基于电厂全生命周期的数字化移交研究与应用

邢伊蕾

中国电建河北省电力勘测设计研究院有限公司 河北石家庄 050031

摘要

为了顺应国家提出的能源和信息深度融合，建设节能、高效、环保的智慧型发电企业，电厂的智慧化转型和建设已经逐步达成了行业共识，借助数字化手段进行生产方式和管理模式的战略性调整，改变移交方式，最大程度发挥数据价值，实现电厂全生命周期的管控一体化。本次研究以某2×660 MW超超临界空冷机组为依托，进行建设基于全生命周期的数字化移交应用和数字化电厂的研究。

关键字：全生命周期 数字化移交 数字化 智慧电厂 数字资产管理

0引言

随着互联网应用的蓬勃发展，传统工业对信息技术的引入需求亟待满足，同时“互联网+”、“物联网”等新兴行业的创新层出不穷。在国际工业制造领域，我国提出了“中国制造2025”，以数字信息为核心进行业务运作及相关管理是电厂未来智慧形态的基础。设计院、设备供货商、施工方作为电厂信息的重要来源，在传统的新建电厂数据移交模式下，提供并移交的还是纸质文档或是不可编辑、不可加工的电子文档，这些数据对于电厂来说不能充分发挥其应有的价值，更谈不上真正、全面的数字化。因此，为了建立数字化电站、智慧电厂，就必要从规划时期树立“数字化移交”概念。

1.全生命周期管理的数字化移交

电厂全生命周期数字化是以电厂设备及系统的全生命周期管理为理念，集成从设计、制造、采购、安装、建设、调试、运维、监测、检修、维护直至设备退役的全过程数字化。数字化移交是一个过程，是电厂全生命周期管理的重要环节，旨在补齐空间位置数据的短板，通过数据标准进一步整合电厂生产业务单元，实现系统的跨域异构，从源头对各阶段的数据持续收集、扩展、积累、应用及管理，打破各生产业务系统的信息孤岛，实现信息的集成、共享和数据的综合利用，以及电厂管控在真正意义上的信息化、智能化，最大限度达到电厂的安全、高效、环保运行状态。

基于全生命周期数字化移交各阶段功能：

（1）在基建期通过采用协同设计平台进行设计，提高电厂设计效率，为设计优化提供便捷，数字化模型便于实现电厂的可视化施工、运行、维护、检修仿真，极大提高电厂的工作效率。

（2）在移交过程中通过数字化模型为图纸资料、厂商资料、施工安装资料、调试资料等所有的信息资产提供统一的接入点，各类资料信息通过数字化移交平台进行融合、交互、共享、利用。

（3）在运行阶段集成电厂运行生产系统接口，提高电厂运行监控能力，调动设备各项数据源为设备检修更换提供数据支持，有助于减少设备故障停机、降低发电成本，降低发电成本、减少设备故障、最终实现电厂的安全、经济运行，以达到节能增效和环境友好的效果。

2.数字化移交的必要性

1. 设计软件不兼容

在设计阶段，不同的设计院使用的设计软件系列都会有差异，而这些不同的设计软件之间并不兼容，如不能用PDMS软件打开PDS模型。设计院为了模型的准确性通常会采用多种设计工具进行模型设计，即在同一个工厂三维设计时使用的软件既有PDMS，也有CATIA、 Revit等等。这些不同软件产生的海量三维模型和数据格式之间互不兼容，因此导致众多数据孤岛的存在。

2）多方平台数据不共享

近年来数字化技术已被广泛应用，但­由于设计方、采购施工方、发电方三方工作定位及技术应用手段的不同，很难在同一平台中进行协同工作，尤其是使用的功能软件不同，工程公司常用的是工程管理软件，运维单位常用的是运维系统软件，而这些不同功能性软件之间的数据并不能共享，工程建设阶段的管理软件数据信息无法加载到设计院提供的三维模型，设计院提供的三维模型里的设计信息工程管理软件也无法识别，不同工作内容的信息无法进行整合，多方数据分散且无法建立有效关联，很难建立有效应用。

3）信息数据丢失

由于传统移交模式通常是在电厂投运后由档案室工作人员对图纸、文档、资料等进行统一整理成非结构化的纸质或扫描件，而且这类数据只能作为存档格式，不能转化为数据，这势必会导致部分过程文档及数字化数据丢失、遗漏，如果投入人力进行转化，也将难以避免数据的丢失或者失真，就算是能够人工恢复，也会需要投入不少人力，而且并不能保证数据的准确性和完整性，这种单向断层式的数据传输方式，会导致数据恢复或还原的各项成本增加，数据的价值不能充分利用。

3.数字化移交具体应用

3.1数字化设计

在设计阶段从初步设计、司令图设计、施工图设计、竣工图设计四个阶段，采用以COMOS系统平台、PDMS布置平台、Revit建筑结构平台为主，各专业计算软件为辅，二次开发和计算接口为补充的全专业数字化协同设计，同时完成对设计属性、图纸和文档的管理；

1）全场编码

电厂编码是全生命周期数据存储和读取的基础，也是将不同阶段、不同工程对象、不同功能模块间数据信息进行互通和融合的纽带。在项目初期根据相关国家标准、行业标准和企业标准，完成对本工程的标示系统编码梳理和应用，编制标示系统编码录入工具，从设计开始以规范化、标准化的方式对各类对象进行应用、管理和自动关联。

