余道武

（浙江華業(yè)電力工程股份有限公司）

1 引言

現(xiàn)階段，許多電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無人值班的管理模式，但是由于技術(shù)、設(shè)備等方面的問題，這種管理模式實(shí)施得并不徹底，依然存在著管理成本高且效率低的問題。尤其是在設(shè)備檢修環(huán)節(jié)，需要打破固定思維模式，優(yōu)化調(diào)整檢修計(jì)劃管理，提高智能化檢修水平。在自動化監(jiān)測、遠(yuǎn)程診斷分析的基礎(chǔ)上，利用智能學(xué)習(xí)技術(shù)，挖掘海量數(shù)據(jù)中的隱藏關(guān)聯(lián)信息，可實(shí)現(xiàn)檢修方案的智能優(yōu)選，提高電站檢修的質(zhì)量和效率。

2 智能化技術(shù)在電站檢修中應(yīng)用的必要性

在傳統(tǒng)的電站檢修管理中，更多的是采用定期檢修模式，根據(jù)實(shí)際工作開展情況，報(bào)送檢修計(jì)劃，經(jīng)審批后予以執(zhí)行，這種管理模式存在著一定的弊端。比如，有些設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，如果按計(jì)劃進(jìn)行檢修，會降低電站發(fā)電能力，增加檢修成本，而有些設(shè)備存在較多缺陷，可能經(jīng)常會由于各種故障被迫停運(yùn)檢修，無法正常執(zhí)行發(fā)電和檢修計(jì)劃，從而形成更嚴(yán)重的故障損失。因此，定期檢修缺乏靈活性，不能根據(jù)電站實(shí)時(shí)運(yùn)行情況動態(tài)調(diào)整檢修工作，使管理單位處于被動地位，難以保證電站檢修的綜合效益。同時(shí)，隨著電站規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及管理模式的持續(xù)更新，對人員的綜合素質(zhì)要求越來越高，存在著人員數(shù)量不足、素質(zhì)跟不上需求的問題，經(jīng)常出現(xiàn)因人為因素產(chǎn)生的檢修安全事故，不但管理成本高，而且效率較低。采用智能化管理模式，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，能夠加快電站運(yùn)行管理的數(shù)字化、自動化、精細(xì)化水平，更加全面準(zhǔn)確地感知設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過聯(lián)合遠(yuǎn)程分析診斷，作出科學(xué)檢修決策，有效降低了對人員素質(zhì)的依賴，優(yōu)化了管理資源配置，確保電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)施智能檢修管理是行業(yè)發(fā)展的要求，也是技術(shù)設(shè)備升級的要求，能夠推動電站的提質(zhì)增效，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。

3 智能化技術(shù)在電站檢修中的具體應(yīng)用研究

3.1 智能巡檢技術(shù)

3.1.1 總體方案設(shè)計(jì)

采用智能巡檢技術(shù)，在常規(guī)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程巡屏的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建智慧巡檢系統(tǒng)，可以自動完成現(xiàn)場及設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)視工作，并生成巡檢報(bào)告，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，可以自動報(bào)警，給出處理決策。根據(jù)電站設(shè)備布置情況及巡檢要求，設(shè)計(jì)智能巡檢管理系統(tǒng)，主要包括智能感知系統(tǒng)、數(shù)據(jù)平臺服務(wù)器、智能監(jiān)視控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)等部分，其中，智能感知系統(tǒng)由巡檢機(jī)器人、設(shè)備傳感器、智能攝像機(jī)、聲音采集器等組成，數(shù)據(jù)平臺服務(wù)器布置在統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)則由交換機(jī)、無線AP 等設(shè)備組成。各感知設(shè)備能夠自動采集數(shù)據(jù)信息，統(tǒng)一存儲傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理平臺，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并報(bào)警，管理人員在移動終端就可以接收到相關(guān)信息。在人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的支持下，構(gòu)建巡檢標(biāo)準(zhǔn)模型，智能巡檢系統(tǒng)可以自動從數(shù)據(jù)中心拾取實(shí)時(shí)巡檢數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)與模型特征值對比分析，如果存在異常情況就會發(fā)送信號給管理人員，按照工作流程處理相關(guān)問題，實(shí)現(xiàn)智能巡檢的效果[1]。

