智能化火力發(fā)電廠探討

閆鳳奎

（華電內(nèi)蒙古能源有限公司土默特發(fā)電分公司，內(nèi)蒙古包頭014300）

智能化火力發(fā)電廠探討

閆鳳奎

（華電內(nèi)蒙古能源有限公司土默特發(fā)電分公司，內(nèi)蒙古包頭014300）

從電廠基建時設(shè)備選型、設(shè)備控制、設(shè)備監(jiān)控、設(shè)備管控、經(jīng)營管理、輔助管理系統(tǒng)幾個方面，論述了火力發(fā)電廠以設(shè)備為中心的各種智能化設(shè)計，對智能化火力發(fā)電廠進(jìn)行了明晰的闡述和規(guī)劃。

火電發(fā)電廠；可視化；智能化

0　引言

智能電廠，是指以物理電廠為基礎(chǔ)，將智能控制技術(shù)，現(xiàn)場總線控制技術(shù)，現(xiàn)代先進(jìn)傳感測量技術(shù)、信息技術(shù)與物理電廠高度集成而形成，具有智能化、信息化、一體化、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等特征的新型電廠[1]。構(gòu)建數(shù)字化電廠是實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、減排，提高發(fā)電企業(yè)競爭力的重大舉措，可將我國電廠積累多年的生產(chǎn)過程自動化技術(shù)和基于微處理器的電廠自動化產(chǎn)品有機(jī)地結(jié)合在一起，對電廠用戶進(jìn)行整體自動化規(guī)劃和分工，提高電廠前期規(guī)劃水平，提高熱工自動化、電氣自動化、信息軟件實(shí)施和應(yīng)用水平，從而提高現(xiàn)代發(fā)電廠整體自動化水平[2]。現(xiàn)火電行業(yè)內(nèi)對數(shù)字化電廠提法較多，但沒有一個讓所有人都認(rèn)可的示范電廠。現(xiàn)在針對火電行業(yè)開發(fā)的先進(jìn)管理手段較多，如能對數(shù)字化信息加以綜合分析利用，就能使火電廠的生產(chǎn)運(yùn)營管理智能化。但大型火力機(jī)組設(shè)計規(guī)范中對數(shù)字化電廠沒有進(jìn)行說明和規(guī)劃，設(shè)計院也就無法在基建概算中進(jìn)行列支。本文從火電廠基建期的設(shè)計階段出發(fā)，探討了火電廠智能化的規(guī)劃，這些規(guī)劃在機(jī)組建設(shè)期間實(shí)施后，不僅能把各種思路統(tǒng)籌安排，落到實(shí)處，又能節(jié)省大量投產(chǎn)后的改造投入。

1　設(shè)備選型

設(shè)備管理是火力發(fā)電廠的管理核心，只有設(shè)備經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行才能保證生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)正常管理。設(shè)備選型首先要保證指令執(zhí)行精確、可靠，執(zhí)行特性曲線良好；二是要安全可靠、高效節(jié)能環(huán)保；三是主輔設(shè)備要有良好的通訊協(xié)議，測量元件配備齊全，設(shè)備重要運(yùn)行參數(shù)具備在線數(shù)據(jù)傳送功能，保證設(shè)備測量數(shù)據(jù)精確可靠，為設(shè)備智能化分析管理提供數(shù)據(jù)支撐。

2　設(shè)備控制系統(tǒng)

有了執(zhí)行精準(zhǔn)的現(xiàn)場設(shè)備，還要有發(fā)達(dá)的神經(jīng)控制中樞。控制系統(tǒng)主要是指DCS系統(tǒng)。現(xiàn)在全廠集中控制，主輔工藝系統(tǒng)全部使用DCS系統(tǒng)，已是新建機(jī)組設(shè)計主流，部分環(huán)境較好的系統(tǒng)可選用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，比如化學(xué)制水、NCS通訊方式。DCS邏輯組態(tài)中要融進(jìn)各種優(yōu)化調(diào)整手段，如燃燒調(diào)整優(yōu)化，能使機(jī)組達(dá)到較高的負(fù)荷響應(yīng)速率。

