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关于水电机组控制设备远程运营维护系统研究与实践

来源:www.timetimetime.net 时间:2019-10-10 编辑:成长

1研究现状

水力发电机组是高度复杂的非线性旋转机械设备系统,通过液压,机械和电气耦合。它受许多因素的影响,其故障通常具有复杂性,相关性,时延和不确定性。复杂的结构和部件的高度集成使水力发电机组本能地运行的故障率很高,并且故障类型也很复杂。在实际生产中发生的故障也多种多样,并且故障以不同的形式表现出来。诊断中的每个循环(包括信号采集,降噪处理,特征提取和故障模式识别)对其状态监视和故障诊断结果都具有至关重要的影响。因此,有效识别机组的故障类型并及时处理故障是当今水电领域的重点。水电机组状态监控和故障诊断也一直是电力行业的热点。当前,中国水电机组远程监测与诊断技术的研究,开发和实施正在迅速发展。近几十年来,许多专家学者对该领域进行了广泛的探索和深入的研究,并取得了许多成果,但是要建立一个非常完整,实用的水电机组远程监测与诊断系统还有很长的路要走。要走的路,我们仍然需要每个人共同努力。

随着水力发电技术的进步和水力资源的不断发展,水力发电厂正朝着自动化,信息化和智能化的方向发展。作为水力发电厂的核心设备,水力发电厂也正在变得越来越大,越来越精确。自动化,集成和复杂性正在发展。随着水电在电网中的比重的增加,水电机组的安全运行不仅关系到水电厂本身的安全,而且也影响着电网的安全。因此,水力发电机组的安全性受到高度重视。为了保证水力发电机组和电网的安全稳定运行,确保人员安全,提高发电效率,必须对水力发电机组进行合理的维护和检修。从长远来看,水电机组,特别是机电控制设备的远程在线运行和维护。这是控制水电机组安全的唯一途径。

第二单元设备的现状与发展方向

目前,水力发电机组设备的一般状况为:

(1)设备安装的地理分布不集中,不能保证实时的技术服务和维护。

(2)设备维护成本过高,服务质量受到现场人员技术水平的限制,因此不能保证服务质量。

(3)单元设备的运行状态不能有效,充分地利用日益广泛使用的Internet工具进行远程专家咨询。

(4)设备制造商尚未建立完整的设备运行数据库,无法利用大数据分析进行技术和质量跟踪,从而延迟了设备改进时间。也就是说,水电装备生产的新产业形式无法形成,也不能转化为“互联网+”转型。

如今,对于大多数设备制造商而言,增加的生产成本,较低的技术门槛,激烈的市场竞争以及及时有效的售后服务响应已成为赢得市场的重要手段。但是,传统的售后服务技术手段使得一旦设备或系统出现故障,专业工程师就会到达客户现场进行设备维护,这不可避免地会花费大量的人工和时间成本,间接导致设备的增加。或系统成本。因此,为客户提供更快的服务,减少客户损失并最小化运行和维护成本,使远程诊断和维护工具成为客户和服务提供商迫切的问题。至此,水电机组远程运维系统的研究迫在眉睫。由于水电站计算机监控系统通常在机组的近端仅具有单站监控功能,因此它们中的大多数不具有同时跨地理区域的多个站的远程监控功能。随着智能制造,云计算,大数据,物联网,“ Internet +”等革命性技术的发展,以及《国务院关于积极推进“互联网+”联行动的指导意见》和《国家发改委、国家能源局关于促进智能电网发电的指导意见》文档的引入,水电站通常将基于“远程控制,很少人”。 “维护”的原则是经过设计和统一的。此时,将出现面向水力发电机组的远程运维系统,尤其是控制设备。

3远程运维系统的实现意义

(1)传统设备运维方式运维成本高,及时性低。建立水电机组控制设备的远程运维系统(以下简称系统),可以满足电站控制设备的远程监控,远程故障排除和远程控制。操作和控制的要求可以提高单位设备制造商和电站现场的设备调试效率和管理水平。双方的再投资很小,间接降低了设备制造商和电站的运营和维护成本。