3.1.2 具體設(shè)備監(jiān)控

在總體框架方案的基礎(chǔ)上，針對具體設(shè)備監(jiān)控進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)。以水電站智能巡檢為例，在水輪機(jī)室安裝設(shè)備傳感器、智慧攝像機(jī)、智能聲音采集器等裝置，攝像機(jī)可以360度自動轉(zhuǎn)動，全方位攝取圖像，智能巡檢系統(tǒng)可以根據(jù)聲音、圖像數(shù)據(jù)對比檢查是否存在管路滲漏、震動、異響等問題，校核位移傳感器位置，保證巡檢工作的正常開展。在水輪機(jī)室外配備智能巡檢機(jī)器人，拾取機(jī)組調(diào)速器、電機(jī)溫度、壓力表、閥門滲漏等圖像以及電機(jī)運(yùn)行聲音，用于巡檢系統(tǒng)的分析判斷。同樣，在發(fā)電機(jī)層、主變及電抗器平臺、出線場及GIS室、用電層及機(jī)旁盤層等設(shè)備也要配備相應(yīng)的智能巡檢機(jī)器人、智能攝像機(jī)，采集設(shè)備運(yùn)行圖像和聲音信息，實(shí)時(shí)判別各種設(shè)備的運(yùn)行異常狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)控巡檢的作用。

3.1.3 數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用

為了保證巡檢數(shù)據(jù)的順利傳輸，需要在電站內(nèi)各層布置無線路由，巡檢機(jī)器人、智能攝像機(jī)采集到的數(shù)據(jù)通過無線路由傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，在無線信號覆蓋前，可以通過光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通過智能巡檢應(yīng)用平臺，能夠制定、修改巡檢計(jì)劃，生成巡檢報(bào)告，設(shè)置巡檢點(diǎn)表、巡檢頻次、巡檢路徑，監(jiān)控巡檢點(diǎn)狀態(tài)，利用不斷完善的設(shè)備特征模型，實(shí)時(shí)判斷分析設(shè)備狀態(tài)，對異常情況作出聲光報(bào)警，向移動端發(fā)送信息。根據(jù)實(shí)際工作需求，做好智能巡檢平臺登錄及控制權(quán)限管理，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，對于發(fā)現(xiàn)的巡檢異常點(diǎn)，可以通過控制巡檢感知設(shè)備重點(diǎn)監(jiān)視，加密巡檢頻次，提高巡檢工作的質(zhì)量和效率[2]。

3.2 智能檢修技術(shù)

3.2.1 遠(yuǎn)程診斷檢修

遠(yuǎn)程診斷檢修系統(tǒng)主要是通過采集、讀取統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺中的自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用模型識別、特征計(jì)算等分析技術(shù)，實(shí)時(shí)掌握電機(jī)、變壓器等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，開展趨勢預(yù)測分析，根據(jù)預(yù)測結(jié)果作出技術(shù)診斷和維護(hù)決策，有針對性地進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化和維護(hù)消除。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)電站設(shè)備運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)模型分析，結(jié)合檢修計(jì)劃安排和設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，構(gòu)建機(jī)組狀態(tài)檢修決策方案，調(diào)整常規(guī)檢修計(jì)劃，有效節(jié)約檢修成本，提高電站運(yùn)行效率?；诖髷?shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、智能傳感器等技術(shù)應(yīng)用，打造由智能采集終端、傳感器設(shè)備、巡檢無人機(jī)、監(jiān)測機(jī)器人等構(gòu)成的自動監(jiān)測系統(tǒng)，全面采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，通過光纖通信和無線通信保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，同時(shí)，利用雙重供電模式，維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)該根據(jù)環(huán)境變化自動調(diào)整數(shù)據(jù)采集時(shí)間和頻率，并初步進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，在數(shù)據(jù)采集自動化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析智能化，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測和智慧診斷，以自動化監(jiān)測為基礎(chǔ)，集合信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、圖像識別等相關(guān)技術(shù)，基于互聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行在線監(jiān)測、模型分析、圖像分析。通過遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，不同角色能夠以不同權(quán)限進(jìn)入系統(tǒng)訪問控制，從而使各個層級都能掌控電站運(yùn)行管理情況，遠(yuǎn)程進(jìn)行檢修溝通決策，注重防火墻設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理的同時(shí)，保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)和關(guān)鍵信息的安全性，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和防御系統(tǒng)入侵。遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)能夠展示包括實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、機(jī)組設(shè)備數(shù)據(jù)、安全運(yùn)行天數(shù)等綜合信息，具備健康狀況分析、評價(jià)對比分析、決策歷史分析曲線等狀態(tài)監(jiān)測功能以及能效分析、效益優(yōu)化功能，并對設(shè)備狀態(tài)、檢修決策、檢修評價(jià)、檢修資料等方面進(jìn)行管理，利用檢修評估結(jié)果做出科學(xué)的實(shí)時(shí)檢修決策。

