電廠熱工設備效能監測與集成管理系統

張圓涵

（云南電力技術有限責任公司，云南 昆明 650200）

0 引 言

電廠的熱工設備包括鍋爐、預熱器、分解爐、回轉窯、測量以及監控等設備。這些設備是火電廠主要的生產設備，關系到火電廠的發電效率。由于電廠的熱工設備具有非線性、滯后性、慣性以及不確定性等，給電廠熱工設備效能監測和管理增加了難度。集成管理系統是近年來發展起來的一種新的服務模式，將計算機軟件、硬件、操作系統、數據庫以及網絡通信等技術集成在一起，采用不同廠家的產品將系統集成以滿足服務商所需的要求和目標，從而提供成本低、效率高、性能優越、可擴充、可維護的系統，有效解決了系統之間的互聯、互操作性問題。根據電廠熱工設備的運行特點，采用集成管理系統對電廠熱工設備的效能進行有效監督和管理，及時調整熱工設備的各項參數，達到了降低熱工設備的能耗、提高熱工設備工作效率的目的。

1 電廠熱工設備管理存在的問題

電廠熱工設備包括鍋爐、汽輪機以及壓力容器等熱力設備，監控、測量、控制以及保護設備，這些設備對電廠的發電效率、安全運行發揮著重要作用。隨著我國火電廠的規模越來越大，火電廠裝機設備的容量不斷擴大，熱工設備的結構和運行環境越來越復雜。任何一個環節出現錯誤，都可能影響設備發生故障或者安全事故而造成巨大的經濟損失。因此，需要對熱工設備的效能進行有效的監測和管理。目前，我國電廠的熱工設備管理主要存在以下問題。第一，熱工設備運行具有非線性、耦合性、輸入性等特點，無法建立熱工設備有效的運行模式對其進行分析。第二，電廠沒有充分利用現代計算機信息技術有效監測熱工設備的運行狀態，及時發現熱工設備運行實時數據，并調整設備運行參數。第三，目前我國大部分電廠采用定期檢修的方式，由于缺乏對電廠熱工設備失效風險的研究和分析，火電廠的檢修存在一定的盲目性造成過度檢修，不僅增加了火電站運行成本，而且進一步破壞了鍋爐系統，增加了鍋爐運行的安全隱患[1]。第四，由于火電廠熱工設備的各個系統建立現代化信息系統的時間不同，導致各個子系統的數據信息無法與上層管理系統進行有效的對接而造成信息孤島。上層管理系統無法實時掌握各個子系統的運行狀態，無法為熱工設備運行管理、檢修提供有效的參考。

2 電廠熱工設備效能監測與集成管理系統的建設

2.1 電廠熱工設備效能監測與集成管理系統的理論支撐

根據火電廠熱工設備的運行特點，該系統采用模糊控制理論。模糊控制理論是由模糊集合論、模糊語言變量、模糊邏輯推理等為基礎的一種計算機數字控制技術，是美國加利福尼亞大學教授提出來的一種控制理論。模糊控制理論是根據人的知識對控制對象進行控制的一種方法，因此又稱為語言控制。具體步驟：微機采集控制對象的數值，將采集的數值和標準數值進行對應得到誤差數值E，然后將誤差數值E作為模糊控制器的一個輸入量，將E實際精確值作為模糊值得到相應的模糊語言，然后將誤差E的模糊語言集合到一個子集e，通過e和模糊控制規則R得到模糊控制量U=eR。其中，U是模糊變量。為了對被控對象進行更加精確的控制，還需要對U進行非模糊化處理才能得到一個精確的數字，然后才能得到精確的模糊變量。計算機系統將模擬變量發送給執行機構，從而更好地控制被控對象[2]。依次循環進行，從而實現被控對象的模糊控制。圖1 為模糊控制器的工作原理圖。

