火电机组性能监测与指标分析系统在阚山电厂的实施和应用

蒋欢春 刘芬 魏伟 丁勇

(1.上海明华电力技术工程有限公司,上海 200090;2.江苏阚山发电有限公司,江苏徐州 221134)

火电机组性能监测与指标分析系统在阚山电厂的实施和应用

蒋欢春1刘芬2魏伟2丁勇2

(1.上海明华电力技术工程有限公司,上海 200090;2.江苏阚山发电有限公司,江苏徐州 221134)

江苏阚山发电有限公司600MW超超临界机组火电机组性能监测与指标分析系统首先建立了一套基于电厂eDNA实时数据库的机组运行优化管理系统,实现了机组性能指标实时监视、耗差分析、数据查询、班组考核、人员考核、报表统计、用户自定义查询等主要功能。在此基础上,进一步拓展性能指标的计算范围,建立了一套基础数据平台(包括原始数据、计算数据),再结合专家系统(知识库、推理机),实时分析每个指标偏离标杆值(基准值)的原因及发生的概率,实现实时对标;并通过月度统计分析各个指标,实现月度对标,并触发生成月度节能对标报告。本文简单阐述了阚山发电有限公司600MW超超临界机组性能监测与指标分析系统的系统结构、功能开发、故障诊断及推理机原理、系统功能等。

火电机组 性能监测 指标分析 开发实施 系统功能

1 前言

随着国内大型火力发电厂“节能减排”工作的日益推进，对机组进行节能诊断分析、运行开展“五值竞赛”以及对运行数据进行信息挖掘日益受到电厂方面的重视。而电厂往往都有一套的SIS系统(Supervisory Information System厂级实时监控信息系统)1，作为实现电厂管理信息系统与各种分散控制系统之间数据交换的桥梁，但在大多数电厂SIS的标准应用模块中在机组性能计算和指标分析方面往往存在耗差分析指标不全、耗差计算的目标值基本是设计值、计算方法和测点未经过校核等问题，同时该系统也缺乏适应电厂目前的小指标考核、人员考核等运行管理方法的功能。因此需要开发出一套基于电厂SIS数据库开发的高级应用功能，为电厂运行及管理人员提供个性化的节能诊断分析的平台和工具，帮助提高工作效率，同时为运行人员运行调整和日常的检修维护提供必要的参考和指导，使其不仅能“知其然”，而且能“知其所以然”。而火电机组性能监测与指标分析系统正是这样一套基于SIS实时数据库开发的电厂性能优化软件，该系统可以帮助电厂运行和管理人员更好地了解当前机组的实际运行状况和分析各项运行指标与标杆值之间的偏差，并分析产生的原因，从而尽可能挖掘机组的节能潜力，降低机组供电煤耗，并进一步提高机组运行的安全性和经济性。该系统目前在江苏阚山发电有限公司得到了很好地推广和应用，本文将主要介绍该系统的系统结构、主要功能和实现方法。

图1 系统网络拓扑图

2 系统结构

该系统设计采用目前比较流行的B/S结构(浏览器/服务器)；后台计算专用服务器同时提供WEB服务及数据库(SQL Server 2005)服务，服务器端应用程序(含数据接口、日常服务程序)也运行在该服务器上。系统的网络拓扑图如图1所示。

2.1 系统开发及应用平台

服务器以Windows Server 2008为操作系统，Microsoft SQL Server 2005作为数据库服务；以Visual Studio 2008(C#)作为服务器端应用软件开发平台。Windows自带的IIS系统提供WEB服务，网页制作采用Asp．net技术、ActiveX技术、XML技术、EDNA View等工具。工作站要求中文Windows98、IE6．0以上环境。

2.2 数据库平台

数据库平台采用eDNA实时数据库结合SQLServer2005。服务器端应用程序从eDNA数据库采集实时数据，从SQLServer2005采集系统配置信息，进行实时计算，计算结果回写SQLSERVER关系型数据库。

