智能化火力發電廠探討

閆鳳奎

（華電內蒙古能源有限公司土默特發電分公司，內蒙古包頭014300）

智能化火力發電廠探討

閆鳳奎

（華電內蒙古能源有限公司土默特發電分公司，內蒙古包頭014300）

從電廠基建時設備選型、設備控制、設備監控、設備管控、經營管理、輔助管理系統幾個方面，論述了火力發電廠以設備為中心的各種智能化設計，對智能化火力發電廠進行了明晰的闡述和規劃。

火電發電廠；可視化；智能化

0　引言

智能電廠，是指以物理電廠為基礎，將智能控制技術，現場總線控制技術，現代先進傳感測量技術、信息技術與物理電廠高度集成而形成，具有智能化、信息化、一體化、經濟、環保等特征的新型電廠[1]。構建數字化電廠是實現高效、節能、減排，提高發電企業競爭力的重大舉措，可將我國電廠積累多年的生產過程自動化技術和基于微處理器的電廠自動化產品有機地結合在一起，對電廠用戶進行整體自動化規劃和分工，提高電廠前期規劃水平，提高熱工自動化、電氣自動化、信息軟件實施和應用水平，從而提高現代發電廠整體自動化水平[2]。現火電行業內對數字化電廠提法較多，但沒有一個讓所有人都認可的示范電廠。現在針對火電行業開發的先進管理手段較多，如能對數字化信息加以綜合分析利用，就能使火電廠的生產運營管理智能化。但大型火力機組設計規范中對數字化電廠沒有進行說明和規劃，設計院也就無法在基建概算中進行列支。本文從火電廠基建期的設計階段出發，探討了火電廠智能化的規劃，這些規劃在機組建設期間實施后，不僅能把各種思路統籌安排，落到實處，又能節省大量投產后的改造投入。

1　設備選型

設備管理是火力發電廠的管理核心，只有設備經濟可靠運行才能保證生產經營系統正常管理。設備選型首先要保證指令執行精確、可靠，執行特性曲線良好；二是要安全可靠、高效節能環保；三是主輔設備要有良好的通訊協議，測量元件配備齊全，設備重要運行參數具備在線數據傳送功能，保證設備測量數據精確可靠，為設備智能化分析管理提供數據支撐。

2　設備控制系統

有了執行精準的現場設備，還要有發達的神經控制中樞。控制系統主要是指DCS系統。現在全廠集中控制，主輔工藝系統全部使用DCS系統，已是新建機組設計主流，部分環境較好的系統可選用現場總線控制系統，比如化學制水、NCS通訊方式。DCS邏輯組態中要融進各種優化調整手段，如燃燒調整優化，能使機組達到較高的負荷響應速率。

3　設備監控系統

對設備的監控和管控手段是智能化電站的核心部分，對設備的實時監控是指現電廠SIS系統，現SIS系統一般電廠只用來進行指標或耗差管理，所起到的作用非常有限，SIS系統建設是起到控制系統與企業管理應用系統的數據橋梁的作用，現在的狀況是橋梁建好了，但在上面跑的數據量卻非常有限，生產管理人員對SIS數據的應用與分析也非常有限。把二維的SIS系統畫面，轉換成三維系統模型，將系統上設備的靜態數據、實時數據均加以鏈接，系統即可作為實時數據的應用平臺，又可作為設備檢修管理平臺（基本框架結構見下圖一），那么SIS系統的使用率將大大提高。

（1）通過精準的測量手段，可將SIS傳統意義上運行管理各方面的功能加以實現，如：數據統計、性能計算、指標分析、優化指導、績效考核、安全報警管控、在線性能試驗等。數據管理實現推送功能，如重要數據超標可直接以短信形式發送給相關管理人員，超限數據也可直接在缺陷管理系統中自動生成設備缺陷。

（2）檢修人員將SIS系統作為設備管理平臺，增強了檢修人員對設備運行狀態的關注度。將分散的設備臺帳、檢修記錄、圖紙資料等信息集中管理，將SIS系統與ERP相關聯，在設備臺帳的設備備件清單中可體現單體設備備件實時物資儲備情況，也可直接進入缺陷處理界面。對SIS系統中重要設備進行三維建模管理，可實現設備的動態作業指導書功能，即通過三維的拆解演示設備檢修全過程，并在各節點進行檢修數據的錄入與驗收，并且數據一次錄入，各功能模塊全部共享，即保證數據的及時和真時性，也避免了檢修數據在不同的功能模塊中的重復錄入。轉動設備的豐富數據也為其劣化分析提供良好趨勢曲線。

圖1　設備管控系統框架結構圖

（3）真實的物理空間的三維模型，也為人員培訓提供了良好的平臺，能夠快速提高生產人員對系統的熟悉與掌握速度。因為有了三維的設備內部模型，對一些事故或異常分析也有非常好的幫助。