圖1 模糊控制器的工作原理圖

2.2 系統設計目標

根據火電廠熱工設備的性能特點和熱工設備管理系統存在的問題，基于模糊控制理論建立電廠熱工設備性能監測和集成管理系統。該系統可以快速、實時采集、讀取、存儲、處理熱工設備的監測數據、控制數據、測量數據等信息，并建立科學合理的熱工設備效能監測模型，為熱工設備的運行和檢修提供了有效參考。通過連接上層管理系統和各個子系統，實現數據信息一體化管理，建立一個開放、可拓展的管理系統。

2.3 系統結構設計

該系統包括數據層、數據接口層和核心功能層。數據層主要采集電廠DCS 系統的各項數據信息，包括火電廠的各個設備型號、規格、生產廠家以及原理等設備物理信息，火電廠計算機所有輸入/輸出的數據信息，熱工設備生產過程中產生的各項實時數據信息以及圖表。數據接口層主要連接數據層和核心功能層，將各個子系統采集的數據實時傳輸到中央控制器，以實現電廠DCS 系統OPC 服務器的連接、列舉以及服務器內數據瀏覽、搜索、修改等要求，并實現對熱工設備的數值、時間線等數據項的信息動態讀取，實現對OPC 服務器的讀寫操作。核心功能層主要包括熱工設備效能監測和集成管理兩部分，是整個管理系統的核心。

2.4 系統功能設計

2.4.1 熱工設備集成管理功能模塊

集成管理功能模塊主要是為效能監控模塊提供有效的支撐，并為熱工設備集成信息系統提供有效的人員管理，有助于管理人員有效監督、管理控制熱工設備。熱工設備集成管理功能模塊分成熱工設備基本信息管理模塊、設備采購與存儲管理、設備維修管理、系統維護管理以及設備報表管理5 個部分。基本信息管理模塊主要負責電廠熱工設備的規格、型號、數量以及性能等基本信息的管理；設備采購與存儲管理主要負責對熱工設備相關附件的采購入庫管理，一旦零部件出現缺失，確保熱工設備附件及時更換維修；設備維修管理主要記錄存儲熱工設備的維修保養相關信息，為后續的維修管理提供有效的參考；系統維護管理主要對整個熱工設備效能監測和集成管理系統進行維護管理，刪除、添加、修改系統相關數據，且在系統出現故障時及時進行維護，確保整個效能監測和集成管理系統有序運行；設備報表管理主要管理整個設備的報表信息，便于有效追蹤管理整個電廠熱工設備的運行情況。

2.4.2 熱工設備效能監測功能模塊

設備效能是衡量企業生產過程中的關鍵績效指標，主要由時間效率、設備性能效率和合格品率3部分構成。因此，熱工設備效能監測模塊在設計時需要綜合考慮這3 個方面的內容。熱工設備效能監測功能模塊主要是利用模糊控制理論構建熱工設備效能評價指標，按照電廠制定的熱工設備效能評價指標綜合評價整個電廠的熱工設備，從而制定設備維修方案。熱工設備效能監測模塊包括系統配置、數據錄入和分析結果3 部分。系統配置主要顯示電廠熱工設備運行的班組信息、設備停機故障和停機原因、不合格產品和次品的統計與原因、熱工設備的詳細信息、熱工設備運行的最大理論值和實際數值。數據錄入主要錄入每一個班組的計劃停機時間、非計劃停機時間以及原因、熱工設備生產值。分析結果顯示，根據熱工設備的監測數據將各個班組運行的實際情況展示出來，并綜合班次信息、設備故障信息、計算機自動統計分析熱工設備的各項性能，為管理人員提供有效的參考。

2.5 系統軟件架構

整個電廠熱工設備性能監測和集成管理系統采用分布式系統，采用全局管理系統模式，可以為管理人員任意調度網絡資源。應用系統只能使用pad、主機等設備，并通過wfc 程序間接訪問數據庫中的各項設備數據信息，從而確保整個電廠內部數據的安全性和可靠性。

3 結 論

熱工設備作為火電廠的主要生產設備，熱工設備的性能關系到火電廠的生產效率和質量，關系到企業的經濟效益。傳統的熱工設備效能監測與管理系統存在問題，通過構建分布式熱工設備性能監測與管理系統，可以對整個火電廠的熱工設備進行有效的監測與管理。