火電機組性能監測與指標分析系統在闞山電廠的實施和應用

蔣歡春 劉芬 魏偉 丁勇

(1.上海明華電力技術工程有限公司,上海 200090;2.江蘇闞山發電有限公司,江蘇徐州 221134)

火電機組性能監測與指標分析系統在闞山電廠的實施和應用

蔣歡春1劉芬2魏偉2丁勇2

(1.上海明華電力技術工程有限公司,上海 200090;2.江蘇闞山發電有限公司,江蘇徐州 221134)

江蘇闞山發電有限公司600MW超超臨界機組火電機組性能監測與指標分析系統首先建立了一套基于電廠eDNA實時數據庫的機組運行優化管理系統,實現了機組性能指標實時監視、耗差分析、數據查詢、班組考核、人員考核、報表統計、用戶自定義查詢等主要功能。在此基礎上,進一步拓展性能指標的計算范圍,建立了一套基礎數據平臺(包括原始數據、計算數據),再結合專家系統(知識庫、推理機),實時分析每個指標偏離標桿值(基準值)的原因及發生的概率,實現實時對標;并通過月度統計分析各個指標,實現月度對標,并觸發生成月度節能對標報告。本文簡單闡述了闞山發電有限公司600MW超超臨界機組性能監測與指標分析系統的系統結構、功能開發、故障診斷及推理機原理、系統功能等。

火電機組 性能監測 指標分析 開發實施 系統功能

1 前言

隨著國內大型火力發電廠“節能減排”工作的日益推進，對機組進行節能診斷分析、運行開展“五值競賽”以及對運行數據進行信息挖掘日益受到電廠方面的重視。而電廠往往都有一套的SIS系統(Supervisory Information System廠級實時監控信息系統)1，作為實現電廠管理信息系統與各種分散控制系統之間數據交換的橋梁，但在大多數電廠SIS的標準應用模塊中在機組性能計算和指標分析方面往往存在耗差分析指標不全、耗差計算的目標值基本是設計值、計算方法和測點未經過校核等問題，同時該系統也缺乏適應電廠目前的小指標考核、人員考核等運行管理方法的功能。因此需要開發出一套基于電廠SIS數據庫開發的高級應用功能，為電廠運行及管理人員提供個性化的節能診斷分析的平臺和工具，幫助提高工作效率，同時為運行人員運行調整和日常的檢修維護提供必要的參考和指導，使其不僅能“知其然”，而且能“知其所以然”。而火電機組性能監測與指標分析系統正是這樣一套基于SIS實時數據庫開發的電廠性能優化軟件，該系統可以幫助電廠運行和管理人員更好地了解當前機組的實際運行狀況和分析各項運行指標與標桿值之間的偏差，并分析產生的原因，從而盡可能挖掘機組的節能潛力，降低機組供電煤耗，并進一步提高機組運行的安全性和經濟性。該系統目前在江蘇闞山發電有限公司得到了很好地推廣和應用，本文將主要介紹該系統的系統結構、主要功能和實現方法。

圖1 系統網絡拓撲圖

2 系統結構

該系統設計采用目前比較流行的B/S結構(瀏覽器/服務器)；后臺計算專用服務器同時提供WEB服務及數據庫(SQL Server 2005)服務，服務器端應用程序(含數據接口、日常服務程序)也運行在該服務器上。系統的網絡拓撲圖如圖1所示。

2.1 系統開發及應用平臺

服務器以Windows Server 2008為操作系統，Microsoft SQL Server 2005作為數據庫服務；以Visual Studio 2008(C#)作為服務器端應用軟件開發平臺。Windows自帶的IIS系統提供WEB服務，網頁制作采用Asp．net技術、ActiveX技術、XML技術、EDNA View等工具。工作站要求中文Windows98、IE6．0以上環境。

2.2 數據庫平臺

數據庫平臺采用eDNA實時數據庫結合SQLServer2005。服務器端應用程序從eDNA數據庫采集實時數據，從SQLServer2005采集系統配置信息，進行實時計算，計算結果回寫SQLSERVER關系型數據庫。