3　設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

對設(shè)備的監(jiān)控和管控手段是智能化電站的核心部分，對設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控是指現(xiàn)電廠SIS系統(tǒng)，現(xiàn)SIS系統(tǒng)一般電廠只用來進(jìn)行指標(biāo)或耗差管理，所起到的作用非常有限，SIS系統(tǒng)建設(shè)是起到控制系統(tǒng)與企業(yè)管理應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)橋梁的作用，現(xiàn)在的狀況是橋梁建好了，但在上面跑的數(shù)據(jù)量卻非常有限，生產(chǎn)管理人員對SIS數(shù)據(jù)的應(yīng)用與分析也非常有限。把二維的SIS系統(tǒng)畫面，轉(zhuǎn)換成三維系統(tǒng)模型，將系統(tǒng)上設(shè)備的靜態(tài)數(shù)據(jù)、實(shí)時數(shù)據(jù)均加以鏈接，系統(tǒng)即可作為實(shí)時數(shù)據(jù)的應(yīng)用平臺，又可作為設(shè)備檢修管理平臺（基本框架結(jié)構(gòu)見下圖一），那么SIS系統(tǒng)的使用率將大大提高。

（1）通過精準(zhǔn)的測量手段，可將SIS傳統(tǒng)意義上運(yùn)行管理各方面的功能加以實(shí)現(xiàn)，如：數(shù)據(jù)統(tǒng)計、性能計算、指標(biāo)分析、優(yōu)化指導(dǎo)、績效考核、安全報警管控、在線性能試驗(yàn)等。數(shù)據(jù)管理實(shí)現(xiàn)推送功能，如重要數(shù)據(jù)超標(biāo)可直接以短信形式發(fā)送給相關(guān)管理人員，超限數(shù)據(jù)也可直接在缺陷管理系統(tǒng)中自動生成設(shè)備缺陷。

（2）檢修人員將SIS系統(tǒng)作為設(shè)備管理平臺，增強(qiáng)了檢修人員對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)注度。將分散的設(shè)備臺帳、檢修記錄、圖紙資料等信息集中管理，將SIS系統(tǒng)與ERP相關(guān)聯(lián)，在設(shè)備臺帳的設(shè)備備件清單中可體現(xiàn)單體設(shè)備備件實(shí)時物資儲備情況，也可直接進(jìn)入缺陷處理界面。對SIS系統(tǒng)中重要設(shè)備進(jìn)行三維建模管理，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的動態(tài)作業(yè)指導(dǎo)書功能，即通過三維的拆解演示設(shè)備檢修全過程，并在各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢修數(shù)據(jù)的錄入與驗(yàn)收，并且數(shù)據(jù)一次錄入，各功能模塊全部共享，即保證數(shù)據(jù)的及時和真時性，也避免了檢修數(shù)據(jù)在不同的功能模塊中的重復(fù)錄入。轉(zhuǎn)動設(shè)備的豐富數(shù)據(jù)也為其劣化分析提供良好趨勢曲線。

圖1　設(shè)備管控系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

（3）真實(shí)的物理空間的三維模型，也為人員培訓(xùn)提供了良好的平臺，能夠快速提高生產(chǎn)人員對系統(tǒng)的熟悉與掌握速度。因?yàn)橛辛巳S的設(shè)備內(nèi)部模型，對一些事故或異常分析也有非常好的幫助。

4　設(shè)備管控系統(tǒng)

設(shè)備管控系統(tǒng)是指通過整合實(shí)時和歷史的數(shù)據(jù)、可視化三維在線監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析，為生產(chǎn)的檢修、運(yùn)行、燃料管理等提供執(zhí)行依據(jù)，為企業(yè)經(jīng)營提供科學(xué)可靠決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，企業(yè)經(jīng)營精益高效，基本框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

主要包括以下一些管理手段：

4.1精密點(diǎn)檢系統(tǒng)：

基建期間實(shí)施精密點(diǎn)檢工作的幾項(xiàng)優(yōu)勢及益處：

（1）能真正體現(xiàn)出精密點(diǎn)檢設(shè)備管理的精髓。生產(chǎn)實(shí)施的精密點(diǎn)檢項(xiàng)目，設(shè)備參數(shù)信息因運(yùn)行無法解體，對于用來診斷分析的設(shè)備信息無法收集，影響故障診斷精確性；而基建期可借助三大主機(jī)的制造安裝機(jī)會，利用彩色激光三維掃描技術(shù)將設(shè)備結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成三維立體模型，便于故障診斷和分析。

