大型水轮机组设备诊断中心主要功能v2.0

大型水轮机组设备诊断中心主要功能1.数据整合设计1..1水电厂数据采集水电厂数据采集由KDM平台系统完成，主要完成数据的采集、缓存、清洗、存储和同步功能。下表为KDM平台在本次水电厂侧采集的数据范围，但不仅限于此。由于电厂后期发展需求，在KDM平台中已预留相应通道接口，便于后续相关系统数据的接入：设备名称在线数据离线数据全厂各设备实时运行数据计算机监控系统数据水轮机振摆监测红外测温、预试定检、巡维数据、技术参数、缺陷及处理数据等轴向位移监测压力脉动监测机组温度与液位监测发电机磁通密度监测轴电压局部放电监测发电机空气间隙监测定子铁芯和定子绕组端部振动监测电量监测机组温度与液位在线监测调速器系统导叶开启腔及关闭腔压力预试定检、巡维数据、技术参数、缺陷及处理数据等电液转换器出口油压调速器控制参数在线监测励磁系统交、直流灭磁开关分闸电流及动作次数红外测温、预试定检、巡维数据、技术参数、缺陷及处理数据等转子、定子电流、电压油浸式变压器油中溶解气体组份监测振动、噪音、红外测线预试数据、缺陷及处理数据、设备技术参数、巡维数据油中微水监测局放监测温度监测(油温、铁芯和绕组温度)铁芯接地电流监测直流偏磁监测油位监测电量监测（高低压侧电压、电流、功率等）套管电容及介损监测油泵或风机电量监测冷却器流量监测GIS（金属全封闭组合电器）分(合)闸线圈电流、电压红外测温、预试定检、巡维数据、技术参数、缺陷及处理数据等断路器操作压力检测断路器操作次数断路器分合位置分(合)闸行程储能电机启动次数隔离开关和接地开关位置GIS气室温度、压力气室微水局部放电监测电量监测机组出口开关分(合)闸线圈电流、电压DRM动态电阻测量、红外测温、预试定检、巡维数据、技术参数、缺陷及处理数据等断路器操作压力监测断路器操作次数断路器分合位置断路器母线温度监测厂用电系统厂用变绕组温度、铁芯温度振动、噪音、红外测温、预试定检、巡维数据、技术参数、缺陷及处理数据等厂用电开关操作次数电动机温度电量1.2量测数据标准化系统提供数据动态采集转换功能，内置多种动态采集转换算子，如数据格式转换、数据重命名、数值单位转换、离散数据语义转换，能够将量测数据与数据平台中标准的BCS数据模型映射，实现数据采集的标准化。如下图所示，为动态采集过程示意，系统提供采集转换流程配置功能，量测数据经过动态采集转换过程，以“标准”的形式采集入库。1.3数据实时清洗数据清洗，顾名思义就是把“脏”的“洗掉”，指发现并纠正数据文件中可识别的错误。大型生产运营中心的数据从多个业务系统中抽取而来，而且包含历史数据，这样就避免不了有的数据是错误数据、有的数据相互之间有冲突，这些错误的或有冲突的数据显然是我们不想要的，称为“脏数据”。要按照一定的规则把“脏数据”“洗掉”，这就是数据清洗。在实际生产过程中，常见的脏数据可归纳为如下几类：不完整的数据主要指数据中缺少必要的应该有的信息，如设备信息表中设备的名字、所属公司等信息缺失，导致数据失去使用的基本条件，这样的数据必须要通过清洗补充完整。错误或异常数据主要指数据中包含错误的信息，比如数值数据输成全角数字字符、字符串数据后面有一个回车操作、日期格式不正确、日期越界等或者存在着部分偏离期望值的孤立点。不一致的数据从多数据源集成的数据可能存在标签的不一致性，数据值的不一致性，即数据之间存在冲突。重复的数据两条记录在某些属性上的值相等或足够相似，则认为这两条记录

互为近似重复记录。我们把同一实体对象对应的多条记录称之为近似重复记录

