1 000 MW二次再熱機組智慧電廠建設

齊海艷

（廣東大唐國際雷州發電有限責任公司，廣東 雷州 524255）

0 引 言

智慧電廠是在數字化電廠的基礎上，利用物聯網技術、人工智能、大數據分析、云計算等信息化、虛擬現實等技術加強信息管理和服務，以提高生產過程的可控性、減少人工干預，通過智慧決策對系統運行狀態提供優化，從而提高系統的經濟性和安全性。智慧電廠具有數字化、信息化、可視化和智能化等特點，可最大限度實現電廠安全、經濟、高效與環保運行。因此，智慧化電廠是適應現代社會發展要求的一種自動化、智能化和集約化的現代化電廠，也是我國電力改革的重要產物，有效推動了我國電力事業的健康、快速發展。

智能系統始于感知，精于計算，巧于決策，勤于執行，善于學習。通過智慧電廠的智慧管理，要科學制定生產計劃，構建高效節能、綠色環保的人性化電廠。智慧電廠的最終目標是實現少人值守，初步目標是電廠工作人員在智能系統的引導下，實現安全、經濟、環保運行。因此，智慧電廠是未來的發展目標。

1 智慧電廠的建設規劃

智慧化電廠建設通過智能檢測、智能識別、智能控制、智能管控和智能決策五個方面來構建智慧電廠的主要框架，如圖1所示。

（1）智能檢測：利用現代化智能儀表和設備構建智慧電廠基礎，通過現場總線技術將現場設備各項參數統計分析并實時上傳至DCS、NCS等系統，建立全廠大數據平臺，為智能控制、智能決策系統提供數據支持。

（2）智能識別：依托全廠三維數字化平臺，結合二維碼識別技術，將現場設備的三維模型、二維碼標識和圖紙資料等電子文檔三者有效結合，形成完善的電子數據圖書館。電廠工作人員既可以通過三維模型調取設備的各種資料，也可以通過就地設備的二維碼查看設備說明書、圖紙、檢修記錄、檢修方案和作業指導書等相關文件，從而為設備檢修和人員培訓奠定基礎。

圖1 智慧電廠建設方案

（3）智能控制：在全廠大數據平臺的基礎上，通過對數據的深入分析，利用先進的預測控制、模糊控制、神經網絡控制和遺傳算法等，對系統運行進行優化，挖掘設備潛能，提升設備的工作效率。結合對設備的狀態進行檢測和數據統計分析，實現設備故障預警和計劃檢修，提高設備安全性和使用壽命。

（4）智能管控：通過無線WiFi和藍牙等通信手段，將全廠三維系統、門禁系統、人員定位系統和兩票系統有效結合。在全廠三維模型上顯示廠區人員的實時位置和路線，同時以兩票系統的許可工作時間和結束時間作為時間要素，以工作票的設備工藝位置作為空間要素，在三維虛擬電廠中以時間要素和空間要素生成虛擬電子圍欄。授權相應的工作人員，對闖入的非授權人員進行報警和監控，為智慧電廠提供安全保障。

（5）智能決策：以關注數據的診斷、分析為己任，集科學、有效、便捷的數據診斷、分析方法于一身，以企業已有信息系統為數據源，通過對已有數據的診斷、分析、報告，既提升原有系統的效用，又為決策活動提供有力的信息支持，通過對信息化數據的深度分析，幫助企業實現績效的科學管理。

2 智慧電廠的具體建設方案

為實現智慧電廠的框架建設，雷州公司智慧電廠主要從11個方面進行建設。

2.1 三維數字化管理平臺系統集成及擴展

構建全廠三維模型，三維立體地展示整個電廠的設備分布情況和設施的運行狀態，實現對三維模型的縮放、旋轉、步行漫游等瀏覽功能。通過KKS結構樹，可查看設備級、系統級、機組級等不同層次的設備；利用三維軟件強大的畫圖功能，對廠區復雜設備進行精細化建模，在軟件平臺實現設備內部結構的精細可視化。三維數字化平臺通過數據接口與外部各種數據源互聯互通，集成設備實時數據信息，完成對各個系統的數據整合，從而實現對數據的深度挖掘利用。此外，檢測設備的運行狀態，實現設備故障預警，制定檢修計劃和檢修方案，用以指導設備檢修。