图2 客户端功能框图

2.2.1 关系型数据库

SQLServer 2005主要用于存放系统相关配置信息和实时计算结果，系统相关配置信息主要包括：原始测点配置表、计算测点配置表、基准参数表、工厂参数表、系统参数表、知识(规则)库、系统配置信息、用户管理信息、用户组态信息、报表制作信息、报表制作结果、人工录入数据、月度对标报告信息等；实时计算结果主要包括原始测点数据表和计算结果数据表，计算频率为每分钟1次。

2.2.2 实时数据库

eDNA数据库主要提供给后台计算程序实时数据读取和历史数据读取的功能，后台计算程序通过调用实时数据读取接口实现了对当前机组运行数据的处理和分析，并保存计算结果进行WEB页面显示和历史结果查询；补历史后台计算程序通过调用历史数据读取接口来补齐当本地优化服务器出现问题停运后再次启动后能自动将停运阶段的历史数据，这样使得本地优化服务器的数据始终与优化服务器中的数据保持同步。

对eDNA实时数据库接口程序的开发，解决了当优化系统服务器连接实时数据库，网络断开而导致数据不会再次连接的问题，同时考虑系统停机时的历史数据补全问题(不考虑实时数据库的停机问题)，对机组停机时的数据也进行采集，保证了整个节能诊断系统数据的完整性，对电厂日常统计分析和班组考核数据来源的完整性和准确性都具有一定的意义。

3 系统主要功能

本系统是一个开放、扩展性强的系统，该系统开发完成后的系统用户在使用过程中可以通过各种自定义的方法进行满足自身需求的各类操作。

3.1 运行人员操作水平监视和评价

运行水平监视主要功能有机组运行的小指标考核、煤耗考核系数考核、运行人员操盘监视与统计排名分析等主要功能。电厂通过设计五值竞赛方法实现月度自动统计机组的小指标考核结果，进一步提高运行人员参与运行调整的积极性，同时使考核管理人员的工作效率也得到进一步提高。

传统的机组小指标考核方法是把机组热力系统运行的主要可控因素分解成若干单项指标，以设计值或统计先进值作为目标，以各个小指标的排名和权重作为考核机组运行经济性优劣的标准。阚山电厂小指标考核方法中指标分为经济型指标和安全性指标两类，经济性指标主要包括飞灰含碳量、炉渣含碳量、真空、厂用电率、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、排烟温度、反应器出口NOX平均浓度；安全性指标主要包括水冷壁壁温超温、过热器壁温超温、再热器壁温超温、炉侧主再热蒸汽温度超温。

在小指标考核方法的实际使用中，往往遇到小指标考核结果不能真实反映机组运行的实际水平的情况。其原因有两个方面：一是单元机组运行的经济性是由各运行参数共同作用决定的，小指标不能全面反映各参数之间的相互影响，具有一定的偏面性；二是机组在调峰运行中各小指标的目标值是随负荷呈非线性变化，小指标统计不能反映动态变化过程，缺乏合理性。只有机组的供电煤耗才是反映机组运行性能的综合指标。在我们的机组优化管理系统中可实现优化指标动态管理，主要考核机组运行煤耗与基准煤耗的偏差，我们的监测系统中采用也有供电煤耗考核系数进行运行考核，从而真正考核运行人员的实际水平。

此外，根据电厂发电部的要求，指标考核不仅要考核到班组，同时要考核到人员。指标考核监视画面不仅显示实时值，而且显示当班累计值、五值当月累计值等信息，便于运行人员及时掌握月度考核情况，同时针对操作人员的指标排序评价。主要的功能模块包括倒班表设置功能、运行人员管理功能、班内交接盘设置功能、指标归类统计功能、考核指标查询功能、值际统计报表功能、人员统计报表功能，报表EXCEL导出功能等。