(2)通过在设备的远端(如武汉长空公司)与最终客户之间建立一个交互平台,可以在平台上进行单元控制设备的调试,维护甚至培训,减少了繁重的工作设备现场调试和实时服务。而且效率也可以得到充分保证。

(3)通过该系统,可以互连多个设备,多个区域和多个专家。

(4)该系统没有任何与生态环境污染有关的问题。当水力发电机组设备出现故障时,可以使用远程实时监控设备进行现场维护,有效地使用Internet工具进行远程专家咨询可以节省时间并提高效率。发电机组利用率和水资源利用率也得到了提高。因此,它具有良好的经济,社会和生态效益。

(5)系统将促进水电厂提高运行管理水平,逐步完成智能电厂的建设目标。该系统代表了水电机组运行和维护的发展方向。

(6)目前,国内外尚无与水电机组控制设备远程运维系统有关的产品。它是水电装备制造业的一种新型产业形式。它的应用将为水力发电机组的运行和维护开辟新的模式,这符合国家政策,并加快了设备制造。向技术服务过渡和“ Internet +”转型的典型示例。

工业4.0时代带来的4个机遇

自进入新世纪以来,特别是近年来,信息技术一直与工业化融合,通过物联网,云计算和大数据等IT技术的应用,掀起了一场新的工业革命。中国共产党第十八次全国代表大会提出“:”,坚持走中国特色的新型工业化,信息化,城市化,农业现代化道路,促进信息化与工业化的深度融合。 “工业4.0”和中国的“二合一融合”战略具有很高的共性。两者的集成是实现工业4.0的基础。中文版的Industry 4.0等效于两者的集成。

总的来说,“ Internet +”是“ Internet +各种传统产业”,但这不是两者的简单结合,而是利用信息通信技术和Internet平台,使Internet与传统产业能够深度融合,创造新的发展生态,振兴传统产业。 “ Internet +”是在传统产业和新的Internet技术之间建立联系,使用Internet信息技术升级传统产业,并使传统的生产方法成为Internet。因此,我们将制定“互联网+”行动计划,积极开展工业4.0技术实践,将工业4.0引入水电机组控制设备制造行业,并利用“互联网+”设备制造商做好远程控制。电站机组控制设备的监视,诊断,操作和维护。而诸如技术服务等许多方面的推广和应用具有非常重要的现实意义。

水电设备制造业的利润微薄。依靠技术进步来降低成本,开拓市场和提高效率,它正成为越来越多传统水电设备制造商的自发选择。正是在这样的历史条件下,我们开发了“水电机组控制设备的远程运行和维护系统”。应该说,远程运维系统是随着“互联网+”,工业4.0等革命性技术的发展而产生的新概念和新技术。它由“准确,实时地操作和维护数据和信息”的通信平台支持。远程支持,信息化和工业化的深度集成是主要特征。

5水电机组控制设备远程运维系统

我们研究的“水电机组控制设备的水平运维系统”主要包括远程监控,远程控制,远程运行,远程诊断,远程维护,远程技术服务和远程培训。

5.1机组控制设备的状态

随着水电站自动化程度的逐步提高和管理体制改革的逐步实施,对机组的维护,运行和管理提出了更高的要求。作为水轮机调速器,发电机励磁等水力发电机组的主要控制设备,有必要实现远程运行和维护功能。在大型水电项目中,这种观点很容易达成共识。但是,中小型水电站,特别是农村水电站,常常被忽略。

据统计,1995年前,全国已建成农村水电站近5700座,近800万千瓦。由于当时的技术水平和经济条件的限制,早期建成的农村水电站的设备和设施老化,能源效率逐年下降。到了每年,不仅浪费了大量的水资源,影响了河流的生态环境,而且带来了许多潜在的安全隐患。国家水电绿色发展国家“十二五”规划和“十三五”规划,在国家资金支持下,促进了老水电站的效率和容量扩张。它不仅提高了水资源的利用效率,促进了节能减排,保护了河流生态环境,而且消除了潜在的公共安全隐患,使当地农民受益。因此,对中小型水电站机组控制设备的掌握和诊断倍受关注。