圖2 客戶端功能框圖

2.2.1 關系型數據庫

SQLServer 2005主要用于存放系統相關配置信息和實時計算結果，系統相關配置信息主要包括：原始測點配置表、計算測點配置表、基準參數表、工廠參數表、系統參數表、知識(規則)庫、系統配置信息、用戶管理信息、用戶組態信息、報表制作信息、報表制作結果、人工錄入數據、月度對標報告信息等；實時計算結果主要包括原始測點數據表和計算結果數據表，計算頻率為每分鐘1次。

2.2.2 實時數據庫

eDNA數據庫主要提供給后臺計算程序實時數據讀取和歷史數據讀取的功能，后臺計算程序通過調用實時數據讀取接口實現了對當前機組運行數據的處理和分析，并保存計算結果進行WEB頁面顯示和歷史結果查詢；補歷史后臺計算程序通過調用歷史數據讀取接口來補齊當本地優化服務器出現問題停運后再次啟動后能自動將停運階段的歷史數據，這樣使得本地優化服務器的數據始終與優化服務器中的數據保持同步。

對eDNA實時數據庫接口程序的開發，解決了當優化系統服務器連接實時數據庫，網絡斷開而導致數據不會再次連接的問題，同時考慮系統停機時的歷史數據補全問題(不考慮實時數據庫的停機問題)，對機組停機時的數據也進行采集，保證了整個節能診斷系統數據的完整性，對電廠日常統計分析和班組考核數據來源的完整性和準確性都具有一定的意義。

3 系統主要功能

本系統是一個開放、擴展性強的系統，該系統開發完成后的系統用戶在使用過程中可以通過各種自定義的方法進行滿足自身需求的各類操作。

3.1 運行人員操作水平監視和評價

運行水平監視主要功能有機組運行的小指標考核、煤耗考核系數考核、運行人員操盤監視與統計排名分析等主要功能。電廠通過設計五值競賽方法實現月度自動統計機組的小指標考核結果，進一步提高運行人員參與運行調整的積極性，同時使考核管理人員的工作效率也得到進一步提高。

傳統的機組小指標考核方法是把機組熱力系統運行的主要可控因素分解成若干單項指標，以設計值或統計先進值作為目標，以各個小指標的排名和權重作為考核機組運行經濟性優劣的標準。闞山電廠小指標考核方法中指標分為經濟型指標和安全性指標兩類，經濟性指標主要包括飛灰含碳量、爐渣含碳量、真空、廠用電率、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、排煙溫度、反應器出口NOX平均濃度；安全性指標主要包括水冷壁壁溫超溫、過熱器壁溫超溫、再熱器壁溫超溫、爐側主再熱蒸汽溫度超溫。

在小指標考核方法的實際使用中，往往遇到小指標考核結果不能真實反映機組運行的實際水平的情況。其原因有兩個方面：一是單元機組運行的經濟性是由各運行參數共同作用決定的，小指標不能全面反映各參數之間的相互影響，具有一定的偏面性；二是機組在調峰運行中各小指標的目標值是隨負荷呈非線性變化，小指標統計不能反映動態變化過程，缺乏合理性。只有機組的供電煤耗才是反映機組運行性能的綜合指標。在我們的機組優化管理系統中可實現優化指標動態管理，主要考核機組運行煤耗與基準煤耗的偏差，我們的監測系統中采用也有供電煤耗考核系數進行運行考核，從而真正考核運行人員的實際水平。

此外，根據電廠發電部的要求，指標考核不僅要考核到班組，同時要考核到人員。指標考核監視畫面不僅顯示實時值，而且顯示當班累計值、五值當月累計值等信息，便于運行人員及時掌握月度考核情況，同時針對操作人員的指標排序評價。主要的功能模塊包括倒班表設置功能、運行人員管理功能、班內交接盤設置功能、指標歸類統計功能、考核指標查詢功能、值際統計報表功能、人員統計報表功能，報表EXCEL導出功能等。