（2）主輔設(shè)備能夠真正實(shí)現(xiàn)全壽命周期管理。從設(shè)計階段入手，對設(shè)計合理性、制造過程中的缺陷、安裝質(zhì)量問題、設(shè)備分部試運(yùn)驗(yàn)收等設(shè)備正式投運(yùn)前的所有過程進(jìn)行全面管理，彌補(bǔ)設(shè)備管理這一階段的真空。

（3）一是信息收集全面徹底，提高設(shè)備管理手段。。可將精密點(diǎn)檢平臺作為設(shè)備管理平臺，將設(shè)備的歷史故障檢修記錄、設(shè)備信息參數(shù)及三維設(shè)備結(jié)構(gòu)圖、備品備件清單等集成在一起，做到設(shè)備信息的傳承及管理的延續(xù)性，三維結(jié)構(gòu)圖及故障庫也為人員檢修素質(zhì)培訓(xùn)提供良好的平臺。

（4）精密點(diǎn)檢可分為在線和離線兩種方式，在線是指在重要的輔機(jī)設(shè)備選型和安裝階段，要求測量元件的性能和數(shù)量要滿足分析需求，在基建期一次性安裝，避免投產(chǎn)后的重復(fù)投資，達(dá)到精密診斷的在線實(shí)時監(jiān)測和故障分析。對有備用的，停備后不影響機(jī)組出力的可采用離線監(jiān)測分析的方式。

4.2受熱面防磨防爆管理系統(tǒng)

為鍋爐的預(yù)知檢修和優(yōu)化檢修，提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。該系統(tǒng)，對高精度快速鍋爐變形診斷技術(shù)、超聲診斷技術(shù)、氧化皮檢測技術(shù)、應(yīng)力分析技術(shù)、壽命預(yù)估技術(shù)等，進(jìn)行了創(chuàng)造性地融合與研發(fā)，將靜態(tài)診斷技術(shù)與動態(tài)診斷技術(shù)，革命性地展示在實(shí)景三維環(huán)境中，成為嶄新的鍋爐金屬管控新體系。涵蓋了電廠鍋爐金屬監(jiān)督工作中的技術(shù)管理、設(shè)備管理、檢修控制、缺陷管理和專家診斷系統(tǒng)。全壽命周期地監(jiān)控金屬材料狀態(tài)和鍋爐狀態(tài)。

4.3汽輪機(jī)可視化監(jiān)控系統(tǒng)

可視化汽輪機(jī)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)完全突破了傳統(tǒng)的TDM設(shè)計思想，不再是單純的振幅報警和時頻分析圖形，而是將軸系狀態(tài)直觀形象地以三維動畫的形式呈現(xiàn)在屏幕上，同時將難以理解的時頻分析結(jié)果直接與機(jī)組的狀態(tài)聯(lián)系起來。并且能夠及時自動發(fā)現(xiàn)機(jī)組出現(xiàn)的異常現(xiàn)象，給出有針對性的處理意見，優(yōu)化機(jī)組的運(yùn)行，減少不必要的檢修和停機(jī)時間。

4.4可視化地下管網(wǎng)管理

可視化地下管網(wǎng)管理系統(tǒng)（以下簡稱：VPMS）是將可視化三維建模技術(shù)、在線地下管網(wǎng)泄漏定位、離線泄漏點(diǎn)精確定位和GIS技術(shù)相結(jié)合，讓運(yùn)維人員以透視的眼光管控廠內(nèi)的地下管網(wǎng)，不再瞎子摸象。

4.5可視化電纜管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)能夠全面提升電廠電纜故障精確定位與管理水平，讓運(yùn)維人員在三維立體空間內(nèi)，瀏覽、巡視地下電纜的走向、屬性和所連接的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電廠電纜網(wǎng)的“智能化管理”，以提高電纜網(wǎng)可的靠性，大量減少緊急搶修工作，確保機(jī)組安全運(yùn)行，大幅降低電纜網(wǎng)的維護(hù)費(fèi)用。

