數字化背景下智慧電廠的設計

慕慧娟 馬研 塔依爾·斯拉甫力

【摘要】? ? 本文采用物聯網、大數據、人工智能等先進技術手段，通過大數據挖掘技術、智能計算與分析、先進控制、信息可視化展示、智能故障診斷與預警報警、智能安全與設備管理等功能，從而實現電廠內生產與管理的自動化、信息化和智能化。

【關鍵詞】? ? 智慧電廠? ? 智能運行? ? 可視化

一、智慧電廠的設計主要內容

1.1智慧電廠設計的系統框架

智慧電廠項目擬采用ICS+IMS兩層網絡結構，系統架構圖如圖1所示。結合目前國內智慧電廠建設情況，經過與熱電各專業負責人深入研討與實地考察，針對當前生產和管理碰到的實際問題和需求，本研究初步確定了智能安全、智能設備管理、智能運行管理、智能培訓、智能燃料管理、智能優化控制、智能監測與性能分析、智能診斷處理及報警八項智能應用模塊。一體化平臺的建設主要實現包括：智能經營、智能安全、智能運行、智能維護、智能物資（與ERP做接口）、智能可視、綜合管理、智能移動等方面的數據與業務全流程、全范圍的一體化集成平臺。[1]

二、智慧電廠設計系統的主要功能

2.1智能安全功能

本系統為一體化智能管控系統，通過大數據的關聯，把各系統集中管理，通過智能設備檢測人、物的狀態，通過一體化集成平臺進行標準化管理，讓安全主動化，穩步提高人員整體安全素養，達到人人為安全的目的，減輕安全管理人員工作量，減少違章行為的發生。

2.2 智能設備管理功能

2.2.1可視化四檢合一設備智能管控系統

本系統是指將“巡檢、點檢、精密點檢、檢修觸發管理”集成并與設備的優化檢修進行有機融合，建立可視化“四檢合一”的優化檢修一體化智能管理系統。本系統是現階段能夠完整實現“智能電廠”建設的關鍵技術體系和管理體系。該體系的落地，將全面顛覆傳統的管控模式，把電廠的管控水平，提升到前所未有的高度。即：將傳統的“計劃檢修為主、狀態檢修為輔”的管控模式，變革為創新的“狀態檢修為主、計劃檢修為輔”的世界級管控模式。

2.2.2可視化電站鍋爐防磨防爆智能安全系統

基于大數據算法的成因分析，主要從對鍋爐運行參數的累積效應對泄爆的量化計算和影響分析（參數-數據-球化影響），對過熱器和再熱器而言主要進行各位置吹灰累積效應、超溫工況累積效應對受熱面減薄的影響分析。[2]

通過內置大數據分析模型，實現指定區域（機組/受熱面/標高）的減薄情況、剩余壽命情況、減薄速率分布情況的分析與計算，并幫助用戶逐步掌握鍋爐的管壁劣化發展規律，進而科學安排檢修時間，合理采取防磨措施。根據模型計算的結果，展示氧化皮堵塞情況根據機組和部件進行查詢，展示部件的管、排，測點的狀態，堵塞風險等級和評估時間。

2.2.3可視化技術監督管理系統

該系統可以幫助技術監督實時數字信息的采集、加工處理和反饋，實現數據共享，使離線和在線數據進行有效的結合，實現技術監督的全過程管理;結合專家經驗和算法模型，開展技術監督工作評估，強化了技術監督定期分析的功能，形成管理閉環，有效發揮技術監督工作效能。

2.2.4可視化全優潤滑油管理系統

該系統通過對全場潤滑油管理制度，補、換油手段，潤滑油檢測方式及潤滑油存儲管理的研究，確定一套符合電廠實際需求的設備潤滑管理系統。

2.2.5可視化電站地下管網智能安全預控系統

通過集成管線測漏系統，可視化管網系統可通過顏色變化對泄漏情況、泄漏位置進行報警，并利用爆管分析、覆土分析、開挖分析等功能，實現管網的智能分析。

三、智能運行管理功能

3.1交接班管理

支持通過大數據平臺自動獲取交接班所要求的數據信息（如：運行方式、缺陷信息、兩票信息、異常事件、定期工作等），形成準確、全面的交接班資料。

3.2定期工作管理

定期工作包括定期試驗、定期切換以及定期操作，應能夠根據發電企業的實際需要實現定期工作策劃，記錄定期工作完成情況、執行人以及備注信息。提供標準試驗、操作步驟以及正確試驗結果便于用戶定期工作時參考。

3.3運行日志管理

實現在運行日志網兜式抓取信息自動生成功能。將系統中的缺陷記錄、工作票記錄、操作票記錄、巡視記錄以及設備定期試驗及輪換工作等自動生成運行記事，對于相應的記事內容可追溯相關詳細信息。

3.4智能水電煤平衡分析

水、熱、電、煤、油等物料消耗平衡：基于發電設備、系統現有測點和為了完成平衡計算新增加測點，自動完成全廠水平衡、電平衡、熱平衡、燃料平衡平衡計算，實現全廠能耗在線監視。整合全廠數據，進行水、熱、電、燃料的集中監測，采用數據可視化方法對工質與能量平衡情況進行展示，提升監測效果。

