基于数据挖掘分析的发电设备预警和诊断介绍

基于数据挖掘分析的发电设备山东鲁能软件技术有限公司赵俊2016年5月基于数据挖掘分析的发电设备预警和诊断介绍山东鲁能软件技术有限公司简介成立于1998年，业务横跨电网与发电，国内电力行业最有影响力的信息化建设服务商和产品开发商之一。国网山东省电力公司全资子公司，由山东电科院代管，山东省公司主要的信息化实施和运维单位。成功地为国内数百家大、中型电力企业提供服务，市场范围覆盖全国近30个省市自治区。计算机信息系统集成二级资质、CMMI3软件能力成熟度模型1/7已经为五大发电集团、两大核--1--已经为五大发电集团、两大核电集团及近十家二线发电集团提供了超过100家厂侧及集团侧的节能及设备诊断的软件系统与咨询服务，各类计算机监控工程项目100余套，信息化工程超过1000个。山东鲁能软件技术有限公司能源领域业务简介1/7信息化咨询规划及决策支持大数据应用及系统集成电站机组节能优化设备资产可靠性管理电站安全诊断在电站运营方面，拥有来自火电、核电、风电、水电等各能源领域超过百家的发电企业的信息化工程，助力节能降耗、安全运行，不断提升运营效益。目录目录生产数据现状及业务期望1基于数据挖掘分析的应用思路2发电设备预警和诊断方案3设备性能劣化预警诊断应用案例4一：一：生产数据现状及生产数据现状及业务期望业务期望管理应用商业智能大量的运营数据大量的运营数据应用KPI报表曲线自动控制系统辅助专家系统积累大量的运营数据大量的运营数据故障数据那些设备性能有问题？那些没有问题？一：一：生产数据现状及生产数据现状及业务期望业务期望那些设备性能有问题？那些没有问题？性能问题有多严重？劣化程度到底如何？巡检如何优化？每次巡检是否有重点？故障甄别能力如何高效提升？如何高效运维？如何安全运行，收益保障？……设备健康状态故障识别/诊断设备潜在异常/故障设备未来状态预维大纲优化备品备件优化…目录目录生产数据现状及业务期望1基于数据挖掘分析的应用思路2发电设备预警和诊断方案3设备性能劣化预警诊断应用案例4二二：基于数据挖掘分析的应用思路：基于数据挖掘分析的应用思路项目：精确掌握飞机引擎的性能劣化状况，保障设备安全可靠机理问题转数据问题物理模型机理研究、金属材料、空气动力、流体力学、……数据模型正常数据、异常数据二二：基于数据挖掘分析的应用思路：基于数据挖掘分析的应用思路从设备海量历史数据中挖掘设备运行规律和运行知识。备运行规律和运行知识。让数据觉醒、让数据主动说话压力温度流量二二：基于数据挖掘分析的应用思路：基于数据挖掘分析的应用思路采集存储历史数据振动液位泄漏异常识别、故障识别、工况识别…目录目录生产数据现状及业务痛点1基于数据挖掘分析的应用思路2发电设备预警和诊断方案3设备性能劣化预警诊断应用案例4三：基于可靠管理体系的发电机组发电设备三：基于可靠管理体系的发电机组发电设备预警和诊断预警和诊断设备健康状态设备潜在异常/故障设备未来状态三：基于数据挖掘分析的发电三：基于数据挖掘分析的发电设备预警和诊断设备预警和诊断方案方案故障识别/诊断发电设备/系统运行历史数据集发电设备历史运行正常状态数据集发电设备历史运行异常状态数据集发电设备运行良好数据模型挖掘构建A故障数据集B故障数据集C故障数据集挖掘构建A故障数据模型B故障数据模型C故障数据模型故障识别特征挖掘构建三：基于数据挖掘分析的发电三：基于数据挖掘分析的发电设备预警和诊断设备预警和诊断方案方案正常状态数据集数据模型构建发电设备/系统运行数据/数据集劣化预警故障识别特征决策识别分析识别分析劣化可能故障排序已知、未知专家确认健康评价健康预测健康预测量化模型最优工况一般工况特殊工况故障等级最佳较好好一般较差差很差100定性三：发电三：发电设备预警和诊断设备预警和诊断方案方案历史数据挖掘工况矩阵高维空间在线数据0定量三：发电三：发电设备预警和诊断设备预警和诊断方案方案简单序时平均数法加权序时平均数法移动平均法加权移动平均法三：发电三：发电设备预警和诊断设备预警和诊断方案方案加权移动平均法趋势预测法指数平滑法季节性趋势预测法…已发生阶段未来阈值三：发电三：发电设备预警和诊断设备预警和诊断方案方案传统方式：单测点孤立阈值报警早期征兆：多测点联动-动态偏差阈值时间差实时的创建一个平面，动态的用其它测点为每个测点构建一个变量虚值（评估值）。