各電廠分布存儲的生產(chǎn)實時/歷史數(shù)據(jù)、集中存儲預測診斷中間計算數(shù)據(jù)的靈活調(diào)用，實現(xiàn)對數(shù)萬點的海量實時數(shù)據(jù)及中間計算數(shù)據(jù)進行秒級的快速讀取、存儲和計算。
創(chuàng)新點2：構(gòu)建了燃機機群監(jiān)測診斷云平臺，實現(xiàn)全系統(tǒng)、全流程的知識創(chuàng)新管理。
項目構(gòu)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(xiàn)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(shè)備，實現(xiàn)了集團級的數(shù)據(jù)集成與共享。與電廠級信息化系統(tǒng)相比，平臺融合了大數(shù)據(jù)、人工智能以及互聯(lián)網(wǎng)+等領(lǐng)域的新技術(shù)與新理念，設(shè)計并構(gòu)建一個覆蓋生產(chǎn)運營、性能及故障預警等各階段的數(shù)字化、信息化、智能化運營管控系統(tǒng)，實現(xiàn)發(fā)電機群的安全、經(jīng)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(shè)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(shù)上升幅度快速升高。5時19分數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(guān)專家召開現(xiàn)場分析會；4.經(jīng)專家組會議討論最終決定立即申請停機處理。
檢查結(jié)果：1號潤滑油過濾器出口第1個出口逆止閥，發(fā)現(xiàn)逆止閥半邊密封條脫落，造成供油管堵塞。