4.6可視化變壓器在線監(jiān)控系統(tǒng)

對變壓器油中七種組分及電磁振蕩等參數(shù)進(jìn)行交叉診斷分析，結(jié)合SIS、巡檢等其他數(shù)據(jù)，綜合診斷。對變壓器狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，發(fā)現(xiàn)故障的早期征兆及故障的發(fā)展趨勢，為變壓器狀態(tài)的準(zhǔn)確評估和檢修策略的制定提供依據(jù)。其中對變壓器采用“電磁震蕩監(jiān)測與診斷”技術(shù)，能比其他技術(shù)更早發(fā)現(xiàn)內(nèi)部故障缺陷，是國內(nèi)外最新技術(shù)。

4.7全優(yōu)潤滑油管理系統(tǒng)

系統(tǒng)以全優(yōu)管理的理念貫穿電廠潤滑油管理，通過執(zhí)行全過程管理，從設(shè)計、采購、運(yùn)輸與存儲、安裝、試驗(yàn)、運(yùn)行維護(hù)、回收利用與報廢等環(huán)節(jié)，形成有效的潤滑油閉環(huán)管理。通過激光實(shí)景三維掃描所有帶油轉(zhuǎn)動設(shè)備，構(gòu)建三維立體模型，記錄所有潤滑點(diǎn)信息。記錄相關(guān)潤滑系統(tǒng)地實(shí)際位置、尺寸，建立可視化的直觀的油路系統(tǒng)。建立全優(yōu)潤滑油管理體系，提供完整的知識體系、技術(shù)體系、管理體系，包括潤滑油管理制度、潤滑油選型意見、給油脂記錄、現(xiàn)代化分析手段、故障診斷分析、潤滑狀態(tài)評估、潤滑狀態(tài)改善等。形成“全息的”、完備的潤滑油與轉(zhuǎn)動設(shè)備的狀態(tài)信息。使維潤滑油管理實(shí)現(xiàn)可視化、信息化、規(guī)范化。進(jìn)而延長設(shè)備壽命，提高設(shè)備可靠度。對設(shè)備給油脂時通過在線的超聲檢測設(shè)備，測量軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音判斷給油脂的量，通過超聲儀器打印的聲音曲線作為給油脂工作的閉環(huán)證明材料，對給油脂工作真正的管理到位提供良好的平臺。

4.8技術(shù)監(jiān)督管理系統(tǒng)

技術(shù)監(jiān)督管理系統(tǒng)除了支持傳統(tǒng)技術(shù)監(jiān)督工作的年度計劃制定和執(zhí)行、重大隱患的跟蹤和閉環(huán)外，要對其管理功能進(jìn)行延伸，通過對SIS系統(tǒng)PI數(shù)據(jù)庫海量的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，對設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和可靠度要進(jìn)行模型化管理。例如鍋爐受熱面的使用壽命分析，在線數(shù)據(jù)有受熱面的壁溫監(jiān)測、有汽水品質(zhì)指標(biāo)、有煙氣中粉塵濃度值，通過這三方面的數(shù)據(jù)，完成可以判斷出受熱面管材的金屬老化速率、汽水腐蝕速率、煙氣磨損速率，就可以建立受熱面使用壽命模型，實(shí)時的顯示出管材的使用壽命。

通過上述介紹的設(shè)備管理手段，可對火力發(fā)電廠的主輔設(shè)備進(jìn)行全方位的智能化的管控，對設(shè)備的科學(xué)的準(zhǔn)確的分析判斷，保證設(shè)備安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，只有機(jī)組穩(wěn)定的運(yùn)行才為企業(yè)的經(jīng)營管理打下良好基礎(chǔ)。

5　經(jīng)營管理分析系統(tǒng)

現(xiàn)火力發(fā)電廠基本上都使用SAP平臺，通過ERP系統(tǒng)進(jìn)行成本管理，在ERP實(shí)施前，一定要對電廠的管理流程進(jìn)行優(yōu)化疏理，使ERP中的流程配置盡量符合本廠的實(shí)際情況。即要保證流程的科學(xué)合法規(guī)范，又要保證管理的順暢。要把企業(yè)的所有成本都納入到ERP系統(tǒng)中進(jìn)行管理，包括人資、燃料管理等，要實(shí)現(xiàn)挖掘ERP系統(tǒng)強(qiáng)大的分析功能，真正使之為企業(yè)管理提供強(qiáng)大的支撐作用。