中小型水电站的装机容量小,基层组织少,技术和管理薄弱,对集成自动化提出了更高的要求。中小型水电站基层人员少,技术力量相对薄弱,任务繁重。一旦单元控制设备发生故障,就很难准确地找到故障的根源,甚至故障的描述也不一定是全面而准确的。当单元控制设备发生故障时,通常很难自行解决。小型水电站一般位于偏远地区,交通不便,故障自动化设备及部件的更换或制造商提供的售后服务时间较长,必然给电站带来较大的经济损失。因此,作为电厂自动化的核心,迫切需要机组控制设备(例如涡轮调速器,发电机励磁装置等)来获得远程技术支持。

5.2远程运维系统的功能和项目

在设备远端(如武汉远动指挥部)设置了水轮机调速器及发电机励磁装置远程运行维护中心。现场设备的状态和场景可以通过图像、声音和数据传回远程运维中心,现场人员的动作可以通过声音和图像同步的方式进行指挥。武汉长控水轮机调速器及发电机励磁装置专家组实现在线运行中调速器及/或励磁装置的远程运行维护服务(用户可“开/关”远程运行维护服务功能站点)。其服务内容主要包括9项远程操作标准服务项目和5项辅助支持项目。

5.2.1远动招标服务项目

(1)远程例行维护:每3个月自动检查一次设备,出具“体检报告”,分析变化趋势,制定预防计划。其意义在于消除设备的“焦点”,防止事故的发生。

(2)远程引导测试专家:应通过图像、声音和数据对现场测试进行远程同步引导,并出具“测试报告”电子签名发送给用户,可有效节省厂家或测试机构的差旅费和测试费用。

(3)远程诊断故障:一旦发生,关键数据自动传输到远程维护中心,远程维护中心立即组织专家会诊,并出具电子签名和审批“诊断报告”给用户。为了进行深入诊断,可以使用手持远程监控设备捕捉相关设备的状态或将视频发送回中心进行进一步分析。

(4)远程指导和维护:专家将电子签名“推荐维护工单”远程发布到现场,并通过图像,声音等远程传达现场设备维护,就好像专家在现场进行维护一样。远程诊断故障和远程指导维护的意义在于将处理效率提高40倍,并减少停机的功率损耗。 (假设派遣人员到站点需要48小时,而远程诊断和指导维护过程仅需要1个小时,则可以大大节省现场费用。)

(5)远程指导和调试:在调试阶段,专家远程指导现场人员执行简单的操作,远程调试设备,进行简单的测试和调整参数。专家可以随时远程观察图像,数据,声音等,以提醒,纠正和确认现场人员的行为,以确保安全性和准确性,就像专家访问现场指导测试一样。其意义在于节省人工成本和设备调试费。

(6)技术咨询服务:总是留言或回复在线技术咨询服务,专家可以回答技术问题。这样做的目的是节省工厂参观的时间和费用;随时回答技术人员的问题。

(7)远程技术培训:远程教学或远程演示设备的安装,调试,维护,保养等过程。通过图像,声音等进行交流,提问,回答等,与现场学习体验完全相同。其意义在于节省工厂的学习时间和成本,并不断培养用户管理,使用,维护和维修设备的能力。

(8)远程设备验收:在设备制造过程中,可以根据用户,设计院和制造商同意的验收项目,时间和过程进行远程验收。通过图像,声音,数据等证据的收集,归档,电子签名等检验报告,实现出厂验收。这样做的意义在于为工厂检查节省金钱。