3.2.2 智能學(xué)習(xí)自修

機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能的核心技術(shù)，涉及多個領(lǐng)域、多門學(xué)科，研究計(jì)算機(jī)模擬、實(shí)現(xiàn)人類學(xué)習(xí)行為，通過不斷獲取新知識、新技能，組織完善系統(tǒng)知識結(jié)構(gòu)，改善系統(tǒng)自身性能，在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)能夠更加高效地獲取知識，而且朝著智能數(shù)據(jù)分析的方向發(fā)展，基于大數(shù)據(jù)挖掘、分析、處理的機(jī)器學(xué)習(xí)能夠獲得更為精準(zhǔn)的預(yù)測成果。除了在線監(jiān)測、遠(yuǎn)程診斷檢修功能的實(shí)現(xiàn)，充分利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，能夠深度學(xué)習(xí)不同工況和運(yùn)行方式下的電站設(shè)備維護(hù)檢修策略，通過模擬學(xué)習(xí)，獲取知識、技能，持續(xù)優(yōu)化改善系統(tǒng)自身性能，當(dāng)出現(xiàn)類似問題后，能夠自動完成故障診斷處理工作，實(shí)現(xiàn)有效的缺陷自愈效果。從某種角度上講，智能學(xué)習(xí)和設(shè)備自愈是遠(yuǎn)程診斷決策的高級階段，在智能系統(tǒng)與感知設(shè)備、現(xiàn)場機(jī)器人的協(xié)同作業(yè)下，可以及時(shí)解決電站生產(chǎn)運(yùn)行過程中相對簡單、頻繁發(fā)生的維護(hù)消除工作，比如，水電站中經(jīng)常出現(xiàn)的堵漏、疏排、緊固檢修作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)智能感知、分析、決策、執(zhí)行，盡可能減少人工檢修工作，避免因人工操作失誤導(dǎo)致的檢修事故[3]。

3.2.3 數(shù)字孿生大修

數(shù)字孿生技術(shù)充分利用了物理模型、傳感器采集、運(yùn)行歷史等渠道獲取的數(shù)據(jù)信息，集成了多學(xué)科、多概率、多尺度的仿真過程，能夠在虛擬空間中完成映射，反映對應(yīng)實(shí)體裝備的全生命周期過程，在智能建造領(lǐng)域應(yīng)用具有較高的關(guān)注度。利用數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行電站智能檢修具有一定的必要性和可行性，通過融合物理實(shí)體電站與數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能與應(yīng)用，可視化實(shí)時(shí)顯示電站運(yùn)行狀態(tài)，并對電站設(shè)備的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。創(chuàng)建數(shù)字孿生智能大修數(shù)字化管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)電站機(jī)組智能化檢修決策。首先，針對電站機(jī)組進(jìn)行實(shí)景重構(gòu)、數(shù)字孿生建模，根據(jù)電站構(gòu)成，應(yīng)用圖云匹配算法，研究紋理圖像與模型自動配置模式，構(gòu)建電站孿生場景，結(jié)合相關(guān)設(shè)備資料，應(yīng)用模型溯源技術(shù)，建立設(shè)備部件孿生體，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與模型的精準(zhǔn)映射，完成精細(xì)化建模。管理人員可以通過操控孿生模型實(shí)現(xiàn)設(shè)備現(xiàn)場及遠(yuǎn)程互動，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法和人工智能迭代更新模型數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電站設(shè)備的自動故障診斷、異常預(yù)警處理。其次，開展數(shù)字孿生智能檢修策劃，收集整理電站大修的各種資料，分析研究典型檢修案例，結(jié)合電站檢修流程數(shù)字孿生模型，構(gòu)建機(jī)組大修資源庫，打造檢修資源配置預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)電站檢修的全過程、全資源管控，在電站全景數(shù)字孿生模型的支持下，進(jìn)行電站檢修措施方案推演、大修風(fēng)險(xiǎn)推演、行車作業(yè)方案推演。評估各類推演方案，實(shí)現(xiàn)智能化優(yōu)選檢修作業(yè)方案的目的，并針對實(shí)際大修任務(wù)合理設(shè)計(jì)檢修作業(yè)項(xiàng)目，通過檢修作業(yè)仿真，動態(tài)展示檢修場景和實(shí)施要點(diǎn)，確保大修作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施。最后，根據(jù)檢修前后全景感知數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于機(jī)器學(xué)習(xí)的檢修效果評估模型，完善檢修評估指標(biāo)體系，全面真實(shí)地反映檢修效果，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)評估。另外，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享、協(xié)同運(yùn)維的效果[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，針對現(xiàn)階段電站管理存在的不足之處，加快技術(shù)變革十分必要，通過大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、信息模型、數(shù)字孿生等技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，能夠推動電站管理的智能化轉(zhuǎn)型。在電站巡檢過程中，運(yùn)用智能化技術(shù)，能夠自動發(fā)現(xiàn)異常情況，給出預(yù)警信號，降低人工巡檢工作強(qiáng)度，在設(shè)備檢修過程中，運(yùn)用智能化技術(shù)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)在線診斷和遠(yuǎn)程協(xié)同決策，而且能夠通過智能學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備自愈，利用數(shù)字孿生技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全息感知與管理，為智能化檢修決策提供支持。