2.2 廠區人員定位系統

基于WiFi+GPS/BDS+慣導IMU定位解決方案，通過廠區WiFi/AP熱點上傳廠區人員實時位置，并在全廠三維模型上顯示廠區人員的實時位置和路線。利用人員定位技術對廠區生產現場進行劃分，并對生產、維護人員、管理人員的位置和路線實施定位管控。人員定位系統同時為工作區域風險管理系統和智能點檢系統提供人員定位信息。

現場人員的移動設備可以和數字化電廠數據管理平臺相連。當人員到現場進行巡檢、點檢或者檢修工作到達相應位置時，可將現場正在進行的運行操作、檢修工作、風險預控措施等信息推送到手機，從而對現場情況進行綜合信息提示，以便于現場工作的具體組織開展。通過人員佩戴的手環，還可以監護人員的姿態站立、蹲下、倒臥等狀態，提高對人員的安全防護水平。

2.3 工作區域風險智能管理系統

作業區域風險智能管理系統以人員定位系統、門禁系統以及兩票系統為基礎。通過人員定位系統確定工作人員的實時位置，以兩票系統的許可工作時間和結束時間為時間要素，以工作票的設備工藝位置為空間要素，在三維虛擬電廠中以時間要素和空間要素自動生成虛擬電子圍欄。授權相應的工作人員，對闖入的非授權人員進行報警和監控，防止非授權人員誤入設備間造成誤操作。在多張工作票工作時，若虛擬電子圍欄區域出現部分重疊，則進行有效預警，提醒存在交叉作業風險，進而有效避免安全隱患。人員定位系統還和門禁系統聯動，有效限制重大風險作業區域人員數量，在區域達到設定人數后，門禁系統禁止人員進入。

風險智能管理系統可以根據高風險作業（如有限空間作業、易燃易爆區域作業、有毒區域作業等）監護要求，對相關監護人員和安全管理進行信息推送，提醒監護人員和安全管理人員到位。相關人員不到位或者特殊區域（如氫站）總人數超過規定的，系統將發出報警。

針對高風險作業區域，風險智能管理系統可以實現視頻監控聯動，根據工作票工作地點，調取周邊視頻監控系統，實現高風險作業的全程實時監控。

2.4 基于三維數字化平臺的設備全生命周期管理臺賬

基于三維數字化平臺強大的數據管理和整合功能，從基建期開始整合收集設備的設計資料、廠家資料、安裝調試數據、檢修維護規程以及設備運行后的檢修記錄等資料，建立一個系統化、立體化和動態化的設備全生命周期管理臺賬。特別是對鍋爐受熱面、高壓管道焊口資料的收集，重點包括焊口位置、管道材質、焊接的工藝處理、焊接檢測報告等，在焊口達到計劃檢測時間時，自動報送檢測計劃列表。依托三維數字化檔案的查詢功能和三維模型關聯功能，可以通過點擊三維系統上的某個設備調取指定設備設備臺賬，提高設備管理臺賬的檢索效率。管理平臺還可以根據檢修記錄統計設備檢修頻率，自動規劃設備檢修周期和檢修部位，特別是針對全廠的壓力容器和安全閥門，達到維護周期時，自動推送計劃檢修通知，督促落實定期維護工作。

2.5 基于三維數字化平臺的檢修培訓

三維數字平臺對重要主輔設備進行了高精準的三維建模，從外型到內部結構，與設備高度吻合，并實現了對設備逐一的解體和復裝，模擬真實的設備大修過程。對設備進行模擬拆裝，不僅可以加深對設備結構和原理的了解，還能夠直觀了解拆裝順序、工器具的準備等，是專門為檢修人員定制打造的三維可視化作業指導平臺，解決了發電廠機組檢修時外包檢修人員對設備了解不夠而導致檢修質量不高的難題。

2.6 基于定位系統的智能點檢系統

基于定位系統的智能點檢平臺是利用全廠人員定位系統對點檢行為進行智能管理的平臺。智能點檢系統可以實現巡檢人員的實時監控，根據點檢人員管理設備布置情況自動規劃巡檢路線，并在點檢員偏離點檢路線時發出提醒。智能點檢系統可以智能檢測巡檢人員的巡檢行為，判斷點檢員設備巡檢停留時間是否合理。智能點檢平臺與點檢工具無縫連接，實現點檢人員的點檢數據實時上傳、拾音和分析。點檢數據可以與SIS數據交換，形成數據對比和分析，發現存在數據異常時反饋至點檢員和運行人員。智能點檢系統還可以實現與便攜式無線監測設備無縫連接，點檢人員可以根據設備運行情況，靈活設置便攜式無線監測設備，并將數據上傳至智能點檢系統，實現對異常設備重要參數（如振動、溫度）的監測和對比分析，提高點檢效率。