征兆预警上限下限多元非线性回归（神经网络、支持向量机、最小二乘法、多元状态估计技术）三：发电三：发电设备预警和诊断设备预警和诊断方案方案--算法方案算法方案动态平面传感器1：流量传感器2：温度传感器3：压力发生偏差出现异常蓝色曲线：评估值（应该值）绿色曲线：实测值1基于非参数学习算法，改变了传统学习算法中模型参数数量固定，一旦建模后模型固定不变等特三三：发电设备预警和诊断方案：发电设备预警和诊断方案--算法算法特点特点--19--3预警模型为基于多参数的非线性模型，充分考虑了多参数之间的相互影响，而非基于单一参数的预警，能更多的揭示参数之间隐含的复杂因果关系和条件关系，从而更准确的预警设备故障。1基于非参数学习算法，改变了传统学习算法中模型参数数量固定，一旦建模后模型固定不变等特点，因此具有更强的自适应能力，且是缓解过拟合/欠拟合问题的有效手段.2预警由估计值计算和残差阈值分析组成，构成了基于动态阈值的预警系统，相比于传统固定阈值方式，减少了漏报、误报，有效提高了预警的准确率。数据驱动的故障预警方法，相比传统故障预警方法，不需要建立精确的数学机理模型，因此对复杂的非线性系统具有很强的通用性。4三三：发电设备预警和诊断：发电设备预警和诊断方案方案三三：发电设备预警和诊断方案：发电设备预警和诊断方案设备原始数据多个故障样本故障知识库未知异常？1、属于哪种故障类型？2、跟那个故障样本最像？3、属于一种不常见的工况？三三：发电设备预警和诊断方案：发电设备预警和诊断方案开始时间结束时间故障编码故障模式故障原因故障后果监测手段处理指南故障现象GZ001轴裂纹关联关联对象或同类对象同类异常数据集故障特征提取三三：发电设备预警和诊断方案：发电设备预警和诊断方案三三：发电设备预警和诊断：发电设备预警和诊断方案方案--软件实现流程软件实现流程三三：发电设备预警和诊断：发电设备预警和诊断方案方案三三：发电设备预警和诊断方案：发电设备预警和诊断方案批量劣化监测劣化分析巡检优化典型业务应用场景阈值优化故障排查操作优化…目录目录生产数据现状及业务痛点1基于数据挖掘分析的应用思路2发电设备预警和诊断方案3发电设备预警诊断应用案例4四：应用案例四：应用案例--某火力发电企业百万机组业务问题由于设备劣化、人员工作强度饱和种种原因，2014年下半年发生2次非计划停运，给控制“零非停”工作带来了巨大压力，同时每次非停造成的直接、间接损失在300万左右。如何做好设备隐患排查，做好机组检修治理，从而降低设备缺陷，提高设备健康水平和机组运行可靠性是实现“零非停”的关键。业务获益2015年两台机组共准确预知50余起重要设备隐患，避免了两次非计划停机和4次非计划降出力事件的发生，一年共节约××××万元的费用。序号设备类型设备典型成功案例价值体现1高压容器汽机侧#1机组#1高加2014-9-29日建模以来#1高加上端差持续报警，报警密度和偏差残差呈现扩大趋势，系统持续预警。停机检修发现进水室与出水室的隔板泄露，导致水路短路。能准确预测设备即将发生的故障并发出预警，为后期的负荷升降提供了理论指导，避免了设备的进一步恶化。1高压容器汽机侧#1机组#1高加势，系统持续预警。停机检修发现进水室与出水室的隔板泄露，导致水路短路。供了理论指导，避免了设备的进一步恶化。2转动机械轴承汽机侧#1机组A汽泵前置泵2015年01月29日00:24汽泵前置泵电机驱动端轴承温度持续高报警，01月29日10：17报警密度和偏差残差呈现扩大趋势，由40℃升值71.1℃，升温速度比较快，经过沈主任确认电机驱动端轴承润滑油脂减少所致。