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电力领域出了一个国际级领先技术

科技 2024-11-14 19:31 北京

文丨胡清雨

雅砻河，藏语意为“从上游下来的大河”，发源于雅拉香波山，在藏族历史上极为有名。

虽然全长仅68公里，海拔3500米，山上终年冰雪覆顶，云雾缭绕。

雅砻江水电站是流域发电公司，很多水电站海拔很高，比如两河口水电站是我国海拔最高的百万千瓦级水电站，这种高海拔的地方不适合人长期在现场进行巡检，要少人化、无人化。

而少人化、无人化的前提是要有早期故障的自我感知能力。水电站场景很大，声音是非常重要的现场巡检手段。

现在来到雅砻江，这里已经建立了一套异常信号的自我感知系统，利用大数据、人工智能机器声纹识别等技术，针对水轮机、发电机、水泵、阀门等进行智能监测。

系统交付时都会提供一套数字孪生作为展示，水轮机每一个部件的实时健康状态会在数字孪生体上实时展现。针对尾水门泄露，测试准确率接近百分之百。

而这套智能机器声纹识别的提供商，就是我们这次探访主要对象 —— 华控智加。

01 技术痛点是机会

什么是风电、水电、火电、核电等这些行业普遍存在一些痛点？

第一，计划性维护，依靠人工进行巡检，靠经验判断。设备早期故障很难预测，往往到了比较明显的中晚期才能被发现。

第二，大型设备一旦出现故障，损失比较大，比如大型水电机组停机一天损失可能达到500万，维修一次可能需要十天甚至更长时间，代价非常大。

第三，大型设备能耗很高。目前对于能耗管理缺少有效手段，降耗的压力比较大。

另外，对于早期故障的识别，传统方法往往难以奏效，等到故障比较明显才能识别出来，缺少相应手段也缺少相关能力，尤其是缺少先进的故障预测和推理决策技术，无法实现预测性运维。

而华控智加就是看到这样痛点和机会。

华控智加是一家人工智能和工业互联网企业，专注于解决工业领域重大装备运维面临的难点，通过自主研发基于机器声纹的工业装备智慧大脑等科技成果。核心技术源于清华，采用了独有的细微特征提取方法，能够超早期地发现设备故障并进行精准预测。

相比于行业其他企业主要采用的开放式噪音监测方法，华控智加系统能够提取到设备内部的细微特征信号，比外部环境更早发现设备故障问题。

华控智加团队以清华大学、中国科学院毕业的博士和硕士为主，研发人员占比超过70%，团队具备多年低资源非协作AI算法研究基础和科研积累，以及语音和音频技术研发经验。

这次探访，我们见到了华控智加联合创始人、CEO刘德广，毕业于清华大学核研院，同时还任清华校友总会AI大数据专委会副秘书长。

02 合适客户更重要

成立于2018年5月的北京华控智加科技有限公司，是清华大学科技成果转化并投资孵化的企业。

通过声音、振动等多传感器融合，把低资源非协作人工智能应用于火电、风电、水电、化工等行业，给工业互联网提供设备感知层，建立工业设备的智慧大脑，在设备故障早期预警预测，保障设备良好运行。

工业场景噪音大、干扰多，设备也不会和人进行配合，如何在这种场景下把人工智能用好，是全球人工智能的一个难点。

大型设备故障类型很多，每种故障表现出来的信号形式也不一样。这些场景需要不同的传感器，把声音振动、温度、电流、电压、转速、光谱等各种信号融合在一起，才适合大型装备的整体运维。

华控智加开发了一系列智能终端，可以对设备内在状态进行声阵列成像，就像工业B超一样，把设备内在状态展示出来；同时，对设备进行外在主动视觉的多光谱成像，结合知识图谱进行推理决策，发现问题、解决问题；再应用数字孪生进行展示，把设备健康状态展示出来并对能耗进行预测。

