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基于工业互联网的电站设备全生命周期管理技术与应用

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成果主要完成人

吴月超、郑 波、何 铮、朱 溪、陈顺义、冯真秋、陆 炅、邬远祥、王新宇、邹 雯、杨贵程、罗远林

项目概况

为满足智能水电站建设需求,华东院将电站设备的全生命周期管理与工业互联网相融合,提出了基于工业互联网的电站设备全生命周期管理技术,实现了机电设备的三维数字化设计、安装与运维。 采用三维设计技术实现了电站全专业工厂三维协同设计、电气端子接线和电缆敷设设计、三维出图与设计交底,极大地减少了设计过程中的错、漏、碰、缺等问题,厂房内部布置“零碰撞”。通过BIM设计施工一体化,提高了工程建设进度和质量,降低了成本。建设了电站数字化移交平台,完成了地形地质、地下厂房和枢纽系统设计施工过程数据资产的数字化移交,构建了基于三维可视化技术的资产管理系统,将资产管理水平提高到新层次,为实现电站资产全生命周期管理夯实了基础。建立了资源可动态分配、业务可灵活部署、能够为各类应用提供支撑的抽水蓄能电站全景大数据平台,消除了“信息孤岛”。在数据平台建设的基础上,洞察设备运行趋势,实现基于健康模型的劣化趋势预警、状态时序预测预警、专家分析预警。构建了“状态-部件-整体”设备健康评价指标体系,建立了可完全编辑的设备健康评价层次体系管理系统,为设备状态检修提供支撑。构建了设备故障树,建立了可编辑的故障树诊断系统,为故障分析与诊断提供支撑。开发了交互式虚拟检修培训系统对现场人员进行培训,为电站设备预测性维护提供支撑。将建设期的模型向运维期进行延展优化,设计并开发了设备全息管理系统,为设备信息管理和故障分析提供支持。 主要创新成果包括: (1)研发了全要素全专业协同的设备三维设计系统,并基于“一个模型”实现了电站“全景数据一个源”、“全厂一张图”和“业务一条线”; (2)开发了专用智能物联网关,通过统一资源池、数据编码和共享服务接口,搭建了资源可动态分配、业务可灵活部署的全景数据平台; (3)建立了基于最大相关系数和双边门控循环单元深度神经网络时序预测模型,搭建了实时在线的抽水蓄能机组时序预警系统; (4)建立了基于粒子群算法和深度全连接神经网络的全工况抽水蓄能机组运行状态特征数据的健康状态模型,并基于健康模型实现机组运行趋势预警; (5)建立了可完全编辑的抽水蓄能电站设备健康评价层次体系管理系统,实现了评价体系全要素的自定义配置。 项目研究成果已经应用于浙江仙居抽水蓄能电站,并部分向其它电站推广。在建设期,采用三维设计技术,提升设计效率50%,现场设计变更量减少超过80%,综合效益7500万;BIM设计施工一体化,节约工程建设成本1.5%,综合效益约2250万;数字化移交和资产管理综合效益约1500万;建设期的经济效益约为11250万;仙居电站2008年开始设计,2016年投产,共计8年,其中,设计和机电安装时间约为4年,平均每年产生的效益约为3000万元。在运维期,电站设备运行数据洞察、设备健康评价、故障诊断、虚拟检修培训、设备全息管理等提高了员工的技术水平,降低运检人员工作强度;可减少现场外委运维人员8人,每年节省用人劳务支出约150万元;提高设备利用率,将机组由B修调整C修,减少检修停机约30天。按照全年总收入平均,每天每台机收入约为100万,折合效益约3000万元。 此外,基于工业互联网的电站设备全生命周期管理技术产生了巨大的社会效益,对于推动三维设计、BIM设计施工一体化、数字化移交、全景数据平台、趋势分析、健康评价、故障诊断、交互式检修培训、全息管理等在水电站的推广应用,促进我国数字化智能型水电站的建设以及整个行业的进步具有重要意义。