避免了一起由轴承温度升高引起的电机跳闸事故，为检修人员的抢修赢得了时间。3转动机械振动监测锅炉侧2B一次风机自三月底#2机组启动以来，2B一次风机轴承X向、Y向振动大持续预警，最高振动值X向5.1mm/s，Y向振动3.2mm/s且振动值间歇波动大，停机检查发现轴承内部出现问题振动监测值虽未超出设备正常运行的报警范围，但从一定程度上反映出设备劣化的运行趋势，使得设备管理者引起了足够的重视，迫使运行人员加强监视，为设备的振动加剧延缓了时间。4脱硝系统脱硝侧#1炉SCR反应器2015年1月1日以来#1炉脱销系统SCR反应器出口烟道NOx含量高多次预警，#1炉NOx排放多次超过排放限值，A、B侧SCR反应器脱硝效率偏低，造成烟囱处NOx排放值超标能为脱销运行人员提供系统的指标趋势变化，为加强系统的操作调整提供了理论指导，保证了系统的环保安全可靠运行。5换热器汽机侧.#1机组凝汽器2015年2月4日1:42#1机组凝气器端差大持续预警，由7.3℃上升至15.5摄氏度，凝汽器工作状况劣化，经厂里人员确定原因为循环泵启动不及时所致，属运行人员操作失误造成为运行人员操作调整提供技术指导，避免换热器换热效率低引起的汽轮机跳闸6辅机润滑油系统锅炉侧2A一次风机2015年04月8日以来，一次风机电机轴承出现间歇性温度高报警，电机驱动端最高温度升至77.1℃，温度和残差呈间歇性升高趋势，随着外界环境温度升高及外界负荷增加，轴承温度有升高趋势，特别是自#2机组启动以来，A一次风机轴承，电机瓦温都有不同程度的温度高报警，经询问是一次风机润滑油站冷却器脏污所致，导致润滑效果变差。避免了一起由轴承烧瓦导致的风机跳闸及机组被迫停运，准确及时预测了风机油系统的健康状况，为运行人员及检修人员提供了检修方向。…测点损坏润滑油四：应用案例四：应用案例--某火力发电企业百万机组测点损坏滤网异物堵塞润滑油环境气温骤降四四：应用案例：应用案例--某风力发电企业现象：风力发电机组叶片发生结冰、开裂、断裂等故障，目前诊断手段匮乏问题：风场很大，现场人员很少。由于种种原因并不能实现及早发现开裂或断裂问题的风机现场情况：风机叶片上没有加装任何传感器，在机舱上有两个机舱振动传感器四四：应用案例：应用案例--某风力发电企业1风速2转速3X方向4Y方向5功率6偏航速度7叶片角度18叶片角度29叶片角度3同类设备历史数据应用9叶片角度310对风角度11风向角模型验证：6A02、6B02、6A04020004000600080001000012000-0.1-0.0500.050.1020004000600080001000012000-0.0500.05020004000600080001000012000-2000200400600020004000600080001000012000-400-20002004005Y振动有功功率920094009600980010000102001040010600108000200400020004000600080001000012000-400-2000200400020004000600080001000012000-50020004000600080001000012000-4-2024环境温度00.511.522.5x105-0.0500.050.10.1500.511.522.5x105-0.0200.020.040.0615000300.511.522.5x105-0.0500.0500.511.522.5x105-0.04-0.0200.02-3x10x1000.511.522.5x105-10-505x10-300.511.522.5x105-10-505x10-300.511.522.5x105-0.0500.0500.511.522.5x105-0.0200.020.04故障数据参数特征提取—决策树模型校正/更新过程获取建模数据选择训练数据校准创建系统模型在线模型在线预测与健康管理流程设备资产运营数据报警检测诊断预