3.2 机组性能趋势分析

机组的供电煤耗数据里融合了大量的信息，直接根据不同时期的最终统计煤耗结果并不能反映机组性能的真实变化方向，机组性能趋势分析工具的提出正是为了解决这一难题。众所周知，机组的统计性能指标变化受到统计周期内煤种、环境、负荷率、启停等多种因素影响，通过将一些客观因素进行剔除或修正，将有助于展现机组最真实的情况，性能趋势分析功能模块将机组的实际运行煤耗、以及其他修正后的重要经济指标以趋势的方式进行分析，将更加直观地反映机组性能的变化。通过改造性能趋势分析的相关控件，用户对数据查询周期、查询曲线的上下限、自定义查询曲线等功能的使用，能进一步掌握当前机组的性能状况及机组性能出现问题的原因进行进一步分析和诊断。

历史趋势曲线中其中包括“组”的概念，比如，影响供电煤耗的因素的所有指标可以自定义在一个组中查看，用户也可以创建多个不同组来进行比较，每个用户只能看到其所定义的组和公共组，这样系统针对不同用户所展示的内容也各不相同，使得系统针对不同用户所体现的功能特点各不相同。

4 性能指标分析方法

性能指标分析将影响机组经济性的所有指标(包含综合指标、经济指标)作为一个故障来处理，当该指标偏离标杆值一定程度后，故障成立，推理机的作用就是通过某种数学手段，诊断引起该故障发生各种原因的概率。

4.1 故障诊断概念

根据热力系统或设备所表现的异常现象或征兆，参考专家积累的经验知识(知识库)，利用某种数学方法，推理得出系统或设备所存在(或隐含存在)的故障类型及故障概率；或引起某种故障的原因类别及原因概率。

4.2 故障诊断一般流程

知识库的积累—特征值的提取—推理机推理—诊断结果(诊断报告)。

知识库是故障类型与故障征兆之间关系表，它描述了某种故障所表现的所有征兆，以及各种征兆之间的权重关系或逻辑关系。知识库的获取需要专家经验知识的积累，知识库的全面准确与否，将直接影响故障诊断的准确性。

推理机是根据所提取的征兆样本，推理得出该样本所属的故障(原因)类型及故障(原因)概率，其所采用的数学方法(模块)，称之为推理机。推理机一般采用的数学方法有：基于规则的逻辑推理法；基于空间矢量的模糊数学法；基于神经元的神经网络法。本项目研究开发的是基于模糊数学的逻辑推理机。

5 结语

火电机组性能监测与指标分析系统一方面建立了一套基础数据平台(包括原始数据、计算数据)，增强了数据接口对原始测点数据的读取功能，使其具有了更为完整的历史数据存储、更为便捷的趋势曲线查询方式、更为高效的节能指标分析指导功能以及更符合电厂实际使用人员需求的功能设计；另一方面该系统通过拓展相关性能计算模型，再结合专家系统(知识库、推理机)，实时分析每个指标偏离标杆值(基准值)的原因及发生的概率，实现实时对标；并通过月度统计结合离线指标推理，实现月度对标，触发生成月度对标报告。指标分析这项工作对改善运行、完善设备、提高机组运行经济性起到了积极的推动作用，但这项工作需要每个电厂配备多个业务能力强、专业面宽的专家型技术人员，同时需要投入大量的工作时间进行数据收集、数据分析，而性能监测与指标分析系统通过计算机实时统计最终生成相关报告的方式很好地解决了这一问题，进一步减轻节能管理人员工作量，提高工作效率。

[1]王印松,房方等.电厂SIS系统的体系结构及应用[J].电气时代,2006,(10):116-118.

[2]黄新,王健,等.火电机组节能对标管理系统的研究与开发[J].华东电力,2011,39(10).

[3]王炎玉.液压故障诊断专家系统的开发[J].林业机械与木工设备,2004,32(5):17-18,31.

蒋欢春(1983—),男,工程师,主要从事火电机组运行优化及能耗诊断系统研究和开发工作。