4　設備管控系統

設備管控系統是指通過整合實時和歷史的數據、可視化三維在線監測數據綜合分析，為生產的檢修、運行、燃料管理等提供執行依據，為企業經營提供科學可靠決策依據，實現設備安全經濟運行，企業經營精益高效，基本框架結構如圖1所示。

主要包括以下一些管理手段：

4.1精密點檢系統：

基建期間實施精密點檢工作的幾項優勢及益處：

（1）能真正體現出精密點檢設備管理的精髓。生產實施的精密點檢項目，設備參數信息因運行無法解體，對于用來診斷分析的設備信息無法收集，影響故障診斷精確性；而基建期可借助三大主機的制造安裝機會，利用彩色激光三維掃描技術將設備結構轉換成三維立體模型，便于故障診斷和分析。

（2）主輔設備能夠真正實現全壽命周期管理。從設計階段入手，對設計合理性、制造過程中的缺陷、安裝質量問題、設備分部試運驗收等設備正式投運前的所有過程進行全面管理，彌補設備管理這一階段的真空。

（3）一是信息收集全面徹底，提高設備管理手段。。可將精密點檢平臺作為設備管理平臺，將設備的歷史故障檢修記錄、設備信息參數及三維設備結構圖、備品備件清單等集成在一起，做到設備信息的傳承及管理的延續性，三維結構圖及故障庫也為人員檢修素質培訓提供良好的平臺。

（4）精密點檢可分為在線和離線兩種方式，在線是指在重要的輔機設備選型和安裝階段，要求測量元件的性能和數量要滿足分析需求，在基建期一次性安裝，避免投產后的重復投資，達到精密診斷的在線實時監測和故障分析。對有備用的，停備后不影響機組出力的可采用離線監測分析的方式。

4.2受熱面防磨防爆管理系統

為鍋爐的預知檢修和優化檢修，提供科學的數據支撐。該系統，對高精度快速鍋爐變形診斷技術、超聲診斷技術、氧化皮檢測技術、應力分析技術、壽命預估技術等，進行了創造性地融合與研發，將靜態診斷技術與動態診斷技術，革命性地展示在實景三維環境中，成為嶄新的鍋爐金屬管控新體系。涵蓋了電廠鍋爐金屬監督工作中的技術管理、設備管理、檢修控制、缺陷管理和專家診斷系統。全壽命周期地監控金屬材料狀態和鍋爐狀態。

4.3汽輪機可視化監控系統

可視化汽輪機實時監控系統完全突破了傳統的TDM設計思想，不再是單純的振幅報警和時頻分析圖形，而是將軸系狀態直觀形象地以三維動畫的形式呈現在屏幕上，同時將難以理解的時頻分析結果直接與機組的狀態聯系起來。并且能夠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，優化機組的運行，減少不必要的檢修和停機時間。

4.4可視化地下管網管理

可視化地下管網管理系統（以下簡稱：VPMS）是將可視化三維建模技術、在線地下管網泄漏定位、離線泄漏點精確定位和GIS技術相結合，讓運維人員以透視的眼光管控廠內的地下管網，不再瞎子摸象。

4.5可視化電纜管理系統

該系統能夠全面提升電廠電纜故障精確定位與管理水平，讓運維人員在三維立體空間內，瀏覽、巡視地下電纜的走向、屬性和所連接的設備，實現電廠電纜網的“智能化管理”，以提高電纜網可的靠性，大量減少緊急搶修工作，確保機組安全運行，大幅降低電纜網的維護費用。

4.6可視化變壓器在線監控系統

對變壓器油中七種組分及電磁振蕩等參數進行交叉診斷分析，結合SIS、巡檢等其他數據，綜合診斷。對變壓器狀態進行預測，發現故障的早期征兆及故障的發展趨勢，為變壓器狀態的準確評估和檢修策略的制定提供依據。其中對變壓器采用“電磁震蕩監測與診斷”技術，能比其他技術更早發現內部故障缺陷，是國內外最新技術。

4.7全優潤滑油管理系統

系統以全優管理的理念貫穿電廠潤滑油管理，通過執行全過程管理，從設計、采購、運輸與存儲、安裝、試驗、運行維護、回收利用與報廢等環節，形成有效的潤滑油閉環管理。通過激光實景三維掃描所有帶油轉動設備，構建三維立體模型，記錄所有潤滑點信息。記錄相關潤滑系統地實際位置、尺寸，建立可視化的直觀的油路系統。建立全優潤滑油管理體系，提供完整的知識體系、技術體系、管理體系，包括潤滑油管理制度、潤滑油選型意見、給油脂記錄、現代化分析手段、故障診斷分析、潤滑狀態評估、潤滑狀態改善等。形成“全息的”、完備的潤滑油與轉動設備的狀態信息。使維潤滑油管理實現可視化、信息化、規范化。進而延長設備壽命，提高設備可靠度。對設備給油脂時通過在線的超聲檢測設備，測量軸承運轉的聲音判斷給油脂的量，通過超聲儀器打印的聲音曲線作為給油脂工作的閉環證明材料，對給油脂工作真正的管理到位提供良好的平臺。

