瓦斯發電站監測監控系統設計與應用

麻 磊

（汾西礦業新能源開發有限責任公司，山西 介休 032000）

引言

瓦斯發電站內設備分散，發電過程以及瓦斯輸送過程復雜，監控設備以及監測環節較多[1-2]。為了確保瓦斯發電站安全可靠運行，應對瓦斯發電站原有的分散監控設備進行分級、集中管理，從而提高瓦斯發電站監控自動化水平。山西某礦根據井下排放的瓦斯濃度，在地面安裝12 臺型號500GFI-3RW瓦斯發電機組，文中即以該發電機組為工程研究背景，對瓦斯發電集中監控系統進行探討。

1 集中監控系統構成

監控系統結構由現場控制站、操作員站、通信網絡以及工程師站等組成。現場控制站、操作員站等均由獨立的計算機構成，具備數據采集、報警、監視、記錄、系統管理等功能；通信網絡將監控系統中所有的獨立計算機連接起來，形成統一的監控系統[3-4]。具體瓦斯發電站現場布置的集散監控系統結構框圖見圖1。

圖1 監控系統結構框圖

2 監控系統設計

2.1 瓦斯發電環節分析

具體礦井地面構建的瓦斯發電站發電流程見圖2 所示。瓦斯發電涉及到的主要環節包括瓦斯輸送、瓦斯發電、循環冷卻、余熱利用以及發電并網等。

圖2 瓦斯發電站發電流程

2.2 現場監控站設計

根據瓦斯發電站運行情況，現場布置的監控站應可對瓦斯輸送管路（瓦斯流量、壓力）、控制機房內溫度、冷卻循環系統等運行狀態、運行參數進行監控。礦井瓦斯發電站使用風冷方式，并配備4 臺高溫冷卻塔、4 臺低溫冷卻塔。現場監控站應能對冷卻塔內冷卻電機的啟停狀態、集水管內壓力、溫度以及余熱利用系統中的冷卻泵、熱水泵等運行進行監測。

依據現場實際條件，將瓦斯發電站現場監控站設計為監控總站、1—3 號監控分站、抽排泵站以及甲烷測量就地控制柜等6 個部分。將監控總站布置在低壓控制室，主要監控風機、電動機、水泵等瓦斯發電機房內的主要設備，并實時獲取斷路器分合狀態信息。1—3 號監控分站分別布置在發電機房、冷卻泵房以及采暖泵房，1 號監控分站用以監測發電機房環境溫度以及發電機組冷卻水溫度；2 號監控分站用以監測冷卻泵房內冷卻塔進水壓力、溫度以及水位；3號監控分站用以監測采暖泵房內蒸汽壓力、流量以及蒸汽補水箱內的壓力、溫度以及液位。抽排泵站用以對瓦斯抽采泵電流、溫度進行監測，實時獲取輸送管路中溫度、流量以及壓力等數據。

2.3 操作員站設計

采用現場監控站可實現對瓦斯發電站內各主要設備運行情況進行監測，操作員站對監測獲取到的各類數據進行匯總、分析，在顯示屏上顯示監測結果。操作員站監控系統操作控制通過MCGS 組態實現。

現場監控獲取到的信息經過現場監控站傳輸給操作員站，并在操作員站上顯示監控數據，便于現場人員掌握瓦斯發電站整體運行情況。MCGS 組態軟件可具備報警功能，具體功能通過PLC 控制器實現。現場PLC 控制器輸入點與熱繼電器常開連接。操作員站還可以對監測數據進行存儲、查詢。

2.4 通信網絡

通信網絡是監控系統的重要支撐，各級分散監控單元以及人機接口等均經過通信網絡連接成一個整體單元。由于DCS 系統為分層結構，因而通信網絡結構應與DCS 系統一致，均為分層結構。監測獲取到的數據傳輸給操作員站的同時，控制指令也應能傳輸給現場控制站。不同層次的通信網絡應根據實際需要采取不同的通信協議以及拓撲結構，具體不同層次通信網絡采取的通信協議見表1 所示。各個層次通信網絡相互配合構成監控系統整體通信網絡體系，具體通信網絡結構組成見圖3。

圖3 通信網絡結構

表1 通信協議

3 監控系統現場應用情況分析

將文中設計的集中監控系統于2019 年12 月運用在該礦瓦斯發電站，主要取得下述主要功能:

1）監控系統可實現瓦斯輸送系統的實時監控、輸送量的計量監測。

2）可對瓦斯發電機組重要運行參數的同步監測，具體監測內容包括有發電機組功率、運行時間、油溫以及缸溫等。

3）實現瓦斯發電站冷卻系統、余熱利用系統中電動機、水泵等關鍵設備的運行狀態進行監測，并可對控制柜分合閘進行遠程控制。

4）對瓦斯發電機組外界環境，如發電機房溫度、水管水壓以及水體溫蒂等進行全方位監測。

5）監控系統將各監控分站集成，并接入到集中控制中心，當監控系統發現某位置存在監測參數異常時，監控系統可實現瓦斯發電設備報警-運行聯動，從而提升瓦斯發電機組運行可靠性。

4 結語

瓦斯發電站監測監控系統結構主要包括現場控制站、操作員站以及通信網絡，通過監測系統將各獨立的監控單元連接成一個整體，可提高瓦斯發電站內各設備、各系統運行監控效果。在礦井瓦斯發電站現場應用后，該系統運行平穩，可實現瓦斯發電機組遠程實時監控，切實提升瓦斯發電監控的自動化水平。