数据清洗过程处理的就是近似重复记录。总之，数据清洗主要是将缺失的数据补充完整,将错误的数据纠正或者删除，对多余重复的数据进行筛选并处理。1.4数据清洗方案综述考虑水电的数据的特点，首先收集种类繁多、数据生成及变化的速度高，另一方面数据采集过程中干扰源多，不良数据的表现形式多种多样，给数据清洗方法的选择带来了较大的困难。数据实时清洗需要考虑清洗的工作效率，必须满足生产管理的要求，清洗过程中需要实时进行大量的分析计算工作，通常的处理架构难以满足要求。因此，从清洗方案上，总体上基于SPARK来实现架构，清洗系统的核心是Spark集群后台，负责将分布式数据清洗任务提交到Spark集群运行；数据清洗任务定义接口，传递给分布式数据清洗系统的任务单元需要实现该接口，由分布式数据清洗系统管理任务单元；在应用层面上，提供了一套WEB管理界面，进行分布式数据清洗算子与流水线配置设计，其中的流水线则由一系列数据清洗算子组成，定义真正执行的清洗。对于每类清洗操作，都提供了丰富的清洗实现算子，通过串联这些清洗算子的方式，实现分布式数据清洗。整个过程只需要编写配置分布式数据清洗流

水线的定义文件，直观、便捷高效。系统提供多种数据清洗方法和策略，清洗工具为Avartar采集平台ETLS2.0。能够达到不完整数据补全率99.99%、错误数据识别率99.99%、重复数据去重率99.99%。2.业务功能详细设计2.1设备全景信息展示与查询系统支持对设备各方面信息的全景展示，可以展示、查询具体设备的全景信息。系统支持通过自定义时间段，对设备的离线数据、在线监测数据、巡点检数据的变化趋势进行查询。系统支持对设备在线监测测点的安装信息、安装情况、关联的报警策略、报警值的便捷查询。系统支持对混流式机组、灯泡贯流式、轴流转浆式机组不同展示模型的三维立体展示，可以显示温度、振动、摆度、电流、电压、压力、负荷等实时数据。依托现代设备管理理念，将与设备全过程管理有关的生产经营活动上下贯穿。将设备信息，水轮机组运行及检修数据，设备状态监视与分析、设备运行特征挖掘、设备健康评估及运行决策、设备故障智能预警等要素有机地结合在一起，实现日常生产活动、检修活动等的设备全过程管理。查询搜索服务与全景图展示设备履历设备远程状态监视与分析2.2远程状态监视系统能集成设备在线监测数据、离线检测数据（包含设备历年缺陷数据、预

防性试验数据、巡检数据、缺陷处理数据等），实现对水电厂关键设备的监测功能。系统能监视主设备运行工况和运行状态，结合运行工况和运行状态对数据越限、梯度越限、数据缺失等事件综合分析判断后自动告警，具备可组态的报警发送策略，能保存和查询历史报警事件。告警阈值和级别可人工设定，提供建议阀值，也可根据历史数据和趋势自动设定或修正。系统同时支持三种报警方式，发送短消息、拨打电话、触发声光报警器，实际使用过程中，每个报警点可以任意组合选择报警方式，通过组态，任一模拟量(如瓦温)定时间变化幅度过大或过小时都可以触发告警事件，以发送短消息、拨打电话、触发声光报警器方式通知相关人员。报警短信都有记录可查询，可供导出表格，电邮、打印。系统具备状态数据的概览功能，概览状态数据需包括分K线、时K线、日K线数据。以设定的时限为周期、计算每个周期内监控状态数据的平均值、最大值和最小值。系统提供有专用的数值分析工具，能根据自定义的时间段查询在线监测数据的历史趋势，可以组态多个监测量进行关联历史趋势查询与分析。能根据需要，调出任意时间段内的原始采样波形数据，并提供了多项波形数据的分析工具。波形调出的响应时间在3s以内。机组状态监视量清单：五强溪水电厂序号特征值序号特征值定子线棒温度下导冷却器温差效率定子线棒温度偏差推力瓦温定子铁芯温度推力瓦温偏差定子铁芯温度偏差推力油温空冷器温差效率推力油槽油位转子电阻推力冷却器温差效率轴向位移推力支架垂直振动轴向窜动水导摆度上导摆度顶盖水平振动上机架水平振动顶盖垂直振动上导瓦温尾水锥管压力脉动上导瓦温偏差水导瓦温上导油温水导瓦温偏差上导油槽油位水导油温上导冷却器温差效率水导油槽油位下导摆度水导冷却器温差效率下机架水平振动定子不圆下导瓦温转子不圆下导瓦温偏差最小气隙下导油温定子铁芯水平振动下导油槽油位定子铁芯垂直振动近尾洲水电厂线棒温度水导轴承油位线棒温度偏差