四、智能培訓系統功能

4.1全廠可視化設備圖模導航系統

以DCS畫面為依據，構建機組和各系統的三維工藝流程圖，以一個可交互、數據實時刷新、虛擬三維物體與現實聯動的三維場景，展現全廠的生產過程。三維場景體現全廠設備的準確的空間位置和連接關系，通過鏡頭的縮放和菜單交互，在設備級、系統級、機組級不同層次之間實現切換。

4.2全廠工藝流程培訓

電廠的生產區域設備密度高，空間分布復雜，通過一個包含了電廠土建、鋼結構、主要設備和管道的三維場景，能讓用戶對電廠生產區域的全貌有一個概括性的認識，了解電廠各系統的組成和相互關系，主輔機設備的空間位置，管道和閥門的布置方位等信息。

五、智能監測及性能分析功能

5.1可視化汽輪機智能安全預控系統

通過內置專家分析系統，及時自動發現機組出現的異常現象，給出有針對性的處理意見。完成設備故障部位、故障等級、故障原因、處理建議的自動推送。

5.2可視化重要輔機智能安全預控系統

在重要輔機設備上加裝加速度傳感器，就地安裝智能監測系統，內置轉機故障診斷專家知識庫，自動收集故障向量特征，通過大數據特征矩陣的自學習能力，自動檢測、分析、判斷設備運行狀況、劣化起點及趨勢，自動給出維護及檢修建議。

5.3性能計算

建立機組熱力設備及系統的性能數學模型，在線實時、準確地計算、分析、評價發電廠技術經濟指標和設備的性能指標，計算的結果輸出到實時/歷史數據庫中保存，實現對機組全方位的性能在線監測。

5.4在線機組性能診斷

主要分析指標包括：主汽壓力、主汽溫度、再熱汽溫度、再熱器壓損、給水溫度、低壓加熱器上下端差、高壓加熱器上下端差、排汽壓力、小機排汽量、減溫水流量、凝結水過冷度、凝汽器端差、調節級效率、高中壓缸效率、補水率、排煙溫度、排煙氧量、飛灰含碳量、輔機電耗率等。

5.5能效大閉環

智能運行尋優系統可提供制粉、燃燒、汽溫、吹灰、噴氨、冷端、最佳氧量以及滑壓指令偏置等一系列閉環優化指導建議，運行員可根據建議自動或手動改變控制回路設定值和運行方式，使機組能效逐步趨優。[3]

六、智能診斷處理及報警功能

為了提高火電機組報警的可靠性、智能性、易用性，針對當前報警功能存在的不足，本方案采用智能診斷處理及報警系統，主要包括四個模塊：滋擾報警抑制模塊、智能預警模塊、報警根源分析模塊、報警增強展現模塊。如下圖所示。

6.1滋擾報警抑制

滋擾報警通常不代表出現故障，振蕩報警和重復報警是其主要形式。其危害是對運行人員正常操作造成干擾。滋擾報警抑制功能通過多變量聯合判斷、統計分析、濾波延遲等技術手段抑制、減少滋擾報警的產生。

6.2智能預警

主要功能是檢測設備參數是否處于正常范圍之內，當發現設備參數偏離正常范圍時，向有關人員發出預警信號。可實現大量需要監視的重要參數劣化分析的自動監測和提前預警，從而防止事故的進一步擴大，可快速定位存在異常的部位和參數，提供實時和歷史相結合的分析手段，可以幫助運行相關人員分析過程存在的問題。

6.3智能報警根源分析

故障根源回溯的依據是將高級值班員的專業知識和豐富經驗、運行規程、設備設計資料等表達和固化為代碼形式的邏輯故障知識庫。系統依靠邏輯故障知識庫、推理機及高性能歷史站的數據進行故障樹專家推理分析。

參? 考? 文? 獻

[1]賈婧媛，李寧，楊夢馨，王博.基于北斗時空信息的城市燃氣工業互聯網平臺[J].信息通信技術，2021，15（03）：7-13.

[2]李霄飛，朱梓傲.火力發電廠智慧電廠實施方案的探索與研究[J].科技與創新，2021（13）：1-3.

[3]王紅妮，周宏斌，張澤巍，周鵬飛，張傳昀.智慧電廠背景下設備巡檢系統的設計與實現[J].設備管理與維修，2021（10）：101-103.

本論文感謝新疆維吾爾自治區市場監督管理局科技計劃項目《新疆能源計量大數據與產業計量數字化運營研究》的資助。

通訊作者：慕慧娟（1983—），女，山西太原人，博士研究生，高級經濟師，研究方向：產業計量，計量檢測;

馬研（1986—），男，遼寧興城，碩士研究生，高級工程師，研究方向：能源計量產業計量，計量檢測;

塔依爾·斯拉甫力，男，碩士研究生，二級教授級高級工程師，研究方向：能源計量，產業計量。