4.8技術監督管理系統

技術監督管理系統除了支持傳統技術監督工作的年度計劃制定和執行、重大隱患的跟蹤和閉環外，要對其管理功能進行延伸，通過對SIS系統PI數據庫海量的在線監測數據分析，對設備的經濟性和可靠度要進行模型化管理。例如鍋爐受熱面的使用壽命分析，在線數據有受熱面的壁溫監測、有汽水品質指標、有煙氣中粉塵濃度值，通過這三方面的數據，完成可以判斷出受熱面管材的金屬老化速率、汽水腐蝕速率、煙氣磨損速率，就可以建立受熱面使用壽命模型，實時的顯示出管材的使用壽命。

通過上述介紹的設備管理手段，可對火力發電廠的主輔設備進行全方位的智能化的管控，對設備的科學的準確的分析判斷，保證設備安全可靠經濟運行，只有機組穩定的運行才為企業的經營管理打下良好基礎。

5　經營管理分析系統

現火力發電廠基本上都使用SAP平臺，通過ERP系統進行成本管理，在ERP實施前，一定要對電廠的管理流程進行優化疏理，使ERP中的流程配置盡量符合本廠的實際情況。即要保證流程的科學合法規范，又要保證管理的順暢。要把企業的所有成本都納入到ERP系統中進行管理，包括人資、燃料管理等，要實現挖掘ERP系統強大的分析功能，真正使之為企業管理提供強大的支撐作用。

6　網絡和通信系統

采用先進的網絡及通信技術，為上述功能實現提供一個良好的信息服務平臺，并結合以下幾方面內容。

6.1網絡架構建設

建設智能化電廠，一定要先做好網格架構的規劃，才能保證全廠各信息系統的安全流暢運行。數據中心要保證所應用的各軟件平臺運行速度順暢，各軟件使用相同的接口協議，保證數據共享；綜合布線要考慮數據的傳輸能力、環網的冗余輔設、各單體建筑的功能定位。

6.2全廠智能安防門禁系統

通過各入廠門崗的門閘管理和周界安防系統保證廠內人員有效管理，不發生外界非法進入。門禁系統要集成門禁、人資考勤、消費等功能“一卡通”功能。

6.3全廠的無線WLAN覆蓋

在生產現場及工作區域實現無線信號全覆蓋，實用性較強，所有管理人員及檢修或運行巡檢人員利用手持PID可在現場進行缺陷、工作票簽發等工作。利用網絡信號實現耳麥對講，代替傳統的對講機聯系方式。

6.4云應用、it運維平臺

采用虛擬化技術，將系統部署到虛擬化化的高性能物理服務器上，達到高可靠、自動化運維的目標。終端區域按照使用用戶的數量配置瘦終端機器（只有顯示器及鍵盤），操作系統及應用軟件的安裝使用及部署工作都運行在數據中心服務器的刀片上，還可以使用移動終端、PAD、手機通過專用的安全隧道訪問、操作桌面。

6.5多媒體會議功能

多媒體會議功能的規劃，是體現智能化建設的重要展現窗口，功能區的設計即要體現先進技術的應用，又要與企業的主頁連接，能夠對企業應用的所有管理軟件平臺全部能夠演示介紹。

7　結語

上述闡述的六大方面管理功能，囊括了火力發電廠生產經營管理的各個方面，現役機組中還沒有全面應用的案例，如果新建機組在基建期對上述幾方面進行統籌規劃，會展現出一個智能的，管理先進的火電廠典范，我們期待著這樣的一個示范性的火力發電廠投產落地。

[1]陳世和，智能電站發展現狀及展望[A].智能化電站技術發展研討暨電站自動化2013年會論文集[C].北京.中國會議，2013，30～40.

[2]張學孟，劉智銘.數字化電廠建設的關鍵技術及發展[J].廣東電力，2012，25（9）：35～40.

Discussion on Thermal Power Plant Intelligentialize

YAN Feng-kui
（Huadian Inner Mongolia Energy Company Tumote Power Generation Branch，Baotou 014300，China）

This paper discusses variety kinds of intelligent design oriented with equipments，from the aspects of equipment selection when infrastructure，equipment control，equipment monitoring，equipment control，management and support management system，it also offers a clear explanation and planning of the intelligent power plant.

power Plants；visualization；intelligentialize

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.05.010

TM76

B

2095-3429（2015）05-0041-04

閆鳳奎（1974-），男，內蒙古包頭人，碩士研究生，工程師，從事火力發電設備管理工作。

2015-06-30

2015-10-09