(9)设备文件管理:完整的生命周期设备文件管理,供用户申请实时访问。

5.2.2辅助和支持项目

(1)用户技术培训:每年有2人进行技术培训。

(2)监控设备安装:现场指导监控设备安装调试。

(3)常规现场检查设备:每年免费提供我们的专家到现场进行一次检查或售后服务。

(4)1套网络通信设备:用于无线传输设备数据。

(5)1套远程监控设备:标准版本。

6远程运维系统实施计划

远程操作和维护以及远程诊断和维护不是新概念。过去,PSTN网络用于数据传输。这是一种电路切换方法。用外行的话来说,数据传输是通过电话交换网络和MODEM建立的。较低的线路和硬件成本,曾经是一个实用的解决方案,但其数据传输速率非常低,不适合当前的工业环境,并且要求客户端购买与服务器相同的配置软件,使用该设备的维护成本尚未减少了,所以现在已经淘汰了。目前,使用VPN。这是基于Internet的远程访问方法。解决了数据传输速率的问题。但是,由于需要建立专用的虚拟子网,大大增加了服务提供商的投资以及运营和维护成本。对于客户而言,要提高客户的使用成本,并且此程序要求客户具有维护两组网络系统的能力,因此,客户认为这种远程诊断方法不值得损失。当然,您也可以借用似乎没有成本的现有远程协助工具,但是它们需要连接到Internet的本地PC,并且这些工具是民用设计,是客户网络中的数据。将暴露于Internet,无法实现工业级安全性,并且远程用户无法获取实时数据,无法准确控制远程控制计算机(例如PLC),并且无法执行远程维护;并且这种方式要求客户端还必须购买与服务器相同的配置软件,并且成本不一定较低。

在这里,使用P2P方法穿透NAT(网络)

网络地址转换)解决VPN的高成本问题,使用由分布式存储形成的云数据库进行大数据回测分析,以诊断低成本和高效率的程序。此解决方案仅将一台中/低端服务器公开到Internet进行网络路由分析(原理见图2,服务/客户端程序由我们开发)。建立虚拟链接后,它可以像内部网一样进行通信。该过程对客户是透明的,不需要任何专业知识。对于某些新型号的PLC(例如M258,X20等),此时可以使用远程诊断条件。对于较旧的PLC,它们不具有网络通信功能。只要我们安装自己的串行到以太网接口(市场上类似的接口都没有NAT穿透功能),就可以执行远程诊断和维护。在此解决方案中,客户端不需要安装PLC甚至是现场PC的配置软件,只需要连接到我们开发的NAT接口,就不需要更多的硬件和专业的输入。

该系统的技术设计思想如下:

(1)针对水电设备行业和互联网的现状,利用现有的互联网资源,使用物联网模型,建立P2P链接,传输不对称的大数据流,确保实时采样数据的顺利传输通过语音和视频的许多设备。数据的组播传输,远程监督和维护以及专家咨询。

(2)我们使用Nat穿孔技术在远程设备和本地监视计算机之间通过它们各自的子网建立直接连接(P2P连接),而只有一台服务器暴露在公共网络上。开发具有Nat渗透能力的串行到以太网接口板以及网关接口板,以便可以将现场设备直接透明地连接到服务器,从而减少了客户的再投资。使用Nat渗透技术建立P2P数据交换(IoT模式),节省了网络建设和运维成本,大大减少了投资,节省了人力资源。

(3)建立分布式数据库作为设备特征大数据分析的基础;通过各种相关的回溯算法建立设备运行特性曲线,方便未来用户的运行决策制定,加快设备制造商的技术创新速度。使用分发数据库来构建历史数据库,从而为长期计划中基于大数据的设备运营分析系统奠定基础。

(4)实现分布式数据库的安全共享管理,并将该数据库用于大数据分析。目前,业界尚未提出将大数据用于技术创新的概念。原因是设备数据库是集中构建的,数据基本上是采样数据,大数据的特性不可用。因此,我们使用P2P对等连接在网络上共享数据。

(5)将远程设备与P2P连接以进行监视和设备诊断。这也是业界目前尚不可用的远程服务系统。主要原因是P2P是进入21世纪后的一个新概念,并且P2P本身具有安全漏洞。因此,该方法的技术难题之一是P2P数据传输的安全性问题。目前,为解决大数据流在UDP协议下的分解/组装和加密问题,可以确保大数据的安全性和实时性。

(6)安全加密工作处理:与传统的客户机/服务器模式服务器相比,可以进行主动和被动防御,P2P节点没有足够的安全保护手段,P2P协议具有固有的安全漏洞,缺少必要的认证机制,没有黑客的方式。该攻击得到可靠防御,因此对于P2P模式传输,我们使用消息摘要算法(MD)为每个消息(字节字符串)生成一个指纹,并添加数字指纹身份验证技术(例如MD5)以防止监视数据被篡改。确保数据存储安全,并使用主要用于金融行业的快速DES算法加密算法对数据进行加密,以防止数据在传输过程中被盗[5]。

