大型燃機智慧電廠建設

王樹春 李祥苓 王偉同

[摘 ? ?要]智慧電廠是一個國家電力工業發展的標志，智慧電廠建設是一種數字化和智能化結合來確保電廠安全、生產、經營的綜合性先進技術，可以推動不同產業發展升級。其擁有的主要技術特點：包括智能圖像傳輸、信息技術融合、智能管理計劃、智能算法、智能分析決策、管控系統一體化、全方位壽命和長周期智能管理。主要介紹智能電廠優點、內部各個模塊概念及實現方法。

[關鍵詞]燃機;智慧電廠;建設

[中圖分類號]F426.61 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–00–02

[Abstract]Smart power plant is a symbol of the development of power industry in a country. The construction of smart gas turbine power plant is a kind of comprehensive advanced technology combining digitization and intelligence to ensure the safety， production and operation of power plant， which can promote the development and upgrading of different industries. It has six main technical features： its products have six main technical features： including intelligent image transmission， information technology integration， intelligent management plan， intelligent algorithm， intelligent analysis and decision-making， management and control system integration， all-round life and long-term intelligent management. This paper mainly introduces the advantages of intelligent power plant， the concept and Implementation method of each internal module.

[Keywords]gas turbine; smart power plant; build

1 大型智慧電廠系統構架

智慧電廠主要是在傳統的物理和數字化火力發電廠技術的支撐下，通過自身構建先進的控制系統和安全高效的網絡平臺、數據庫存儲與分析的平臺和信息共享的平臺以及互聯網技術，把相關的制造、設計、施工、運行、保養、管理和決策等各個方面都互動了起來。用先進的管理思想和信息技術，使電廠的建設、管理、運行和日常維修更加精益求優，實現了環境友好、可持續發展的科學發展目標，并且具有多點感知、全面的互聯、智能分析等優勢（圖1）。

2 建設大型智慧電廠目標

智慧型內燃機火力發電廠以如何實現火力發電企業工作在全過程管理中的各種數字化、自動化、信息化、標準化過程管理功能為主要工程技術理論基礎，以管控系統一體化、云計算、物聯網為技術平臺，集成了各種智能過程傳感與系統執行、智能過程控制與系統優化、智能財務管理與智慧戰略決策等各種管理技術，是一種完整的、具有自動化學習、自動化適應、自趨優、自動化修復、自動化組織的新型現代智能火力發電廠的工作過程運行和管理控制系統管理技術模型，實現了更加安全、高效、清潔、低碳、靈活運作的企業生產經營宗旨。

（1）挖掘機組節能減排潛力，降低機組整體煤耗，污染物排放達標，使得機組運行更加高效環保。

（2）提高了發電機組的調頻負荷自動響應速度和自動調頻系統功率自動控制能力，滿足了對智慧城市電網調頻AGC和一次性自動調頻的功能要求，機組靈活性運行水平明顯提升。

（3）全面提升機組自動化和智能化水平，實現減員增效和人性化管控，短期達到“少人值守”目標，最終實現“無人值守”。

（4）機組的各個主要參數的控制產品質量得到了大幅提高，增強了機組正常運行時的安全性與穩定性，為機組安全、高效、環保運行提供保障。

（5）提升管理，計算分析火電廠總成本、總收益、機組啟停曲線、盈虧平衡曲線及發電市場價格，給發電廠或發電集團的生產及售電與競價策略提供重要參考依據。

3 一體化智慧平臺

組建一個集存儲、計算、管理、展示和決策于一體的數據和運算平臺，通過數據和服務兩個基本點融合在一起，形成了一個可靈活擴展的體系，提供多源異構數據的超融合接口。

4 運行全面數字化

數字化控制監視系統從整體結構上可以劃分可成為3個層次，第一層主要是負責廠區內各級工業信息系統管理層，即管理設備和管理人員。第二層主要是負責工業生產的全過程自動控制層，主要是邏輯判斷和自動處理機構。第三層分別是現場質量檢測、監控和工業智能設備層，即各個系統的檢測和反饋測點。

