智能化火力发电厂探讨

闫凤奎

（华电内蒙古能源有限公司土默特发电分公司，内蒙古包头014300）

智能化火力发电厂探讨

闫凤奎

（华电内蒙古能源有限公司土默特发电分公司，内蒙古包头014300）

从电厂基建时设备选型、设备控制、设备监控、设备管控、经营管理、辅助管理系统几个方面，论述了火力发电厂以设备为中心的各种智能化设计，对智能化火力发电厂进行了明晰的阐述和规划。

火电发电厂；可视化；智能化

0　引言

智能电厂，是指以物理电厂为基础，将智能控制技术，现场总线控制技术，现代先进传感测量技术、信息技术与物理电厂高度集成而形成，具有智能化、信息化、一体化、经济、环保等特征的新型电厂[1]。构建数字化电厂是实现高效、节能、减排，提高发电企业竞争力的重大举措，可将我国电厂积累多年的生产过程自动化技术和基于微处理器的电厂自动化产品有机地结合在一起，对电厂用户进行整体自动化规划和分工，提高电厂前期规划水平，提高热工自动化、电气自动化、信息软件实施和应用水平，从而提高现代发电厂整体自动化水平[2]。现火电行业内对数字化电厂提法较多，但没有一个让所有人都认可的示范电厂。现在针对火电行业开发的先进管理手段较多，如能对数字化信息加以综合分析利用，就能使火电厂的生产运营管理智能化。但大型火力机组设计规范中对数字化电厂没有进行说明和规划，设计院也就无法在基建概算中进行列支。本文从火电厂基建期的设计阶段出发，探讨了火电厂智能化的规划，这些规划在机组建设期间实施后，不仅能把各种思路统筹安排，落到实处，又能节省大量投产后的改造投入。

1　设备选型

设备管理是火力发电厂的管理核心，只有设备经济可靠运行才能保证生产经营系统正常管理。设备选型首先要保证指令执行精确、可靠，执行特性曲线良好；二是要安全可靠、高效节能环保；三是主辅设备要有良好的通讯协议，测量元件配备齐全，设备重要运行参数具备在线数据传送功能，保证设备测量数据精确可靠，为设备智能化分析管理提供数据支撑。

2　设备控制系统

有了执行精准的现场设备，还要有发达的神经控制中枢。控制系统主要是指DCS系统。现在全厂集中控制，主辅工艺系统全部使用DCS系统，已是新建机组设计主流，部分环境较好的系统可选用现场总线控制系统，比如化学制水、NCS通讯方式。DCS逻辑组态中要融进各种优化调整手段，如燃烧调整优化，能使机组达到较高的负荷响应速率。

3　设备监控系统

对设备的监控和管控手段是智能化电站的核心部分，对设备的实时监控是指现电厂SIS系统，现SIS系统一般电厂只用来进行指标或耗差管理，所起到的作用非常有限，SIS系统建设是起到控制系统与企业管理应用系统的数据桥梁的作用，现在的状况是桥梁建好了，但在上面跑的数据量却非常有限，生产管理人员对SIS数据的应用与分析也非常有限。把二维的SIS系统画面，转换成三维系统模型，将系统上设备的静态数据、实时数据均加以链接，系统即可作为实时数据的应用平台，又可作为设备检修管理平台（基本框架结构见下图一），那么SIS系统的使用率将大大提高。

（1）通过精准的测量手段，可将SIS传统意义上运行管理各方面的功能加以实现，如：数据统计、性能计算、指标分析、优化指导、绩效考核、安全报警管控、在线性能试验等。数据管理实现推送功能，如重要数据超标可直接以短信形式发送给相关管理人员，超限数据也可直接在缺陷管理系统中自动生成设备缺陷。