华控智加的解决方案能够解决以上痛点，实现在设备故障的超早期阶段进行诊断，并且进行智能运维，在提高安全性的同时，起到节能增效减排的效果。

具体技术方案是加装智能传感器采集多维数据，包括感知数据和工况数据。

感知数据包括声音、振动、温度、图像等，就像维护人员在现场一样，只是人变成了传感器。结合设备运行的工况数据，把这些数据融合起来综合建模，经过细微特征提取，低资源非协作的深度学习，然后应用知识图谱进行推理和决策。

实现四个方面的效果：

一是设备有没有异常；

二是什么原因导致的异常；

三是设备总体健康度如何；

四是智能运维，如何节能降耗减排。

在商业化的过程中，华控智加将重点放在了生产制造领域、能源行业。

“从国之重器入手”是华控智加找到的发展路径，能源行业中对大型设备装备的需求量大，对设备安全性及可靠性的要求也极高，以往技术相对传统，华控智加刚好适合。

通过使用人工智能技术对新能源行业赋能，帮助能源企业减少人工巡检工作量，实现数字化、智能化转型升级。

目前已在国家电网、国家电投、国家能源集团、京能集团、雅砻江水电、中国煤科、三峡等企业投入应用，效果反馈非常不错。

探访案例依然是最好的说明。

03 保持技术力

华控智加目前已经在多家能源集团有了批量化应用，像国电投、大唐等等。

这套系统已经介入到了风场在基建期的应用，目前订单已经有几百台规模，一些风场已经开始前装，包括海上风电场。

可以监测桨叶有没有裂纹、有没有覆冰、有没有被雷击，同时可以对变桨系统、偏航系统、轴承、齿轮箱、发电机等进行全面的监测。

交付时有一套数字孪生系统，展示风机各部件的实时健康状态。

火力发电行业以火电厂磨煤机的运维为例，现在全球都是计划性维护，一年大修一次，一个季度检修一次，每天人工巡检。现场噪音很大，有时候能到八九十分贝，但又必须依靠人工，靠耳朵听、靠经验判断。

为什么没有传感器放到设备内去监测呢？因为磨煤机的外壳温度有时候能达到七、八十度，内在温度就更高了，所以传感器放不进去。

华控智加通过在每台磨煤机外壳上加装多组传感器，实时监测相关的多维信号，结合ERP等相关数据综合建模。

客户最关注的指标是磨辊的磨损度，要定量化检测。每过十毫米，我们要提示一下，磨辊一般是100毫米，磨损度超过50毫米就不可修复了。每台磨煤机有八个核心部件，三个磨辊，一个电机，一个减速机。

华控智加在每个部件采集相关数据，结合后台数据综合建模，可以看到每一个部件的实时健康状态。健康透视功能就像CT一样，可以告诉你哪个位置出现了什么问题，再结合知识图谱进行推理决策，通过什么样的技术手段怎么去解决这个问题。

经过一定时间数据的积累，系统功能会非常强大，新来的员工不需要太多经验就可以很快上手。

曾经有一次，一台磨煤机能耗一直很高，但其他指标都很正常。通过分析，最后推导出设备安装时磨盘没有对准，检修结果也证明了华控智加的结论。

不得不说，这次探访华控智加还是带来了不少的技术领域的认知。

创业公司都讲核心竞争力，以前很多是模式创新，现在到了硬科技时代，在硬科技方面必须要有自己的支撑点。

就像华控智加最重要的能力是算法能力，比如“细微特征提取能力”、“低资源非协作人工智能算法”等。华控智加已被科技部立项为第一批的颠覆性技术，承担了国家重点研发计划“颠覆性技术创新重点专项”，在国际权威声学竞争DCASE 2024评测中，获得了双赛道的全球第一。

工业场景下，像大型水轮机、大型特高压超高压变压器，设计的使用寿命很长，设备可靠性绝大部分都很高，不容易坏。而如何通过有限的样本把模型训练好，考验的是算法的能力。

也期待，未来能有更多具有真正技术创新能力企业涌现。

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