供熱機組在線實時監測系統的設計和應用

張鵬，徐同社

(河北省電力勘測設計研究院，石家莊市， 050031)

0 引言

隨著供暖熱電聯產機組的投運，用電負荷峰谷差不斷增大，電網調峰日益困難已成為確保電力系統安全運行的不利因素。我國北方，特別是東北地區冬季供熱期較長，供熱機組對外網的供熱量直接受調峰負荷的影響。目前，電網調度方與電廠方在供熱機組調峰特性、熱網特性及用戶合同需求等方面的信息掌握和溝通存在許多困難和不足，制約了供熱期內調峰工作的開展［1-2］。

供熱機組在線實時監測系統(簡稱供熱在線監測系統)，是通過抽取機組分散控制系統(distributed control system，DCS)中關于機組采暖、供熱的運行參數(如采暖抽氣壓力、采暖抽氣溫度等)，分析、優化熱網供熱參數，實時向電網調度中心傳輸機組供熱數據，從而實現供熱機組熱負荷實時監測、熱電比在線監測、最優化調峰等功能［3］。在目前“競價上網”、“以熱定電”的原則下，供熱在線監測系統不僅有助于電網調度方在供熱期內的調峰，而且有利于電網調度方合理分配供電負荷，有助于發電方的生產管理。

1 供熱機組項目概況

為滿足吉林市快速增長的熱負荷需求，吉林松花江熱電廠擴建1臺350 MW國產抽凝汽式汽輪發電機組，配1臺1 165 t/h國產亞臨界自然循環煤粉鍋爐，此工程屬于熱電聯產項目。為了實現供熱機組熱負荷實時監測、熱電比在線監測及最優化調峰等功能，本工程設計、采用了一套供熱在線監測系統。

2 供熱在線監測系統設計

2.1 供熱系統的組成

本期工程采用的抽凝式汽輪發電機組具有在較大范圍內同時滿足熱負荷和電負荷需要的特點，適用于負荷變化幅度較大、變化頻繁的區域性熱電廠［4］，供熱系統如圖1［5］所示。對外采暖供熱采用廠內設汽水換熱首站，對外供高溫熱水的方式。供、回水溫度分別為130、70℃，供水壓力為1.6 MPa，熱網最大循環水量為2×4 100 t/h，通過熱網循環水泵外供高溫熱水，采暖蒸汽凝結水全部回收。熱網系統汽側采用單元制、一次加熱、并列運行方式。熱網系統水側采用母管制，設置5臺熱網循環水泵(其中1臺配變頻調速裝置)，4臺運行，1臺備用［6-7］。

圖1 抽凝機組供熱系統Fig.1Heating-supply system of condensate pumping unit

2.2 在線監測系統硬件設備及網絡拓撲

供熱在線監測系統硬件設備主要有系統機柜1面(高2 200 mm×寬800 mm×深600 mm)、數據服務器1臺(型號dell T610，處理器主頻2 GHz，CPU E5504內存4 GB，硬盤容量1 500 GB)、交換機1臺(型號H3C)、隔離機3臺及客戶端PC機1臺。系統機柜布置在本期集控樓電子設備間內，通過光纜與一期1、2號機組DCS網絡相連。網絡拓撲結構［8-9］如圖2所示。

