火力發電廠廠用輔機電能監督管理系統的開發及應用

吳欣，萬祖明，吳寧，余磊，梁慧先

(1.華電滕州新源熱電有限公司，山東 滕州 277599； 2.棗莊電力公司，山東 棗莊 277100；3.華電燃料物流公司秦皇島分公司，河北 秦皇島 066000)

0 引言

華電滕州新源熱電有限公司目前在役機組共930 MW，分兩期建成。一期2臺超高壓150 MW機組2003年投產，二期2臺亞臨界315 MW機組2006年投產。機組投產之初，輔機電能收集記錄采用傳統的抄表和人工計算方式，不能夠滿足動態分析管理的需要，亟須建立一套準確、可靠的電量數據自動采集分析系統，來完成對輔機電能使用合理性的管理。

通過自動化手段實現輔機電量報表自動更新、電量平衡分析、輔機耗電率在線監督、輔機電量指標競賽自動更新等功能，通過電能自動化采集降低生產數據收集分析成本，可以實現公司生產管理的自動化、準確化和科學化。

1 輔機電能監督管理系統存在的問題

廠用輔機電量收集采用傳統的人工定時抄表、手動計算方式，存在4個方面的問題。

(1)電能抄錄、計算、登記報表時間長，流程繁瑣，管理人員須通過運行日報表收集相關電量報表數據，再手動錄入完成相關的數據指標分析計算，重復性工作多。

(2)人為讀數誤差和書寫計算錯誤難以杜絕，準確性靠運行人員的工作態度保障，輔機電量計算偏差大。依托手工采集的電能數據進行指標競賽，公平性難以保證。

(3)僅能提供按運行輪值抄錄的數據，不能及時提供輔機方式優化所需數據。

(4)數據資源共享性差，不能實時查詢、分析，歷史追溯和統計管理困難。

2 廠用輔機電能管理現狀

2.1 一期機組輔機電能管理現狀

一期機組所有廠用輔機沒有配置專用電能表，電能數據依靠專用的電氣監控管理系統采集廠用輔機6 kV開關綜合保護測量裝置電壓、電流數據計算而得；通過工控管理機手動抄表，人工計算，形成報表數據；脫硫系統為技改后新增設備，脫硫輔機電能數據沒有接入電廠電氣監控管理系統。

根據現場實際情況，制訂了2套方案，分析其可行性。

表1 一期電能采集實施方案分析

通過技術經濟比較，確定實施方案1：對數據采集單元進行擴展，將系統升級為江蘇金智科技股份有限公司生產的DCAP-4000發電廠電氣監控管理系統，通過該系統的用于過程控制的對象鏈接與嵌入(OPC)服務功能把數據送至公司生產實時信息(PI)系統，需要數據的用戶可以自由取數。系統總體設計方案如圖1所示。

圖1 一期機組廠用輔機電能監督管理系統

2.2 二期機組輔機電能管理現狀分析

二期機組廠用輔機配置專用電能表，通過現場手動抄表，人工計算，形成報表數據；6 kV開關綜合保護裝置雖然具備電能采集功能，但版本較低；二期脫硫輔機沒有配置專用電能表，電能數據需要從綜合保護裝置抄錄。

根據現場實際情況，制訂了2套方案，分析其可行性。

表2 二期電能采集實施方案分析

經綜合比較，確定實施方案2：配置獨立的intouch電能采集系統，增加脫硫輔機電能表，通過該系統的OPC服務功能把數據送至公司PI系統，需要數據的用戶可以自由取數。系統總體設計方案如圖2所示。

圖2 二期機組廠用輔機電能監督管理系統

3 技術改造過程

以該公司二期機組輔機電能采集系統為例進行說明。

3.1 安裝硬件設備及通信接口工作

(1)在鍋爐電子間新增一面專用輔機電量采集器屏，用以布置光電模塊、DC2000采集器以及后臺管理機。

(2)在二期機組脫硫6 kV開關柜安裝多功能網絡儀表PD6804-9SYD、通信線和光電模塊。 多功能網絡儀表為采用三相四線制數字式的多功能電表[1]，按照DL/T 448—2016《電能計量裝置技術管理規程》[2]規定的電壓、電流測量精度0.2級、有功電能精度0.5級的要求，具備電壓、電流、功率因數、有功功率、無功功率的測量及顯示功能，具備有功電量、無功電量的計量及顯示功能。

(3)二期機組主要輔機所配置的電能表具有RS485通信接口功能，滿足通信協議要求，在6 kV開關柜內安裝了通信線和光電模塊，構建起現場數據傳輸網絡。

(4)就地輔機電能表通過RS485通信線及光纖通信接入采集器DC2000，實現電能表和多功能網絡儀表的電量采集。采集器經網絡通信將采集的電量上傳至后臺管理機intouch電能采集系統。intouch電能采集系統能連續采集數據，從各輔機電能表采集至傳輸終端，采樣周期及傳輸延時小于1 min。