3.2 機組性能趨勢分析

機組的供電煤耗數據里融合了大量的信息，直接根據不同時期的最終統計煤耗結果并不能反映機組性能的真實變化方向，機組性能趨勢分析工具的提出正是為了解決這一難題。眾所周知，機組的統計性能指標變化受到統計周期內煤種、環境、負荷率、啟停等多種因素影響，通過將一些客觀因素進行剔除或修正，將有助于展現機組最真實的情況，性能趨勢分析功能模塊將機組的實際運行煤耗、以及其他修正后的重要經濟指標以趨勢的方式進行分析，將更加直觀地反映機組性能的變化。通過改造性能趨勢分析的相關控件，用戶對數據查詢周期、查詢曲線的上下限、自定義查詢曲線等功能的使用，能進一步掌握當前機組的性能狀況及機組性能出現問題的原因進行進一步分析和診斷。

歷史趨勢曲線中其中包括“組”的概念，比如，影響供電煤耗的因素的所有指標可以自定義在一個組中查看，用戶也可以創建多個不同組來進行比較，每個用戶只能看到其所定義的組和公共組，這樣系統針對不同用戶所展示的內容也各不相同，使得系統針對不同用戶所體現的功能特點各不相同。

4 性能指標分析方法

性能指標分析將影響機組經濟性的所有指標(包含綜合指標、經濟指標)作為一個故障來處理，當該指標偏離標桿值一定程度后，故障成立，推理機的作用就是通過某種數學手段，診斷引起該故障發生各種原因的概率。

4.1 故障診斷概念

根據熱力系統或設備所表現的異?，F象或征兆，參考專家積累的經驗知識(知識庫)，利用某種數學方法，推理得出系統或設備所存在(或隱含存在)的故障類型及故障概率；或引起某種故障的原因類別及原因概率。

4.2 故障診斷一般流程

知識庫的積累—特征值的提取—推理機推理—診斷結果(診斷報告)。

知識庫是故障類型與故障征兆之間關系表，它描述了某種故障所表現的所有征兆，以及各種征兆之間的權重關系或邏輯關系。知識庫的獲取需要專家經驗知識的積累，知識庫的全面準確與否，將直接影響故障診斷的準確性。

推理機是根據所提取的征兆樣本，推理得出該樣本所屬的故障(原因)類型及故障(原因)概率，其所采用的數學方法(模塊)，稱之為推理機。推理機一般采用的數學方法有：基于規則的邏輯推理法；基于空間矢量的模糊數學法；基于神經元的神經網絡法。本項目研究開發的是基于模糊數學的邏輯推理機。

5 結語

火電機組性能監測與指標分析系統一方面建立了一套基礎數據平臺(包括原始數據、計算數據)，增強了數據接口對原始測點數據的讀取功能，使其具有了更為完整的歷史數據存儲、更為便捷的趨勢曲線查詢方式、更為高效的節能指標分析指導功能以及更符合電廠實際使用人員需求的功能設計；另一方面該系統通過拓展相關性能計算模型，再結合專家系統(知識庫、推理機)，實時分析每個指標偏離標桿值(基準值)的原因及發生的概率，實現實時對標；并通過月度統計結合離線指標推理，實現月度對標，觸發生成月度對標報告。指標分析這項工作對改善運行、完善設備、提高機組運行經濟性起到了積極的推動作用，但這項工作需要每個電廠配備多個業務能力強、專業面寬的專家型技術人員，同時需要投入大量的工作時間進行數據收集、數據分析，而性能監測與指標分析系統通過計算機實時統計最終生成相關報告的方式很好地解決了這一問題，進一步減輕節能管理人員工作量，提高工作效率。

[1]王印松,房方等.電廠SIS系統的體系結構及應用[J].電氣時代,2006,(10):116-118.

[2]黃新,王健,等.火電機組節能對標管理系統的研究與開發[J].華東電力,2011,39(10).

[3]王炎玉.液壓故障診斷專家系統的開發[J].林業機械與木工設備,2004,32(5):17-18,31.

蔣歡春(1983—),男,工程師,主要從事火電機組運行優化及能耗診斷系統研究和開發工作。