2.7 基于二維碼的風險識別和檢修指導

在重大危險區域制作風險識別二維碼。現場人員進入重大危險區域時，可以通過移動通信設備掃描二維碼，了解該區域風險和防范措施。現場人員確認已經了解存在風險后，才允許進入該區域，以達到重大危險區域風險告知的作用。現場檢修人員還可以通過掃描現場設備上的二維碼，了解設備廠家資料、檢修工藝、檢修記錄以及設備檢修計劃等，用于指導現場設備巡檢和檢修作業。

2.8 鍋爐四管大數據分析

對鍋爐四管（水冷壁管、省煤器管、過熱器管、再熱器管）進行1:1精細化三維建模，構建鍋爐四管三維設備臺賬，直觀表現鍋爐四管、聯箱、集箱、引入引出管、鰭片、焊口、懸吊架以及燃燒孔等細微部件的立體結構、設計壁厚、設計材料、設計溫度等參數。設備管理人員可三維查看鍋爐四管及其零部件，包括旋轉、移動、縮放等，可動態添加標注點、區域，用于焊縫管理和泄露點、危險點管理，并可導入每次的檢查數據。

通過爐內燃燒數學模型和對每次檢查數據的分析，計算鍋爐四管的磨損速率和腐蝕速率，進而計算四管的使用壽命，并將預警部件在三維模型上用顏色實時顯示，從而為設備檢修管理和技術監控管理提供有效數據支持，防止鍋爐爆管。

2.9 智能決策系統

智能決策以燃料配煤摻燒精確計算、精益實施、精細管理為目標。系統以配煤摻燒模型為基礎，以鍋爐設計參數、來煤信息、發電計劃、負荷分布、煤場庫存、歷史摻配評價、設備運行工況等因素為基礎，生成最經濟、最環保、綜合最優的摻配方案。運行人員可以根據機組運行情況，靈活選擇系統提供的摻配方案。系統支持模擬摻配，運行人員可以對摻配方案進行模擬，形成摻配分析報告。系統還可以從SIS獲取鍋爐數據監控摻配燃煤對鍋爐影響，不斷優化摻配方案，提高鍋爐燃燒效率，實現機組的經濟運行。

2.1 0 智能控制優化平臺

在FCS系統大數據平臺的基礎上，智能優化控制平臺采集FCS系統數據，通過對數據的深入分析，利用先進的預測控制、模糊控制、神經網絡控制和遺傳算法等各種智能控制和算法，計算最優化控制策略和結果，并將數據傳送至FCS系統，自動優化控制控制系統。智能控制優化平臺能夠挖掘設備潛能，提升設備的工作效率和機組運行的經濟性和安全性。

主要優化模塊：AGC優化控制（含協調、一次調頻、機組深度調峰、滑壓優化控制）、機組鍋爐燃燒優化控制、主再熱汽溫優化控制、脫硝噴氨優化控制。

2.1 1 現場總線技術

雷州發電廠控制系統采用基于現場總線技術的國產分散控制系統，實現全廠機組爐、機、電、輔的一體化集中監控功能。采用先進的現場總線網絡通信技術，以數字信號取代模擬信號，應用數字化、智能化、網絡化和數據集成技術，在設計、建設、移交、運行和管理全過程構建現代化、自動化、智能化和集約化的數字化電廠，增強現場信息集成、采集能力，提高系統的可靠性、可維護性。相比傳統的DCS系統，現場總線技術能提供更全面的設備狀態信息，為智慧電廠數據深度挖掘、利用提供數據基礎。

3 結 論

通過智慧電廠的建設，可提高機組可靠性，減少機組非停和人身傷亡，降低機組煤耗，降低爐膛出口NOx排放，減輕高溫金屬腐蝕，有效預防鍋爐爆管，提高負荷和煤種適應性，并合理延長設備檢修周期。