瓦斯發(fā)電站監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

麻 磊

（汾西礦業(yè)新能源開發(fā)有限責(zé)任公司，山西 介休 032000）

引言

瓦斯發(fā)電站內(nèi)設(shè)備分散，發(fā)電過程以及瓦斯輸送過程復(fù)雜，監(jiān)控設(shè)備以及監(jiān)測環(huán)節(jié)較多[1-2]。為了確保瓦斯發(fā)電站安全可靠運(yùn)行，應(yīng)對瓦斯發(fā)電站原有的分散監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行分級、集中管理，從而提高瓦斯發(fā)電站監(jiān)控自動化水平。山西某礦根據(jù)井下排放的瓦斯?jié)舛龋诘孛姘惭b12 臺型號500GFI-3RW瓦斯發(fā)電機(jī)組，文中即以該發(fā)電機(jī)組為工程研究背景，對瓦斯發(fā)電集中監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行探討。

1 集中監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由現(xiàn)場控制站、操作員站、通信網(wǎng)絡(luò)以及工程師站等組成?，F(xiàn)場控制站、操作員站等均由獨(dú)立的計(jì)算機(jī)構(gòu)成，具備數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、監(jiān)視、記錄、系統(tǒng)管理等功能；通信網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)控系統(tǒng)中所有的獨(dú)立計(jì)算機(jī)連接起來，形成統(tǒng)一的監(jiān)控系統(tǒng)[3-4]。具體瓦斯發(fā)電站現(xiàn)場布置的集散監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 瓦斯發(fā)電環(huán)節(jié)分析

具體礦井地面構(gòu)建的瓦斯發(fā)電站發(fā)電流程見圖2 所示。瓦斯發(fā)電涉及到的主要環(huán)節(jié)包括瓦斯輸送、瓦斯發(fā)電、循環(huán)冷卻、余熱利用以及發(fā)電并網(wǎng)等。

圖2 瓦斯發(fā)電站發(fā)電流程

2.2 現(xiàn)場監(jiān)控站設(shè)計(jì)

根據(jù)瓦斯發(fā)電站運(yùn)行情況，現(xiàn)場布置的監(jiān)控站應(yīng)可對瓦斯輸送管路（瓦斯流量、壓力）、控制機(jī)房內(nèi)溫度、冷卻循環(huán)系統(tǒng)等運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。礦井瓦斯發(fā)電站使用風(fēng)冷方式，并配備4 臺高溫冷卻塔、4 臺低溫冷卻塔?，F(xiàn)場監(jiān)控站應(yīng)能對冷卻塔內(nèi)冷卻電機(jī)的啟停狀態(tài)、集水管內(nèi)壓力、溫度以及余熱利用系統(tǒng)中的冷卻泵、熱水泵等運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測。

依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件，將瓦斯發(fā)電站現(xiàn)場監(jiān)控站設(shè)計(jì)為監(jiān)控總站、1—3 號監(jiān)控分站、抽排泵站以及甲烷測量就地控制柜等6 個部分。將監(jiān)控總站布置在低壓控制室，主要監(jiān)控風(fēng)機(jī)、電動機(jī)、水泵等瓦斯發(fā)電機(jī)房內(nèi)的主要設(shè)備，并實(shí)時獲取斷路器分合狀態(tài)信息。1—3 號監(jiān)控分站分別布置在發(fā)電機(jī)房、冷卻泵房以及采暖泵房，1 號監(jiān)控分站用以監(jiān)測發(fā)電機(jī)房環(huán)境溫度以及發(fā)電機(jī)組冷卻水溫度；2 號監(jiān)控分站用以監(jiān)測冷卻泵房內(nèi)冷卻塔進(jìn)水壓力、溫度以及水位；3號監(jiān)控分站用以監(jiān)測采暖泵房內(nèi)蒸汽壓力、流量以及蒸汽補(bǔ)水箱內(nèi)的壓力、溫度以及液位。抽排泵站用以對瓦斯抽采泵電流、溫度進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)時獲取輸送管路中溫度、流量以及壓力等數(shù)據(jù)。

2.3 操作員站設(shè)計(jì)

采用現(xiàn)場監(jiān)控站可實(shí)現(xiàn)對瓦斯發(fā)電站內(nèi)各主要設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，操作員站對監(jiān)測獲取到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析，在顯示屏上顯示監(jiān)測結(jié)果。操作員站監(jiān)控系統(tǒng)操作控制通過MCGS 組態(tài)實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)場監(jiān)控獲取到的信息經(jīng)過現(xiàn)場監(jiān)控站傳輸給操作員站，并在操作員站上顯示監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，便于現(xiàn)場人員掌握瓦斯發(fā)電站整體運(yùn)行情況。MCGS 組態(tài)軟件可具備報(bào)警功能，具體功能通過PLC 控制器實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場PLC 控制器輸入點(diǎn)與熱繼電器常開連接。操作員站還可以對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、查詢。

2.4 通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)是監(jiān)控系統(tǒng)的重要支撐，各級分散監(jiān)控單元以及人機(jī)接口等均經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)連接成一個整體單元。由于DCS 系統(tǒng)為分層結(jié)構(gòu)，因而通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)與DCS 系統(tǒng)一致，均為分層結(jié)構(gòu)。監(jiān)測獲取到的數(shù)據(jù)傳輸給操作員站的同時，控制指令也應(yīng)能傳輸給現(xiàn)場控制站。不同層次的通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要采取不同的通信協(xié)議以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體不同層次通信網(wǎng)絡(luò)采取的通信協(xié)議見表1 所示。各個層次通信網(wǎng)絡(luò)相互配合構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)整體通信網(wǎng)絡(luò)體系，具體通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成見圖3。

圖3 通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

表1 通信協(xié)議

3 監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用情況分析

將文中設(shè)計(jì)的集中監(jiān)控系統(tǒng)于2019 年12 月運(yùn)用在該礦瓦斯發(fā)電站，主要取得下述主要功能:

1）監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)瓦斯輸送系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控、輸送量的計(jì)量監(jiān)測。

2）可對瓦斯發(fā)電機(jī)組重要運(yùn)行參數(shù)的同步監(jiān)測，具體監(jiān)測內(nèi)容包括有發(fā)電機(jī)組功率、運(yùn)行時間、油溫以及缸溫等。

3）實(shí)現(xiàn)瓦斯發(fā)電站冷卻系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)中電動機(jī)、水泵等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并可對控制柜分合閘進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

4）對瓦斯發(fā)電機(jī)組外界環(huán)境，如發(fā)電機(jī)房溫度、水管水壓以及水體溫蒂等進(jìn)行全方位監(jiān)測。

5）監(jiān)控系統(tǒng)將各監(jiān)控分站集成，并接入到集中控制中心，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某位置存在監(jiān)測參數(shù)異常時，監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)瓦斯發(fā)電設(shè)備報(bào)警-運(yùn)行聯(lián)動，從而提升瓦斯發(fā)電機(jī)組運(yùn)行可靠性。

4 結(jié)語

瓦斯發(fā)電站監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括現(xiàn)場控制站、操作員站以及通信網(wǎng)絡(luò)，通過監(jiān)測系統(tǒng)將各獨(dú)立的監(jiān)控單元連接成一個整體，可提高瓦斯發(fā)電站內(nèi)各設(shè)備、各系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控效果。在礦井瓦斯發(fā)電站現(xiàn)場應(yīng)用后，該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)瓦斯發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控，切實(shí)提升瓦斯發(fā)電監(jiān)控的自動化水平。