熱電聯產機組實時監測數據有效性診斷

李長春

（大唐江蘇發電有限公司，江蘇南京210011）

熱電聯產機組實時監測數據有效性診斷

李長春

（大唐江蘇發電有限公司，江蘇南京210011）

提出了一種熱電管理信息系統在線監測數據有效性診斷方法，依據質量守恒和能量守恒等基本原理，利用熱力系統各參數之間的關聯性，及時對系統在線采集的異常數據進行辨識診斷并發出提示，在此基礎上再由專業人員進行人工確認與處理。對熱電機組信息管理系統相關參數測量儀器的故障診斷和維護有輔助作用，具有良好的實用和推廣價值。

熱電聯產；在線監測；有效性

江蘇省熱電機組運行管理信息系統通過各種網絡技術手段，實時采集省內所有并網熱電機組的運行參數，監測其發電和供熱情況，對熱電比和熱效率進行跟蹤計算［1］，按照國家規定的統一評價指標進行全省熱電廠的發電計劃管理和費用結算，從而達到優化能源結構、科學合理引導的目的，支持和促進熱電聯產事業的健康發展。

1　系統采集數據及常見問題

熱電機組管理信息系統實時采集的數據有各臺鍋爐的主汽流量、主汽壓力、主汽溫度，各臺汽機的進汽流量、供熱抽汽壓力、供熱抽汽溫度、供熱抽汽流量，各臺發電機的有功功率等，如圖1所示。

圖1　系統采集的主要參數

在系統日常運行過程中難免會出現儀表故障、變送器飄移、數據傳輸等異常。這就會造成系統采集數據失真或中斷，導致部分時段系統統計結果與實際情況不完全相符，嚴重時甚至會造成達標考核結果不可靠。因此對從分布于各個熱電廠的子站實時采集數據進行有效性診斷，及時分析數據異常原因并進行處理，就成為系統維護過程中必須解決的首要問題。

2　有效性診斷的方法

系統采集數據有效性診斷，包括3方面內容：數據檢測、不良數據定位和重構。隨著計算機信息技術發展，不良數據檢驗引起了國內外學者和研究人員的重視，并發展了多種方法：（1）基于硬件冗余的實踐互相判別法；（2）由統計學發展而成的基于采樣數據時間序列關系的AR，ARM及Kalman等時間序列預測模型法；（3）基于采樣數據的相關性分析PCA方法等。

基于硬件冗余的實踐互相判別法的應用前提是需要增加一次元件，這樣會增加監測系統投資，對開發本文所述的監測系統顯然不適用；對于AR，ARM及Kalman和PCA方法，雖然它們已經形成了較為成熟的預測模型和計算軟件，但由于前置處理軟件需要耗費大量的計算用時，且這些方法有的僅僅適用于關鍵參數的校驗，對電站熱力系統參數之間普遍存在的相關性，不能完全滿足數據檢驗要求，而根據電站對象物理機理模型建立的基準參數預測法克服了上述方法的不足，能較好解決電站熱力系統不良數據的校驗問題，如對汽輪機熱力系統各參數和通流部分熱力數據的有效性診斷等。

3　診斷依據及主要步驟

3.1理論依據

進行測點數據有效性診斷的理論依據主要有閾值分析方法、質量守恒定律、能量守恒定律。

（1）閾值分析方法。根據數據本身所代表的物理意義，確定數據的有效性范圍。

（2）質量守恒定律。穩定工況下，進入汽輪機系統的總質量流量與流出汽輪機系統的總質量流量相等。

（3）能量守恒定律。能量既不會憑空產生，也不會憑空消滅，它只能從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量不變。

3.2主要步驟

3.2.1數據量程校驗

中國互聯網絡信息中心(CNNIC)報告數據顯示，截至2017年12月，網絡直播用戶達到4.22億，幾乎占了網民總體的一半，其中，主要是游戲直播用戶和真人秀直播用戶。2016年網絡直播進入商業化模式，越來越多的企業也采用網絡直播等營銷手段。網絡直播不僅僅可以讓學生張揚自己的個性，很多學生也利用網絡直播這個平臺賺取了不少費用，為父母減輕了部分經濟壓力。所以，網絡直播很受大學生的歡迎。

應用于電站系統的控制系統的壓力、溫度、流量、液位、功率、閥位、電量等輸出信號均可以轉化為4～20 mA信號或數字信號，對應該參數的工程單位量程范圍，數據校驗的第一步就是對這些參數進行量程校驗。如果該參數不在量程范圍內，則給出不合格標志（越上限、越下限）。

例如，某個時段采集的供熱蒸汽流量為-20 t/h，則該測點存在異常。供熱蒸汽流量的范圍應在0到最大設計供熱量之間。再如某機組額定主汽溫度為450℃，則供熱蒸汽溫度的范圍應100～450℃，如抽汽供熱蒸汽溫度長期超過450℃，則該測點可能存在異常。

3.2.2時間序列檢查

根據數據的時間序列進行檢測，機組的運行具有連續性，表現為參數的變化亦具有時間上的繼承性，利用時間序列集群動態冗余互備技術［2］，可以對數據的異常跳變予以剔除。對于流量、壓力等熱力參數，實際運行過程中，即使工況穩定，數值也不可能一成不變，而是存在小幅波動，若數據一直恒定不變，則很可能是測點存在異常。

