2025年2月，国内首个巨型水力发电机组智能音频巡检诊断系统在三峡左岸电站正式投入使用。
早春的峡江，碧波荡漾，两岸云雾缭绕。世界上装机容量最大的水电站——三峡电站镶嵌其中。每天，数以万计的机组设备发出各种各样的声音。哪种声响是正常的，哪种声响是异常的，能否将看不见的声音变成看得见的图案？这一三峡人多年致力于攻克的技术难题，随着音频巡检系统的使用迎刃而解。
音频巡检系统全局监测画面
“系统的投入使用，不仅提升了三峡电站运行效率与设备设施安全水平，也为大型水电站智能化运维管理带来显著变化。”三峡集团所属长江电力三峡电厂副总工程师吴礼贵说道。
“青”装上阵，解锁声音“盲盒”
高峡平湖，百年梦圆。三峡大坝巍巍矗立，犹如一条巨龙横卧在长江上。三峡电站总装机容量2250万千瓦，是我国“西电东送”和“南北互供”的骨干电源点。作为“大国重器”的运行和管理者，三峡电厂的智慧化建设步伐从未停歇过。在三峡电站，机组可靠性指标早已达到国际一流，电站精益生产管理的多项关键指标处于行业领先水平，数字化技术正逐步被应用于运行和管理中。而在设备声音监测与巡检领域，传统方法存在诸多局限性，比如监测覆盖范围有限、人工判断易受主观因素影响、难以实现即时预警等。这些局限性不仅制约了水电站的运行效率提升，还限制了设备安全水平的进一步提高。
如何打开设备声音的“盲盒”？2023年，三峡电厂成立左岸电站音频巡检研究与建设项目工作推进组，开启了智能音频巡检诊断系统的研发之路。年仅30岁的主值班曾正奇“揭榜”出任组长，带领一群怀揣梦想与热情的青年人，与国内科研单位、相关厂家一起投身于艰辛的研发中。
将看不见的声音转化为看得见的图案，这一过程通常被称为“声音可视化”或“音频可视化”，它借助计算机技术和图形算法，将声波的物理特性如振幅、频率、相位等转换为视觉元素，如颜色、形状、纹理或动画，从而使无形的声波变得有形可感。每当夜幕降临，这群平均年龄只有25岁的青年人利用休息时间，在项目研发现场，日复一日地传递手中的接力棒，多人交替轮换，保证项目持续推进。每个人各司其职，却又紧密协作，仿佛一台精密的机器，每个部件都在为共同的目标高速运转。他们各抒己见，时而为传输总长超过2万多米的电缆线路布局陷入沉思，时而因模拟出能有效降低电磁干扰的技术参数而欢呼雀跃。时间在这里仿佛失去了原有的刻度，只有对技术的热爱与对创新的追求，如同不灭的灯火，照亮着前行的道路。
三峡电厂员工在办公室进行数据模型的模拟分析
技术方案编写、系统拓扑图设计、系统信号网络组建、平台功能开发、声纹处理算法的设计与优化等，对多数成员来讲，都是第一次“吃螃蟹”。“在系统服务器网络搭建中，那些密集交织的线路和错综复杂的参数配置，让人眼花缭乱，心里没谱。”运行部员工康乐说。但他没有退缩，和大家一样从基础的网络架构知识学起，勇敢探索未知的领域，一点一滴摸索着各个组件的连接与配置方法。思路一旦打开，灵感犹如泉涌。在反复的尝试和纠错中，众人逐渐掌握了窍门。
智析声音，传感器“听诊”设备
在三峡左岸电站1号机组机头滑环室内，可以看到一个白色圆形的物件“趴”在上机架盖板上，这个物件叫贴片式骨传导声纹传感器，它与阵列声纹拾音器、边缘计算智能网关、云端服务器引擎等，共同组成了音频巡检系统。
音频巡检系统与听诊器在声音收集、传导方面有相似之处，但它的声音处理与分析非常复杂，需要机器学习算法。每时每刻，设备运行的声音会收录其中，通过拾音器采集声音，再通过专用信号电缆将设备的旋转、摩擦、流体流动等产生的声音传输到网关上。“这个过程，实际上就是把声音变成数据的过程。”康乐说。
三峡电厂员工安装音频巡检设备
边缘计算智能网关，是安装在拾音器附近区域监测箱中的正方形装置，能对拾音器采集到的音频数据进行计算、过滤、筛选，精准提取音频关键特征如频率、倒谱、幅值、相位、概率密度、峭度系数等。音频数据特征计算的结果和正样本的比对偏差往往预示着设备可能出现了故障，如同人的嗓音出现沙哑、气短等异常可能会生病一样。
在提取音频特征值的时候，团队引入了前沿的音频分析技术，如基于深度学习的AI算法等。在这一研发过程中，他们经历过很多挫折，比如，反复多次优化的算法仍未能达到预期精度、测试模型总是存在明显偏差等。面对接连的失败，曾正奇反复鼓励大家：“研发之旅肯定充满曲折与挑战，每一步都像是走钢丝，既考验着我们的智慧，更磨砺着我们的耐心。咬咬牙，坚持住，办法总比困难多。”他的话语，如同寒日里的一把火，点燃了众人心中的希望，让团队在逆境中更加坚韧不拔。他们把自己比作“听风者”，凭借深厚的专业素养与敏锐的洞察力，在复杂环境中捕捉和分析穿梭于空气之中的每一个细微声响。2024年2月，在团队的不懈努力下，提取水轮机顶盖声纹特征的最佳参数终于被发现并成功用于人工智能识别算法，为音频特征值提取奠定了坚实基础。
云端“绘声”，智解音频奥秘
云端服务器即智能声纹平台，能将数据转换成语谱图、声压图等形式，通过颜色、幅值、亮度等视觉元素来直观地展现音频信号的强度和频率等特征信息。一旦发生设备异常振动、轴承偏磨或液体气体泄漏等声响，系统将立即发出警报，精准指示故障的类型和位置。对于运维人员来说，这就像是设备发出的“求救信号”。当同一故障第二次出现时，系统会自动显示故障名称。
“设备故障的蛛丝马迹，一目了然。新接手的值班员也能像老师傅那样，一看就懂。”曾正奇喜上眉梢。
经过两年多的辛勤耕耘，科研团队终于迎来了让人心潮澎湃的瞬间。他们精心培育的“智慧之花”——一款集智能与高效于一身的音频巡检系统，在2025年的初春二月，提前一年绚烂绽放。这一刻，团队的付出与坚持得到了最好的回报，就像辛勤的园丁看到了自己培育的花朵终于盛开，心中充满了难以言传的喜悦与自豪。
音频巡检系统单台机组监测画面
“系统最大的特点是能将音频转换成可视化的声纹图谱，相当于图案，同时还具备AI自学习，故障辅助研判的功能。”三峡电厂运行部党总支书记杨鹏说。
如今，三峡电站音频巡检系统覆盖了左岸电站14台机组包含快速门、主变压器、GIS断路器、控制盘室、调速器系统、水轮机等关键设备区域。在这些区域，安装了600余个传感器以及130多台边缘计算网关。
三峡电厂员工检查音频巡检设备
音频巡检系统投入使用以来，已成功采集到了海量清晰、高质量的音频文件，提取到了频率、倒谱、幅值、相位等关键的音频特征信息，通过先进的处理与分析技术，形成独特的肉眼可见的声纹图谱。
音频巡检系统作为智能化运维管理方面的一项重要成果，将有效提升各电站的智能运维管理能力。未来，长江电力将不断完善和优化系统功能，为大国重器的安全、高效运行提供更加强有力的科技支持。
