火电站设备管理论文
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1我国现阶段火电厂设备管理方式
现阶段，我国火电厂设备管理按设备状态可分为运行管理、点检诊断、早期维护和拆卸维修四个过程，其中，前三个阶段为设备前期管理，第四个阶段为设备后期管理。目前我国电厂通过MIS系统获得设备的实际运行参数，通过定期点检的形式了解设备的运行状态，通过设备台账管理设备的尺寸、材质等分散的基本信息，通过检修文件包管理检修相关内容，如图1所示。传统分散式的管理方式不仅设备管理效率低、表现方式不直观，而且容易造成设备信息混淆等问题。
2VR火电站设备基础信息管理
2．1火电站设备结构三维建模与仿真
火电站设备结构三维模型是实现VR操作的基础，然而，由于火电站设备结构复杂、数量巨大，为实现设备的全面建模仿真需要从系统工程的角度进行结构层次划分，将所有设备划分至最小结构单元后进行建模仿真。为了确保仿真模型数据的精确性和通用型，采用行业内流行的三维设计软件Solidworks创建设备模型，以制造厂二维设计图纸作为实际尺寸数据来源。对三维模型尺寸在装配过程前进行数据核对，将尺寸精确的零部件模型进行分级装配，在装配过程中，对每一级装配体进行干涉检测，干涉检测为装配体零部件间配合状态及间隙尺寸的确认过程，确认无误后进入下一级装配流程，直至整体设备模型装配完成，如图2、3所示。由于火电站设备结构复杂，模型面数多，为了保证模型的可视化效果和平台的计算速度，实现基于VRP的火电站设备管理系统的关键技术在于模型数据传输和网格优化。在Solidworks设计平台中将模型数据以wrl格式输出，导入3DStudioMax平台进行材质、色彩的烘焙及渲染处理，并应用PolygonCruncher插件对模型的面数进行优化处理，如图4所示，汽轮机低压转子转轴通过该过程的优化处理，将模型面数在原模型基础上降低约80%，最后将处理后的模型数据导入VRP，进行交互式操作功能的设计工作。如图5所示。实际证明:该数据传输和优化方法不仅保证了模型的精准度和高质量的可视化效果，而且提高了工作效率和系统运行效率。
2．2KKS系统在三维模型库管理中的应用
KKS(KraftwerkKenngeichenSystem)电厂标识系统1978年起源于德国，是目前国内各类发电厂主要应用的电厂标识系统。该系统遵循国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)等相关标准，将电厂中所有系统、系统的各个装置及零部件，在生命周期内进行管理［7］。其非语言编码形式能够很好的适应计算机处理方式，并且具有足够的扩展能力，本系统利用该特点对虚拟环境中的设备及零部件模型进行管理，使虚拟设备的管理过程标准化、规范化。以火电站汽轮机高中压缸标识方案为例，对各级装配体及零部件进行分级编码的规划管理，如图6所示。该方案共分为四级，其中前三级代码对应为一至三级装配体，每一级中的装配体根据功能不同以特定英文字母方式进行编码，第四级为设备最小零部件单元，以阿拉伯数字的方式进行编码。由于汽轮机设备中不同装配体的结构组成不同，代码的级数也随之改变，因此示例方案中的四级代码并不作为最高级数限定。通过该方法将火电站全部设备结构的三维模型分级编码管理，并以代码作为模型ID构建三维模型数据库。
2．3火电站设备基础信息综合
火电站设备基础信息是在设计、制造过程中积累的技术数据，常规的设备管理中，这些数据分散于不同的技术资料，信息集成度低，表现方式不直观。本文通过KKS编码合理的组织模型库结构，并在对于设备结构三维模型的可视化操作中，能够有效的跟踪、查询、分析设备的基本状态，例如:详细设计尺寸、制造材料标号、力学性能、设备缺陷等信息，将设备的基础数据以三维模型为核心高度集成，不仅改变了传统的以文档和设计图纸为主的技术数据表现方式，而且能够提高技术人员的设备管理效率。
3CBM火电站设备维护信息管理
3．1CBM决策过程设计方案
设备管理主要包括设备的基础信息管理和设备运行、维护方面信息的管理。在系统实现时，前者为设备的静态数据资源，后者为设备运行使用之中形成的动态数据结果记录［8］。设备的运行数据是设备健康状态的真实体现，因此，目前许多发达国家的能源企业普遍推行以信息技术为平台，以设备状态检测和故障诊断为基础的CBM方法。CBM的核心是决策部分，决策研究主要分为确定性方法和不确定性方法，其中确定性方法基于机理分析，来源于故障诊断和状态监测;不确定性方法基于统计学，研究设备劣化规律［9］。然而，大部分火电站缺少设备故障规律的统计分析记录，因此确定性方法目前具有更广泛的应用条件。本系统基于确定性方法的决策基本过程设计方案如下:1)与电厂MIS系统建立数据接口，采集并监测设备各测点的运行数据，以历史运行曲线的形式在系统中体现，并对历史运行数据分阶段进行管理;2)建立设备可靠性分析、安全性分析、重要性分析、故障诊断等评价模型，以运行数据为基础，对设备状态进行综合评估，并初步确定维护策略;3)将针对设备状态制定的多项维护策略具体化，形成详细维护方案，通过选择适合的决策算法确定最优维护方案。
