熱電負荷實時在線監測系統在電廠中的應用

蘇昌達

(大唐環境產業集團股份有限公司,北京100097)

1 概述

隨著國家經濟的高速發展和人民生活水平的不斷提高，社會對供電、供熱的需求量和質量要求也越來越高。與此同時，電力負荷特性也發生了較大的變化，電網峰谷差正在逐年增大，電網調峰日益困難。特別是在冬季供熱期，調峰更是十分困難。熱電聯產機組熱電負荷實時監測系統即基于這一目的而開發的。理論分析和電廠實際運行能力表明，在一定供熱量的條件下，通過對主汽流量、抽氣壓力、低壓缸通流量等參數的調整，供熱機組具有一定的電負荷調整安全范圍。因此，供熱機組熱電負荷實時監測系統的搭建和運行，不僅能夠解決供熱期熱電聯產機組調峰問題，而且能夠全面精益化實現“以熱定電”的熱電廠負荷調度與管理方式。

熱電負荷實時在線監測系統通過在熱電聯產電廠安裝熱電負荷實時在線監測子站裝置，采集供熱機組的主要參數，包括主汽流量、主汽溫度、主汽壓力以及抽汽流量、抽汽壓力、抽汽溫度、發電功率等，并將采集的數據實時發送到在電力調度中心的熱電負荷實時在線監測系統，實時掌握各熱電機組的熱電比、節能比等指標，模型運算處理得出真實的機組效率，按照國家的產業政策通過上網電量計劃的調度，以達到優化能源結構、節能降耗的目的，創造了明顯的社會效益和經濟效益。

2 熱電負荷實時在線監測系統功能

2.1 實現對區域內熱電聯產機組實時運行參數的遠程集中監視。

2.2 對熱電聯產機組的供熱、發電運行參數實現高精度的數據采集與傳輸。

2.3 實時監測熱電廠總出口供熱管道的供熱流量、溫度、壓力參數。

2.4 實時監測熱電廠中各機組的抽排汽流量、溫度、壓力參數。

2.5 實時監測熱電廠向電網的供電量及各機組發電機的發電量。

2.6 實時顯示各電廠熱電比、全廠供熱量和全廠發電量以及實時采集數據的當天運行工況曲線圖，模擬出在定壓運行工況相應的供熱條件下負荷調整區間曲線，掌握各供熱機組在當前供熱水平下電負荷的調整能力，為合理調度提供科學合理的依據。

3 熱電負荷實時在線監測系統簡介

供熱機組熱電負荷實時在線監測系統可實現對省或地區的熱電聯產機組的熱電負荷數據的實時采集、傳輸及遠程監測，系統可容納多個子站。系統結構示意圖如圖1。

圖1 熱電負荷實時在線監測系統結構示意圖

熱電負荷監測子站實時采集供熱機組鍋爐出口過熱蒸汽的溫度、壓力、流量，抽排汽流量、溫度、壓力以及機組發電有功功率、發電量、總的發電有功功率及總發電量，存儲于子站中，通過以太網、VPN、GPRS/CDMA通訊將采集的數據傳送至電力調度中心，然后經過數據處理，包括量程變換、數據容錯、冷端補償、流量補償、累積值計算等，根據蒸汽的流量、壓力、溫度進行焓、熵計算，模擬出在定壓運行工況相應的供熱條件下負荷調整區間曲線，得出真實的機組效率，為合理調度提供依據。

4 熱電負荷監測系統具體應用

某電廠采用KLD-8400熱電負荷監測子站采集鍋爐及機組數據，由于電廠鍋爐及機組控制采用DCS控制系統，故從DCS系統采集數據比較方便、經濟。數據通過和利時開發的OPC通訊軟件上傳，存儲于子站，按照統一的數據傳輸規約發送到中心站的數據庫中，子站至少可存儲10天的原始數據。當上傳通道出現故障恢復后，可以響應主站的歷史數據補召，從而保證數據的完整性。數據在中心站統一存儲保存、分析利用。

4.1 子站硬件系統構架圖（如圖2）

圖2

DCS接口機：設置一臺DCS接口機，根據DCS系統廠家提供的OPC通訊規約開發相應的數據采集軟件，將所需數據采集并存儲于監測子站。

Linux子站：硬件采用符合工業標準的工控機，子站配置兩塊網卡，一塊連接數據采集交換機，負責采集所需數據；另一塊網卡連接外網交換機，負責向主站發送實時數據。子站操作系統選用Linux，數據庫選用MYSQL。單向物理隔離裝置：選用電力專用單向物理隔離裝置，可以報文形式單向傳輸、數據庫單向同步、實時數據流單向廣播等不同環境的應用。脈沖裝置：負責電廠監測子站設備與主站數據傳輸的安全隔離。CDMA無線模塊：由于電廠與主站沒有光纜連接，故采用CDMA無線方式進行連接。

4.2 子站軟件系統構架圖（圖3）

圖3

監測子站實時數據處理系統運行于一主一備兩臺Linux接口機上，采用Linux操作系統和MySQL數據庫。軟件分為數據采集、數據庫、實時數據顯示、歷史數據查詢及實時數據發送等五個獨立模塊。

數據庫：系統化設計實時數據庫，存儲10日（可根據需要調整）內的子站數據。數據表結構采用橫向設計，有效的減少數據的條數，可以保證數據庫的連接性能。

數據采集：峰峰孫莊矸石熱電廠所需上傳數據取自于DCS系統，開發一個獨立的采集模塊，實現熱網所需數據的采集。本采集模塊的開發需要電廠協調DCS廠家進行支持（因為需要DCS系統的數據采集規約）。

實時數據發送：讀取數據庫中的實時數據，按照通信規約封裝報文并以TCP方式發送實時數據到主站。同時接收主站的時鐘數據幀進行系統校時、接收主站召喚時鐘命令幀進行本地時鐘上報、接收主站的熱電歷史數據命令幀進行歷史數據上傳。

實時數據顯示：滾動顯示正在發送的實時數據到顯示界面上,方便用戶了解正在發送的數據值。

歷史數據查詢：以機組編號、測點編號以及時間點來查詢數據庫中的歷史數據。方便用戶與主站核對上傳的數據值，并提供歷史數據導出到EXCEL表格的功能，方便用戶進行報表管理。

數據計算：由于各數據源系統中的數據單位或量程與子站要求有可能不同，本系統根據需求對數值進行修改后存儲于數據庫。

4.3 熱電廠端結構示意圖（圖4）

圖4

5 結論

5.1 供熱機組熱電負荷實時監測系統的投產運行，實現了供熱機組熱電負荷實時監測的現代技術管理。

5.2 該系統增強了電網調度對供熱機組的分析和控制水平，推動“以熱定電”調度模式向精益化調度方向發展，為加強“三公”調度提供了技術手段和科學依據。

5.3 該系統實時監測供熱機組的主汽流量、主汽壓力等供熱參數，能夠計算出供熱機組當前采暖供熱量條件下的電負荷調整位置，使電網調度能夠實時掌握供熱機組的調峰能力，有助于解決供熱期電網調峰困難問題。

5.4 主站系統存放的海量歷史數據，可為將來熱電方面的數據挖掘做更深層次的研究提供數據基礎，同時可逐步實現對火電機組煙氣污染物排放監測和節能發電調度等功能。