该系统对客户网络的要求非常低。无论内部网络是2G,3G,可以使用QQ的网络都可以访问平台,并且没有复杂的网络设置,没有网络特定知识,不需要设置路由器等设备,完全即插即用。它必须由客户端启动以建立虚拟连接,因此无需担心诊断服务器会将命令发送到客户端设备。同时,建立虚拟链接后的数据会话使用DES加密算法,具有可靠的数据安全性。基本功能实现如下:

(1)远程监控,将运营数据存储在云存储中。该系统可以实时监视和记录对调速器设备的所有操作参数和数据访问,并将其自动存储在云存储中。远程服务人员可以随时登录并监视设备的运行状态,并根据需要打开历史数据库以分析先前设备的运行状态。

(2)远程调试和实验指导。现场操作和维护人员的技术能力较弱,并且可以进行远程调试和实验指导。现场人员只需要根据提示进行简单的操作,远程服务人员就可以完成控制系统的各种实验,以确保各种速度控制系统在缺水状态下的实验都是正常的。

(3)优化参数,促进设备稳定运行。大修或修理设备后,必须更改设备特性。先前的参数不一定适合,并且需要优化参数。远程服务人员根据监控站点的实时数据,根据相关数据和记录的波形调整相关参数,以确保控制系统的最佳功能。

(4)专家故障诊断系统。远程服务人员通过网络为远程用户提供维护服务和故障排除服务。实时监控和诊断能够及时发现问题并及时解决问题,大大提高了工作效率。

(5)远程视频培训互动系统。为了满足用户的远程培训需求,可以进行远程视频培训,并与现场用户进行“一对一”交互。远程培训打破了传统的培训模式,降低了运营成本。培训不受时间和地点等因素的影响,这给培训工作带来了新的变化。增加与现场用户的互动,培训更有针对性和更好。

目前,我们已经通过武汉龙控平台开展了水电机组控制设备的远程运行和维护服务,得到了客户的充分认可。经过我们的早期宣传和客户研究,许多设备用户非常高兴以年费或单次充电的形式购买水电机组控制设备的远程运行和维护系统或某些服务功能。特别值得一提的是,云贵地区的一些客户已经订购或有意订购了该系统提供的服务。

7结论

随着水电资源的开发和水电开发技术的发展,水电机组的容量越来越大,结构越来越复杂,水电能源在电网中的比重也越来越大。水力发电机组的安全运行依靠水。发电厂和电网的安全至关重要。因此,水力发电机组的安全受到了广泛关注。实施“水电机组控制设备水平运维系统”是控制机组安全的唯一途径。

目前,有关水电机组状态监测和故障诊断的相关技术正在全面展开,水电机组控制设备的远程运维系统只是概念性的,国内外尚无相关的成熟产品。可以预见,水电机组控制设备的远程运维系统将成为未来水电企业发展的必然选择。一旦推广应用在水利水电工程中,将改善水能的综合利用,确保水利水电工程的运行安全和设备安全。

工业4.0时代已经到来。积极参与并引领工业4.0是信息技术,中国的崛起以及企业飞速发展和进步的唯一途径。我们应该努力成为工业4.0的先锋,领导者和实践者。工业4.0也是中国企业进行转型升级,增强核心竞争力和创新业务模式的最大转折点。水利水电行业企业要抓住这一历史机遇,积极开展相关应用实践,把握中国工业4.0的发展方向,积极发展。物联网将以生产为导向的制造业转变为以服务为导向的制造业。我们开发的“水电机组控制设备远程运行维护系统”充分体现了国家政策适应新形势的要求。用户研究和“水电机组控制设备远程运行与维护系统”研究结果的试用结果表明,用户对该系统有浓厚兴趣,并且响应非常积极。这代表着“水电机组控制设备远程运维系统”运维模式的未来发展,受到了用户,同行和市场的一致认可和好评,值得我们水电推广。该系统将领导水电机组其他设备的远程操作和维护。

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