3．2CBM决策模型
选择最优的决策模型是CBM过程做出合理决策的基础，CBM决策主要研究方法包括:延迟时间理论、马尔可夫决策理论和熵权多目标法决策理论，对于确定性方法的多项维护方案决策，本系统采用熵权多目标决策算法，该算法中将源于热力学中的熵引入信息论，作为系统无序状态的量度，对不同维护方案制定统一的评价体系，对体系内各指标赋予权重，通过熵权数对各项指标综合衡量后，将多方案做出合理的选择和排序。
3．3设备维护过程信息管理
火电站设备检修维护环节是直接影响设备效率和生产效益的重要环节，我国电力企业在该环节全面贯彻ISO9001:2000标准的过程中，对于传统的计划检修体制形成了较为完整的文件化质量管理体系［13］，并在近年来推行设备检修标准化的过程中，以“检修文件包”的电子文档形式将具体内容进行综合，该方法的应用在各发电企业取得了良好的成绩，但随着检修技术的不断提高，检修文件包内容不断更新，历史电子文档积累逐渐庞大，设备检修管理方法缺乏显著提高效率的新模式。本系统以检修管理方案标准化、规范化为原则，科学分割检修文件包的内容，以汽轮机本体A级检修为例，如图7所示，将分割后的内容以数据库的形式进行管理和应用，使检修文件以数字化的形式融入信息化管理，该方法对于庞大复杂的检修文件在存档、查询、更新等方面操作均能达到很高的效率，从本质上改革了以电子文档及档案卷宗方式管理检修文件的传统模式。其中，检修过程仿真功能基于VR技术和计算机仿真技术，以设备结构三维模型为基础，同样以三维建模的方式在计算机中构建虚拟检修环境、虚拟检修工具，并以实际检修规程为依据，在虚拟检修环境中实施检修方案，并将检修过程中涉及到的技术标准及行业规范等以语音、文字的形式，与虚拟检修过程仿真文件集成多媒体文件演示，以汽轮机本体A级检修过程为例，如图8、9所示。该功能不仅能够取代传统检修文档中的检修规程文件，直观新颖的表现方式对于优化组织实施方案、检修效果预判、检修技术培训等方面都具有重要意义。
4火电站设备综合管理系统设计
4．1系统总体设计目标
本系统面向火电站运行、维护和基层管理工作的技术人员，提供对设备信息的实时访问、状态评价和维护决策平台。系统设计的总体目标为:全面实现电站设备综合信息的科学管理、实现设备状态评估及维护决策，改变传统设备管理模式，提高电站设备的运行效率、可靠性和经济性。
4．2系统结构及功能分析
系统主要分为基于VR的基础信息管理模块和基于CBM的运行及维护信息管理模块。在设备基础信息管理模块中，通过建立火电站设备三维模型库和火电站设备基本信息数据库，在VRP中实现设备模型和基本信息的对接，在可视化的操作平台中，实现设备结构的查询、交互式虚拟拆装、基本信息管理和制定技术改造方案四项基本功能，如图10所示。在运行及维护信息管理模块中，分别建立运行信息数据库、评价及决策模型数据库和维护信息数据库，将设备运行数据和设备维护数据通过CBM评价及决策模型分析，确定预知性维护方案。在该模块中，实现设备运行信息管理、设备状态评估、确定预知性维护方案和维护信息管理四项主要功能，如图11所示。
5结论
本系统建立火电站全部设备的三维模型库，并应用KKS方法实现对设备模型的系统化管理，以三维模型为核心实现设备基础数据的全面综合，改变传统的以卷宗、图纸、电子文档为载体的设备基础数据管理模式;通过建立数据接口，对设备运行数据进行采集，通过可靠性分析、故障诊断等过程的评价实现设备运行状态的综合评估，针对不同的设备状态制定维护策略，并通过决策算法确定最优维护方案，该过程能够掌握设备的运行状态，并在故障发生前最经济的时间进行检修维护，改变目前火电站单纯的定期检修模式;将复杂繁琐的检修文件按标准化作业流程分解，建立数据库对检修文件进行信息化管理，并以三维仿真的方式对设备的检修过程进行模拟，将检修过程工艺标准、技术指标、行业规范等内容以多媒体的方式综合表现，对于检修技术人员培训、优化实施方案等方面发挥重要作用。
作者：高龙 李少华 车德勇 吴葛 单位：东北电力大学 中国大唐集团科学技术研究院