6　網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)

采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)，為上述功能實(shí)現(xiàn)提供一個良好的信息服務(wù)平臺，并結(jié)合以下幾方面內(nèi)容。

6.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)

建設(shè)智能化電廠，一定要先做好網(wǎng)格架構(gòu)的規(guī)劃，才能保證全廠各信息系統(tǒng)的安全流暢運(yùn)行。數(shù)據(jù)中心要保證所應(yīng)用的各軟件平臺運(yùn)行速度順暢，各軟件使用相同的接口協(xié)議，保證數(shù)據(jù)共享；綜合布線要考慮數(shù)據(jù)的傳輸能力、環(huán)網(wǎng)的冗余輔設(shè)、各單體建筑的功能定位。

6.2全廠智能安防門禁系統(tǒng)

通過各入廠門崗的門閘管理和周界安防系統(tǒng)保證廠內(nèi)人員有效管理，不發(fā)生外界非法進(jìn)入。門禁系統(tǒng)要集成門禁、人資考勤、消費(fèi)等功能“一卡通”功能。

6.3全廠的無線WLAN覆蓋

在生產(chǎn)現(xiàn)場及工作區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無線信號全覆蓋，實(shí)用性較強(qiáng)，所有管理人員及檢修或運(yùn)行巡檢人員利用手持PID可在現(xiàn)場進(jìn)行缺陷、工作票簽發(fā)等工作。利用網(wǎng)絡(luò)信號實(shí)現(xiàn)耳麥對講，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的對講機(jī)聯(lián)系方式。

6.4云應(yīng)用、it運(yùn)維平臺

采用虛擬化技術(shù)，將系統(tǒng)部署到虛擬化化的高性能物理服務(wù)器上，達(dá)到高可靠、自動化運(yùn)維的目標(biāo)。終端區(qū)域按照使用用戶的數(shù)量配置瘦終端機(jī)器（只有顯示器及鍵盤），操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件的安裝使用及部署工作都運(yùn)行在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的刀片上，還可以使用移動終端、PAD、手機(jī)通過專用的安全隧道訪問、操作桌面。

6.5多媒體會議功能

多媒體會議功能的規(guī)劃，是體現(xiàn)智能化建設(shè)的重要展現(xiàn)窗口，功能區(qū)的設(shè)計即要體現(xiàn)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，又要與企業(yè)的主頁連接，能夠?qū)ζ髽I(yè)應(yīng)用的所有管理軟件平臺全部能夠演示介紹。

7　結(jié)語

上述闡述的六大方面管理功能，囊括了火力發(fā)電廠生產(chǎn)經(jīng)營管理的各個方面，現(xiàn)役機(jī)組中還沒有全面應(yīng)用的案例，如果新建機(jī)組在基建期對上述幾方面進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，會展現(xiàn)出一個智能的，管理先進(jìn)的火電廠典范，我們期待著這樣的一個示范性的火力發(fā)電廠投產(chǎn)落地。

[1]陳世和，智能電站發(fā)展現(xiàn)狀及展望[A].智能化電站技術(shù)發(fā)展研討暨電站自動化2013年會論文集[C].北京.中國會議，2013，30～40.

[2]張學(xué)孟，劉智銘.數(shù)字化電廠建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展[J].廣東電力，2012，25（9）：35～40.

Discussion on Thermal Power Plant Intelligentialize

YAN Feng-kui
（Huadian Inner Mongolia Energy Company Tumote Power Generation Branch，Baotou 014300，China）

This paper discusses variety kinds of intelligent design oriented with equipments，from the aspects of equipment selection when infrastructure，equipment control，equipment monitoring，equipment control，management and support management system，it also offers a clear explanation and planning of the intelligent power plant.

power Plants；visualization；intelligentialize

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.05.010

TM76

B

2095-3429（2015）05-0041-04

閆鳳奎（1974-），男，內(nèi)蒙古包頭人，碩士研究生，工程師，從事火力發(fā)電設(shè)備管理工作。

2015-06-30

2015-10-09