3.2.3數據關聯校驗

基于機組運行中工況參數之間的動態關聯的邏輯關系，進行數據驗證和判斷，分析設備運行的狀態，對異常數據進行報警［3］。由于熱力系統運行工藝的關系，工況參數相互之間存在著物理關聯性，在正常的生產過程中，工況參數實時動態變化，相互之間也能保持邏輯上的關聯性。正是由于這些工況參數之間的關聯，可以建立可靠的動態分析驗證模型，及時發現單個熱工異常參數并可以通過分析進行定量監管。

每臺供熱機組都有與之對應的運行工況圖，它表示供熱機組的電功率、主蒸汽流量及供熱抽汽流量之間的相互關系及全部可能發生的工況范圍。單抽汽式供熱汽輪機工況圖如圖2所示。

圖2單抽汽式供熱汽輪機工況圖

圖2中，橫坐標為發電機電功率，縱坐標為蒸汽流量。De=x為抽汽流量定值工況線；De=0為凝汽工況線；為鍋爐最低穩燃蒸發量；最大進汽流量；DⅡ=為凝汽量定值工況線；DⅡ=0為最小凝汽量工況線。系統采集的汽輪機進汽量、供熱抽汽量與汽輪發電機組電功率3者的關系與工況圖基本對應，則數據有效，若嚴重偏離工況圖，則必定存在異常。

從工程實際采集的數據計算等式不可能完全相等，系統設定若等式兩邊數值相差超過一定限值，則系統判斷測點數據有異常。

4　實施情況及效果

4.1故障診斷示例1

某熱電企業，3爐2機母管制運行，2臺機組的抽汽量分別為53.3 t/h和48.9 t/h，而全廠對外供熱母管的蒸汽流量卻顯示為0 t/h，如圖3所示。數據有效性系統診斷為質量不守恒，并發出報警。

圖3　數據采集故障示例1

經專業人員現場確認為母管流量變送器在室外遭受雷擊損壞，使得流量顯示為0。利用各供熱支管關口計量的蒸汽流量求和，推算得母管的流量為101.4 t/h，與2臺機組抽汽量之和一致。

4.1故障診斷示例2

某熱電企業，2號汽輪機進汽量為167.7 t/h，抽汽供熱流量為67 t/h，而2號發電機有功功率卻為0 MW，如圖4所示。根據采集的2號汽輪機進汽、抽汽蒸汽參數推算，2號發電機功率應在26 MW左右，數據有效性診斷系統發出能量不平衡報警。

圖4　數據采集故障示例2

經檢查發現，該機組EMS功率采集系統故障，導致采集數據顯示為0 MW。當時機組處于并網運行狀態，發電機的實際有功功率為26.8 MW。EMS功率采集系統故障消除后，數據傳輸正常。

通過熱電機組管理信息系統實時采集數據的有效性診斷，實現對異常數據的監控和分析，有效提高了系統維護人員在處理故障時的針對性，協助維護人員在第一時間發現異常數據，及時分析處理。確保系統監測數據的可靠、客觀、公正，最大限度避免了事后申訴。

5　結束語

熱電機組信息管理系統實時采集數據有效性診斷的方法，使得系統的計算精度和可靠性有了很大的提高。采用本文方案構建的熱電聯產機組性能實時采集數據有效性診斷，己經成功應用于江蘇省熱電機組運行管理信息系統，并取得了良好的連續運行業績。機組實時采集數據有效性診斷方法，還可以用在燃煤鍋爐煙氣脫硫、脫硝以及除塵監控系統的數據診斷之中，與傳統的只監測排放口參數相比，對脫硫、脫硝以及除塵系統運行數據有效性進行診斷，發現異常數據及時發出提醒，從而實現了由結果監管向過程監管的轉變。

［1］郭振宇，司風琪，徐治皋，等.跨地域熱電聯產機組實時監測系統的開發與應用［J］.電力系統自動化.2010，34（3）：107-111.

［2］彭 暉，趙家慶，王昌頻，等.大型地區電網調度控制系統海量歷史數據處理技術［J］.江蘇電機工程，2014，33（5）：11-14.

［3］梁 棟，張宇峰，袁慎芳，等.基于異常識別和關聯分析的橋梁數據復合診斷［J］.振動、測試與診斷，2012，32（3）：402-407.

李長春（1980），男，江蘇鹽城人，工程師，從事設備管理工作。

Data Validation Diagnostic of the Real-time Supervising System for Cogeneration Units

LI Changchun
（Datang Jiangsu Power Generation Co.Ltd.，Nanjing 210011，China）

This paper proposed an on-line data validation diagnostic method on thermoelectric information management system，based on the principle of the conservation of mass and energy.With the relations among parameters of thermal system，the method can diagnose and warn of the on-line acquired abnormal data，then the validation and treatment can be made by professionals.The method proposed was useful to fault diagnose and maintain the measurement instruments of information management system of thermal power units，which has high practical value.

cogeneration；on-line monitoring；effectiveness

TM621

B

1009-0665（2016）04-0098-03

2016-04-07；修回日期：2016-05-20