3.2 建立數據庫系統，實現資源共享

(1)在后臺管理機intouch電能采集系統中建立輔機實時電量顯示界面，實現電量數據終端機在線監督。

(2)在后臺管理機安裝PI系統接口程序OPC鏈接，實現電量數據與PI系統通信。

(3)在生產實時數據庫中配置輔機電量點名，點名配置按照電氣一次接線圖順序排列。后臺管理機啟動運行正常后，只要開啟PI系統接口程序OPC鏈接，即可實現后臺機實時上傳發布電能數據，PI系統實時接收數據，做到數據資源共享。

(4)公司各部門所使用的軟件系統可以通過該平臺接口實現信息的即時通信，按照各自需求管理相應業務。

4 綜合分析應用

在電能采集基本功能的基礎上，進行應用二次開發，實現了電能數據與熱機實時數據的互相支援，提高了分析數據的完備性。

4.1 應用案例1

工作小組編制了廠用輔機電能監督管理系統報表，報表分為底碼錄入、電量日報、電能平衡及表計監督、實時能耗4大板塊。通過程序鏈接，實現發電量、上網電量、廠用電率、輔機能耗、電量平衡的自動更新。公司辦公網絡內任一辦公電腦中安裝2003以上版本Excel程序及PI Datalink插件后，即可使用廠用輔機電能監督管理系統報表，查詢實時、歷史電量數據。

操作方法。

(1)打開廠用輔機電能監督管理系統報表程序，選擇“工具/加載宏”按鈕，“√”選“PI Data-link”。

(2)在底碼錄入區輸入當日報表中發電量、上網電量、主變壓器電量、高壓廠用變壓器電量、高壓備用變壓器電量底碼。

(3)在動力報表中選擇報表日期，電量數據將會根據報表中的日期自動加載更新。

通過報表中的電量平衡棒形圖可以判斷表計使用情況，監督廠用電能平衡的情況，同時還可以查詢系統運行后各時段的機組各輔機實時能耗分布情況、電能平衡情況[3]。

4.2 應用案例2

電量數據實現生產實時系統資源共享，公司小指標競賽管理系統的電能及輔機耗電率采用電能量采集系統的數據，數據指標計算、分析更加實時、精確，提高了指標競賽管理系統的公信力。

廠用輔機電能監督管理系統投運后，與原生產實時系統的熱機測點相結合，搭建輔機能耗管控平臺，輔機電能使用更加合理，同時還實現了節能潛力分析。

4.3 應用案例3

與冷端原有測點結合，自動采集冷端運行參數和電能數據，根據機組負荷率及環境因素，綜合考慮主機效率和輔機耗電情況，在線量化分析循環水泵的運行方式[4]。

4.4 應用案例4

自動采集引/送風機、煙氣處理系統耗用電能及相關參數，檢查變氧量運行下的節能潛力，并定量分析爐膛總阻力變化對輔機能耗的影響[5]。

4.5 應用案例5

自動采集輔機電能、運行電壓及電流等相關參數，計算輔機的運行功率因數，可為大電機無功分布補償節能提供補償設備選型依據[6]。

4.6 應用案例6

空氣壓縮機運行過程中，受控制方式及用戶的不確定性影響，存在空載運行時間。空載運行時需要消耗電能，但對工藝流程不起到實際作用，降低了空氣壓縮機運行的效率。通過采集電能數據及運行數據，量化給出了空氣壓縮機控制回路改造的節能收益。

5 廠用輔機電能監督管理系統應用效果

華電滕州新源熱電有限公司依托網絡技術建立了一套準確、可靠的廠用輔機電量數據采集、管理系統，實現輔機電量報表自動更新、電量平衡分析、輔機耗電率在線監督、輔機電量指標競賽自動更新。該體系在公司生產管理推廣應用后效果如下。

(1)降低了相關人員抄算表工作量，避免了抄算表誤差，提高了班組指標競賽的公平性和科學性。

(2)實現了電量數據資源有效共享，改進了公司電能管理模式，提高了工作效率。能夠對全公司輔機能耗情況進行科學管控，在國家環保要求日益嚴格、煙氣處理設備耗能增加的前提下，2013—2016年，發電廠用電率逐年下降，3年累計節約成本約1 400萬元。

(3)與熱機測點數據相結合，通過對其運行狀態的分析組建數學模型，搭建輔機能耗的實時分析管控平臺，為企業實施電力需求側管理奠定基礎。

(4)實現了公司用電成本的實時計算，為公司電機能效提升方案制定和實施、電力需求側管理和智能化電廠建設奠定了基礎。

參考文獻：

[1]多功能電能表：DL/T 614—2007[S].

[2]電能計量裝置技術管理規程：DL/T 448—2016[S].

[3]用電設備電能平衡通則：GB/T 8222—2008[S].

[4]評價企業合理用電技術導則：GB/T 3485—1998[S].

[5]風機機組與管網系統節能監測：GB/T 15913—2009[S].

[6]李世林，劉軍成.電能質量國家標準應用手冊[M].北京：中國標準出版社，2007.