現場智能設備層是現場數字化控制處理系統的一個重要基礎組成部分，包括現場測量儀表、執行機構、電動閥門、電氣馬達控制器等就地采集數據的基礎部分，并將所有信號匯集到總線，通過總線來通信到控制處理系統，設備中大量整定和維修的信息經由數字化從現場總線處理網絡發送到控制處理系統，從而使得設備正常運行和維修安全可靠。

現場總線技術，其根本出發點就在于讓所有的燃氣電廠生產工藝和流程與現場各種設備的信息都實現了數字化，特別重要的是對基層管理階段各級的信息都可以及時、準確地掌握，是真正具有傳統意義的智慧型燃氣電廠的技術基石。

5 智慧管理

智慧管理中心：以企業數據信息的共享服務為主要依托，通過企業所有者和個人的智慧管理系統所采用的大量數據分析處理、預測和控制、自動決策、流程優化等科學技術手段實現對全廠企業生產和運營活動的智慧管理。移動端發布模塊：以企業微信或App的方式將智能電站的應用發布到移動終端上，為管理者提供及時的生產現場信息訪問能力。運行同步績效精細化管理的考評模塊：該系統是一種適用于電廠同步強化考核的管理工具，它以量化管理的思想模式為設計核心、以采集到實時的大數據資料為依托，在各種經濟指標、安全技術指標、環境指標等方面針對同步強化電廠的運行者進行了實時考核得分和績效評定的專項體系，以此方式來鼓舞和激勵機組運行人員，保障了監盤、操作、調節的工作質量，提升了機組在生產運行期間的安全及經濟效益。

6 智慧安全

智慧安全是一個集預案、視頻、圖像、語音、地理位置等多種信息于一體，以建立電廠安全管理子系統專網和電站信息中心為主要技術基礎，各個子系統有機交互為主要特點的電廠智慧安全管理子系統和基礎設施，將分散式的各類安全管理子系統（如門禁監測系統、視頻監控系統、人員定位系統、電子圍欄等）之間進行有機互連，在線上即時通訊，可視化的三維場景式監控畫面下，綜合處理各種廠區的業務，從而真正做到了智慧廠區之間的協調聯動、安全防范。

智能門禁實時聯動。將所有工作票的工作區域與門禁系統相互結合，在獲得工作票允許后，工作任務中所有涉及的門禁都會由工作負責人和班組成員自動獲得授權該工作區域的門禁實時進出權限，并按照工作計劃時間設置權限時效性理。通過設置區域硬隔離，實現生產現場與辦公、生活區域有效隔離，并將不同功能區域分別設置隔離區，人員或廠內車輛只能夠通過一卡通或人臉識別以及智能IC卡進行出入。還能夠實現人員和車輛在區域內的實時定位。

智能自動化車輛。通過實時地對入廠的車輛注冊和記錄，可以確保所有車輛的合法行駛，監測系統可以準確地識別出所有車牌的內容、汽車顏色、型號等基本資料，對未進行登記的車輛實現限制駛入規定區域，并進行報警提示，并能夠實時顯示車輛使用人員和所在區域，有效監督車輛的速度和行駛軌跡。

7 智慧檢修

主要包含生產管理移動應用、發電設備狀態檢修管理系統、主要設備及其輔機的故障預警、機組運行壽命管理系統、機器人與其他智能裝置的巡檢等系統。結合與智慧運行、智慧管理交互信息，綜合分析，給出發電設備的維護周期、更換時間和采購計劃，實現發電主要設備的智能化、合理化和數字化管控。

生產經營管理移動化應用模塊。完成缺陷管理、智能工作票、智能設備巡檢、智能維護檢修、設備安全預警和生產管理的移動應用等功能，實現對人員安全和設備操縱的主動化安全管控。可以有效保障巡點檢及工程中的缺陷業務資料的真實性、實時性、準確度，將工作票的就地啟用及服務期間終結、操作票裝置信息識別和實時監測、實時評估等各項管控技術措施推廣到市場運營中;并且還具有可以擴充為人員定位、電子圍欄等多種功能，在具體實現本質安全要求的前提下提高工作效率。