水导冷却器温差效率铁心温度转子电阻铁心温度偏差组合轴承摆度空冷器温差效率水导轴承摆度发导轴承瓦温发导轴承振动发导轴承油温水导轴承振动组合轴承油位转轮室振动发导冷却器温差效率定子铁芯径向振动正向推力瓦温定子铁芯轴向振动正向推力瓦温偏差灯泡头压力脉动反向推力瓦温转轮前压力脉动反向推力瓦温偏差转轮后压力脉动水导轴承瓦温尾水管压力脉动水导轴承瓦温偏差最小气隙水导轴承油温转子不圆应用实例1：组态多个监测量进行关联历史趋势查询与分析应用实例2：上导摆度日K线图应用实例3：调出任意时间段内的原始采样波形数据阈值修改应用实例:状态监视应用实例2.3设备数据分析1、系统能自动实现下表的内容，提供水电厂各类设备的专项分析，按周期自动提供分析报告。序号状态分析内容分析结果1机组稳定性分析通过对机组历史运行数据振动、摆度、水压脉动、导轴承温度等参数进行分析，得出机组运行稳定区域建议。2发电机冷却系统、冷却水能效分析机组运行过程，通过对定子铁芯、绕组、齿压板、转子、冷却水温度、环境温度等进行分析，评价机组冷却系统效率和流量之间关系，给出关联曲线，提供节流策略。3发电机绝缘性能分析通过对发电机局部放电、臭氧含量、磁通量、等与发电机绝缘性能相关参数进行分析，评价机组定子线棒的绝缘性能。4气隙及磁场分析利用发电机气隙监测数据对定子不圆度、转子不圆度、最小气隙、定转子偏心、磁极突出等进行分析评价。5能量效率分析对机组能量特性与负荷、水头等参数关系进行专项分析，对导叶与桨叶的协联关系进行分析评价。6运行方式分析对运行时间、平均负荷、启停次数、启停时间、可利用率、效率、等效可用系数等进行统计分析。7综合运行状态分析包括机组的温度、压力、间隙、绝缘、电流、电压、稳定性能等进行综合分析和评价。8主变压器综合运行状态分析对变压器油中气体、温度、油位、局部放电、铁芯夹件接地电流、套管的介损及电容值等进行分析，。9辅助设备运行统计分析对辅助设备的运行时间、停运间隔及停运事件进行统计分析（包括油泵、水泵、风机及其系统）。10GIS综合状态分析对绝缘气体的微水密度、压力、局部放电、分解物、动作特性、避雷器泄露电流等进行分析2、系统对各类信息的综合分析、关联、集成分析，并定期（如周、月、年）生成分析报告，能够实现按照下表技术要求进行：状态分析内容技术要求机组振动与压力脉动分析各测点的越限分析（以通频峰峰值为对象）；各测点的波形数据频谱分析及频率成分分析；机组运行工况（对于水电机组，包括水头、转速、有功、无功、励磁、导叶开度等）维持不变时的各测点数据的趋势分析；暂态过程（开机、停机、加负荷等）各测点数据分析；相关趋势分析：分析某段时间内里任意两个或多个参数之间的互相关系，如水电机组振动、摆度及压力脉动和转速、负荷、水头等的相互关系。温度分析设备处于热稳定平衡工况时的温度趋势分析；外界条件（负荷、冷却水温度、进出口冷却水温差等）维持一致时的温度趋势分析；多测点的对比分析；相关趋势分析：分析某段时间内里任意两个或多个参数之间的互相关系，如温度和冷却水温度、负荷等的互相关系。局部放电分析（包括发电机、变压器、GIS及高压电缆等）最大放电量、放电重复率、NQN的趋势分析；放电谱图分析；运行环境（电压、环境温度、负荷、空气湿度下）维持不变时的局部放电趋势分析；相关趋势分析：分析某段时间内里任意两个或多个参数之间的互相关系，如局部放电和环境温度、负荷等的互相关系。调速器调节品质分析检测电磁阀卡涩、导叶操作机构卡涩、溜负荷、控制性能差甚至不稳定等故障，并基于状态传递特性诊断故障原因。通过试验和正常运行时的各种工况，评价调速系统性能。自动记录、分析与计算水轮机调节相关试验以及运行动态过程的状态数据与性能指标。完成试验与运行报告空间气隙及磁场强度分析各种不同工况下的定子不圆度、转子不圆度、最大气隙、最小气隙以、转子偏心、磁极突出等分析；定转子气隙圆分析；磁极轮廓分析、磁极场强映像分析、磁极气隙映像分析。