圖2 供熱在線監測系統網絡拓撲Fig.2Network topology map of heating-line monitoring system

2.3 在線監測系統主要設計原則

(1)數據傳輸采用UDP方式。

(2)網絡隔離采用硬件防火墻和IP認證系統雙隔離。

(3)數據接收存儲采用行業標準的編解碼方式，數據存儲于大型關系型數據庫Oracle中。

2.4 在線監測系統功能

(1)核定機組滿足供熱條件下的最低進汽量。

(2)確定采暖抽汽量。

(3)計算蒸汽做功能力。

(4)建立機組供熱調峰特性理論計算數學模型。

(5)監測供熱機組供熱的主要參數，建立供熱電廠與調度中心聯網的在線實時監測系統。

(6)根據機組的供熱工況圖確定機組的調峰范圍，對與設計值相差較大的機組通過試驗確定其供熱特性。

(7)編制供熱機組的供熱流量與調峰負荷最佳匹配的計算程序，確定不同環境溫度下各熱網的最佳供熱參數。

(8)繪制功率、生產抽汽量、采暖抽汽量三者的關系曲線，可以隨時查詢在不同抽汽情況下的有關機組調峰數值。

(9)實現電廠DCS數據的單向傳輸，最終在電網調度中心實時顯示。

(10)建立供熱機組數據庫，實現歷史數據的查詢和分析。

(11)完成熱電比在線監測，并計算出不符合標準的供熱機組的超發電量，為供熱機組考核提供依據［10-11］。

2.5 軟件及畫面顯示

對于各種工況及各類計算結果，在線監測系統都以畫面的形式顯示。

(1)發電工況。發電工況畫面如圖3所示，該畫面主要顯示電廠各機組供熱調峰特性數據，可以實時查看當前時間的機組發電功率、調峰高限負荷、調峰低限負荷、可增負荷、可減負荷和熱電比等數據，方便電廠最大程度對調峰負荷進行管理。

圖3 發電工況畫面Fig.3Power generating conditions

(2)供熱工況。該畫面主要顯示電廠各機組當前時間的供熱指標監測數據信息，畫面表中各數據均提取于動態。

(3)熱電比。該畫面可以按選擇的時間段顯示電廠所有機組的熱電比。此模塊可以根據任一時間段查詢各機組的發電量和供熱量，并計算得出機組的電熱比和機組的超發電量。

(4)實時數據。系統具有的報表功能可以實時顯示機組主要運行參數，這些數據提取于數據庫并以報表形式動態顯示。實時曲線則能更加清晰明了地顯示單線數據的信息，方便對電廠實施監控。在該曲線圖中還可以選擇查看某臺機組某些參數的動態曲線。

(5)歷史調峰。該模塊以折線圖的形式顯示某臺機組在某一天的調峰信息，在畫面中描繪出機組的有功功率、最高調峰和最低調峰數據的曲線。

(6)系統圖。該畫面顯示的系統圖動態、實時地呈現出電廠各臺機組的主要參數信息，所示數據與工況數據模塊中的數據一致。

3 設計注意事項

3.1 機組系統測點

供熱在線監測系統的數據來源于機組DCS系統，因此，在設計階段必須保證系統數據的完整。結合本工程機組運行情況，供熱在線監測系統所需測點包括:發電機功率、主汽流量、主汽溫度、主汽壓力、調節級壓力、工業抽汽流量、工業抽汽溫度、工業抽汽壓力、采暖抽汽溫度、采暖抽汽壓力、熱網加熱器入口水溫、熱網加熱器出口水溫、熱網加熱器疏水溫度、熱網加熱器疏水流量、機組供水流量、機組供水溫度、機組回水溫度、母管供水流量、母管供水溫度、母管回水溫度。

為保證數據的準確性，汽水溫度、壓力和流量等參數均應通過測量儀表取得。本工程流量測量裝置采用孔板式測量器，為保證數據的精確性，孔板前后直管段的長度應滿足安裝要求。

3.2 系統間的通訊

作為電網調度與電廠之間的數據傳輸橋梁，系統間的接口、通訊協議是網絡的重要組成部分。本工程由于機組DCS網絡機柜與供熱在線監測系統機柜都布置在集控樓電子設備間內，因此，系統間采用RS485接線方式，通過串口服務器連接，線纜使用屏蔽雙絞線。供熱在線監測系統與機組DCS的通訊，本工程采用MODBUS通訊協議，不僅可以保證數據傳輸的實時性，還可以實現數據的準確性。若供熱在線監測系統機柜與機組DCS網絡機柜距離較遠，傳輸介質建議采用光纜，以保證數據傳輸的實時性。

4 結語

供熱在線監測系統在松花江熱電廠擴建工程中投用取得了成功，表明該系統功能完善、性能可靠。近幾年，隨著熱電聯產機組不斷建設和投運，電網調度方越來越重視對供熱機組電負荷的調控以及在供熱期內的調峰。在此背景下，由于供熱在線監測系統具有便于實施實時監測和調峰的功能，因此具有廣闊的應用前景。

［1］張開菊，劉偉亮，宋偉，等.熱電聯產機組技術叢書:熱力網與供熱［M］.北京:中國電力出版社，2008.

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(編輯:楊大浩)