2）精细化建模

工程在大量优化创新的基础上，针对施工图继续开展精细化设计工作，热机管道包括小径管(

(图：数据关联)

3.2 数字化移交

本项目在移交过程中主要是对模型和数据的综合管理，通过电厂标识系统对轻量化后的三维模型和设计数据、设备资料、施工资料在数字化移交平台进行整合关联，检索浏览和管理。

1）模型有效处理

三维模型作为可视化展示载体，是智慧化电厂中多项功能的基础，本项目为保障三维模型的可用性，采用高效的三维可视化系统，无缝解析设计所用的多种三维模型，同时极致轻量化三维模型中的冗余数据，使PC端和APP端都可借助终端程序强大的渲染引擎算法，实现大场景浏览。

2）数字资产管理

本项目从项目初期开始定期对设计、设备、施工、调试阶段的数据进行收集和结构化处理，通过数字化移交平台建立一个数据之间存在清晰逻辑关系的庞大数据池，为所有结构化数据资产提供统一的接入点，各类格式的数字化信息在数字化移交平台中被转换为通用格式在浏览器中显示，而不需要原有应用程序的支持，实现工程建设期的数字化成果的汇集和应用。

3）数据资料关联

本项目在数字化移交平台，以模型为载体配合电厂标识系统、文档目录等，整合和关联电厂设计、施工、采购、项目管理、调试、运维等阶段资料，形成一个包含全过程且可以一键获取全生命周期相关信息及搜索结果的数字化虚拟电厂，为电厂运行维护提供数据支持，实现电厂全面信息化的优质管理。

• 与设备属性的关联是建立在总结出的一套标准化、规范化且具有广泛适用性的属性分类表的基础上，对全厂、全专业的元件属性信息进行分类、扩充、管理。

• 与文档资料的关联是对全过程的资料收集，根据《火电建设项目文件收集档案整理规范》对资料进行整理，通过文档目录对工程对象进行关联。

• 与智能P&ID的关联主要通过三维模型和系统图中一一对应的电厂标识作为跳转标准，实现点击模型相关文件中的智能P&ID图后台直接打开对应系统图图纸，也可以通过点击智能P&ID图中的电厂标识码自动展开对应编码的可视化模型。

4）移动端应用

基于前期对模型的解析和轻量化处理的工作，平台支持移动端对模型、资料和测点的查询、搜索以、扫码定位以及SIS系统数据的实时查询，并与PC端的保持一致。移动端的开发实现了办公的便捷化，还为智能巡检提供了可能。

3.3 智慧运维

在完成数字化移交后的运维阶段是对前期工作的三维模型和数据发挥应由价值的阶段，在本阶段主要是对发电厂着重解决的运行监控和生产监控两方面进行数字化集成应用。

1）SIS系统应用

SIS系统是电厂运行维护的重要管理系统，收集处理大规模的数据，实现生产信息与管理信息的实时共享。在以SIS系统的集成当中是将测点与设备模型建立对应关联关系，并作为设备信息的一部分，选择三维模型可从监测系统或对应的数据库获取实时监测数据，并根据状态值进行排序，或靠近被检测设备模型，数字化移交平台直接获取实时数据标签显示。

2）视频监控系统应用

与视频监控系统的集成，全面提升各部门的监管水平和监管效率，增强厂区管控工作的直观可视化、统筹分析判断、科学动态指挥和快速反应处置能力。主要功能包括从现有监控系统中获取监控影像数据，在三维模型中展示，或通过视频设备列表，对相应的视频监控历史进行回放，有效地对高危风险区域作业进行监管。

3）DCS仿真培训集成

电厂的大部分设备必须连续作业，常处于易燃易爆、高温高压的环境。如果在实际的系统进行反复模拟，需要花费大量代价或者冒很大风险。仿真系统是把实际系统建立成物理模型或数学模型进行研究的一种方式，把模型试验研究的结果应用到实际系统中。

数字化移交平台和仿真系统的集成，就是增强培训的直观性和生动性，在集成中对重点培训模块进行深度探究，确定培训模块的区域、设备、功能、工作原理及操作方式，针对性的为受训者虚拟建立多种培训任务及学习任务，培训学员通过三维模型直观模拟操作设备流程，直观的掌握各个系统的工作流程及实时状态。配合数字化移交平台的人物模型或VR技术通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的感觉，进行充分的仿真运行和仿真实验，对仿真过程的虚拟的三维场景中观察和输出数据进行统计分析，用以推断所研究系统真实参数与性能。

4.总结

现代化技术正以巨大的力量逐步颠覆多个传统产业和应用方式，智慧电厂建设将是未来一段时间电力行业管理创新的一个趋势，是基于全生命周期理念长期发展的过程，因此以顶层设计目标为导向，综合分析数字化电厂具体需求，根据电厂全生命周期进程分阶段规划、模块化部署实施，具有重要的意义。

参考文献：

[1] 中国电力企业联合会.火电厂智能化技术导则.T/CEC 64-2018

[2] 中国自动化学会发电自动化专业委员会.电力行业热工自动化技术委员会..智能电厂技术发展纲要.2016

[3] 发电工程数据移交.GB/T 32575-2016