機組主要部件和設備的智能早期預警模塊。對機組主要部件和設備的數據進行挖掘，得出反映設備正常狀態的重要特征指標及其動態變化規律。當特征指標發生偏離時可發出預警;根據特征指標的動態變化規律，建立設備正常狀態的自學習和自判斷，減少預警的誤判和漏判。同時建立設備預警后的故障分析處理知識積累，為預警后的智能判斷建立基礎知識庫。

重要輔機設備狀態監控模塊。重要對輔機設備的實時數據進行分析和處理，采用了統計歸納、神經網絡及其他支持的向量機等多種智能化算法，挖掘其與設備的振動、轉速、負載和工作溫度等之間的各種內在關系，自動發送并給予有針對性的運行指導及處理意見。采用了數據挖掘技術中的故障分類及數值預測的方法，從故障預測和性能預測兩個研究方向，對重點輔機系統進行狀態評價，結合風險維修理論，實現定量評估，自動判定風險評級，優化輔機的檢修。機器人巡檢：采用云化智能機器人實現全廠生產環境的智能巡檢，與傳統的人工作業相比，機器人巡檢具有更高效、更全面等特點。巡檢對于危險繁重的區域，全面物資保護管理、全面設備壽命管理、傾斜風險預警、故障診斷等都會使得電廠運行維護工作強度大幅降低、電廠的檢修工作更加精簡和優化，檢修朝著可靠性的方向發展。

8 智慧運行

機組普遍存在制粉系統、脫硫、水位控制等仍需大量人工操作干預的生產過程控制。該控制模塊充分借鑒了運行管理人員智慧生命活動的規律，應用了專家控制、自主學習、數據挖掘等創新技術，實現了人工取代過程控制，減少80%以上運行管理人員進行控制和干預的工作，大幅減輕了運行管理人員的勞動強度和錯誤操縱風險，同時還可以優化控制系統的性能，是建設“少人值守”智能電站的基礎。

智慧監盤。以廣泛梳理火電機組運行監盤工作經驗為基礎，重點關注監盤工作的普遍痛點和盲點，智能輔助運行監盤人員全面掌握機組、系統、設備運行情況。

一鍵啟停與自動巡航。大幅減少啟/停機操作量，變負荷啟停設備操作量，重要輔機投/停、并/退、定時切換操作量，需人工調整工作量。

智能冷端變頻控制模塊。根據環境參數、負荷需求和冷端系統運行狀態，實現循環水泵精準變頻節能優化控制;并在機組升降負荷需求的動態過程中，利用冷端的變頻背壓調節能力，充分利用循環水系統的蓄能，輔助機組進一步提高靈活調峰能力。

初級智慧人工模塊。充分借鑒了運行系統中人工智慧活動規律，應用專家自主控制、自學習等新型技術，實現了用人工代替過程控制，減少80%以上運行系統中人工控制干預的工作，平常重復性定期工作交由智慧模塊進行巡行，大幅降低了運行系統中人工的勞動強度和錯誤操作風險，同時還可以優化控制的性能，是建設“少人值守”智能電站的基礎。

9 結束語

智慧電廠建設示范工程整體規劃及硬件平臺在智慧電廠建設初期一步到位，具體智能化應用模塊將根據電廠需求和規劃，分階段完成實施。第一階段以兩年為期限搭建一體化智慧平臺建設，智慧安全中心、智慧運行中心、智慧管理中心、智慧檢修中心、智慧燃料中心，智能模塊開發及應用，以建成“初級智慧電廠”目標。第二階段以兩到三年為期限在“初級智慧電廠”的基礎上，深化開發和應用智能模塊，示范工程建成理想的“綠色智慧電廠”。

參考文獻

[1] 宮平.電廠繼電保護故障診斷與現場處理方案探討[J].建筑工程技術與設計，2018（29）：3968.