定子线棒及铁心振动分析测点的越限分析（以通频峰峰值为对象）；测点的波形数据频谱分析及频率成分分析；100Hz频率对应振幅的专项分析；相同机组无功下的振动趋势分析及100Hz频率对应振幅趋势分析。相关趋势分析：分析某段时间内里振动通频值及100Hz频率对应振幅与机组无功关系。变压器及含油设备的油色谱分析总烃、乙炔、氢气的越限分析，各类气体的趋势分析；三比值（大卫三角形）分析；一氧化碳、二氧化碳的比值分析；空载、满载及不同运行工况下的各类气体增量分析；融合局部放电数据、铁芯接地电流数据的综合评判及分析。变压器铁心接地电流分析工频铁心电流趋势分析；不同电压下的铁心电流趋势分析；铁心接地电流与变压器电压的相关关系分析。高压套管介损及电容值分析套管介损及电容值分析趋势分析；不同电压下的套管介损及电容值分析趋势分析；套管介损及电容值与变压器电压的相关关系分析。能效分析不同工况下实际负荷与理想负荷的对比分析；不同工况下实际负荷的拟合曲线分析；不同工况下实际负荷区间统计分析；协联关系曲线分析。控制系统分析控制系统在外界控制指令改变后受控量的超调、变化时间、稳定时间等分析；控制系统受控量与理想曲线（或理想模型计算结果）的对比分析；控制系统的温度、电流、电压等专项分析；集成工况信息的控制系统专线分析。辅助设备（发电系统相关设备及系统）运行启、停关联分析辅助设备的启、停时间分析；辅助设备在不同运行环境下的启、停时间规律分析；根据积累的数据，结合辅助设备当前启、停时间（及变化趋势），完成辅助设备的运行健康状态分析。系统具备自动试验分析功能，通过对若干状态量的分析，自动辨识出设备的试验状态及试验内容，并根据试验内容，自动对试验过程的关键数据进行分析，生成试验报告。如：水电机组的开机试验，停机试验，负荷增减试验，甩负荷试验、变励磁试验、变转速试验、调速器试验、同期试验等。系统能在试验结束后10s内自动生成试验报告。应用实例2.4运行趋势分析异动检测（趋势预警）系统具备阈值（如固定阈值、动态阈值、梯度阈值、函数阈值等）诊断，趋势诊断等功能,趋势诊断采用的动态阈值诊断，系统应能根据设备一段较长时间的正常运行数据，并结合专业机理知识，自动获取诊断定值，并能根据工况实时调整相应定值（例如轴瓦温度趋势预警，阈值总是以当前的温度值（随着运行时间改变）为基础，再加上一个量值）。具备工况关联的状态特征值的相关趋势分析功能，本系统所说特征系指检测量经关联参数计算得出。系统查询3个月内的特征数据响应时间在3s以内。系统能自动生成诊断分析报告，报告模板、内容应可定制；并具备诊断分析结果查询功能。系统能自动发现设备或系统运行状态与历史同工况运行情况下的变化，及时发出异动预警。异动监测量清单五强溪水电厂序号检测量序号检测量定子线棒温度下导冷却器温差效率定子线棒温度偏差推力瓦温定子铁芯温度推力瓦温偏差定子铁芯温度偏差推力油温空冷器温差效率推力油槽油位转子电阻推力冷却器温差效率轴向位移推力支架垂直振动轴向窜动水导摆度上导摆度顶盖水平振动上机架水平振动顶盖垂直振动上导瓦温尾水锥管压力脉动上导瓦温偏差水导瓦温上导油温水导瓦温偏差上导油槽油位水导油温上导冷却器温差效率水导油槽油位下导摆度水导冷却器温差效率下机架水平振动定子不圆下导瓦温转子不圆下导瓦温偏差最小气隙下导油温定子铁芯水平振动下导油槽油位定子铁芯垂直振动近尾洲水电厂序号检测量序号检测量线棒温度水导轴承油位线棒温度偏差水导冷却器温差效率铁心温度转子电阻铁心温度偏差组合轴承摆度空冷器温差效率水导轴承摆度发导轴承瓦温发导轴承振动发导轴承油温水导轴承振动组合轴承油位转轮室振动发导冷却器温差效率定子铁芯径向振动正向推力瓦温定子铁芯轴向振动正向推力瓦温偏差灯泡头压力脉动反向推力瓦温转轮前压力脉动反向推力瓦温偏差转轮后压力脉动水导轴承瓦温尾水管压力脉动水导轴承瓦温偏差最小气隙水导轴承油温转子不圆应用实例1：异动检测（趋势