（2）检修人员将SIS系统作为设备管理平台，增强了检修人员对设备运行状态的关注度。将分散的设备台帐、检修记录、图纸资料等信息集中管理，将SIS系统与ERP相关联，在设备台帐的设备备件清单中可体现单体设备备件实时物资储备情况，也可直接进入缺陷处理界面。对SIS系统中重要设备进行三维建模管理，可实现设备的动态作业指导书功能，即通过三维的拆解演示设备检修全过程，并在各节点进行检修数据的录入与验收，并且数据一次录入，各功能模块全部共享，即保证数据的及时和真时性，也避免了检修数据在不同的功能模块中的重复录入。转动设备的丰富数据也为其劣化分析提供良好趋势曲线。

图1　设备管控系统框架结构图

（3）真实的物理空间的三维模型，也为人员培训提供了良好的平台，能够快速提高生产人员对系统的熟悉与掌握速度。因为有了三维的设备内部模型，对一些事故或异常分析也有非常好的帮助。

4　设备管控系统

设备管控系统是指通过整合实时和历史的数据、可视化三维在线监测数据综合分析，为生产的检修、运行、燃料管理等提供执行依据，为企业经营提供科学可靠决策依据，实现设备安全经济运行，企业经营精益高效，基本框架结构如图1所示。

主要包括以下一些管理手段：

4.1精密点检系统：

基建期间实施精密点检工作的几项优势及益处：

（1）能真正体现出精密点检设备管理的精髓。生产实施的精密点检项目，设备参数信息因运行无法解体，对于用来诊断分析的设备信息无法收集，影响故障诊断精确性；而基建期可借助三大主机的制造安装机会，利用彩色激光三维扫描技术将设备结构转换成三维立体模型，便于故障诊断和分析。

（2）主辅设备能够真正实现全寿命周期管理。从设计阶段入手，对设计合理性、制造过程中的缺陷、安装质量问题、设备分部试运验收等设备正式投运前的所有过程进行全面管理，弥补设备管理这一阶段的真空。

（3）一是信息收集全面彻底，提高设备管理手段。。可将精密点检平台作为设备管理平台，将设备的历史故障检修记录、设备信息参数及三维设备结构图、备品备件清单等集成在一起，做到设备信息的传承及管理的延续性，三维结构图及故障库也为人员检修素质培训提供良好的平台。

（4）精密点检可分为在线和离线两种方式，在线是指在重要的辅机设备选型和安装阶段，要求测量元件的性能和数量要满足分析需求，在基建期一次性安装，避免投产后的重复投资，达到精密诊断的在线实时监测和故障分析。对有备用的，停备后不影响机组出力的可采用离线监测分析的方式。

4.2受热面防磨防爆管理系统

为锅炉的预知检修和优化检修，提供科学的数据支撑。该系统，对高精度快速锅炉变形诊断技术、超声诊断技术、氧化皮检测技术、应力分析技术、寿命预估技术等，进行了创造性地融合与研发，将静态诊断技术与动态诊断技术，革命性地展示在实景三维环境中，成为崭新的锅炉金属管控新体系。涵盖了电厂锅炉金属监督工作中的技术管理、设备管理、检修控制、缺陷管理和专家诊断系统。全寿命周期地监控金属材料状态和锅炉状态。

4.3汽轮机可视化监控系统

可视化汽轮机实时监控系统完全突破了传统的TDM设计思想，不再是单纯的振幅报警和时频分析图形，而是将轴系状态直观形象地以三维动画的形式呈现在屏幕上，同时将难以理解的时频分析结果直接与机组的状态联系起来。并且能够及时自动发现机组出现的异常现象，给出有针对性的处理意见，优化机组的运行，减少不必要的检修和停机时间。

4.4可视化地下管网管理

可视化地下管网管理系统（以下简称：VPMS）是将可视化三维建模技术、在线地下管网泄漏定位、离线泄漏点精确定位和GIS技术相结合，让运维人员以透视的眼光管控厂内的地下管网，不再瞎子摸象。

4.5可视化电缆管理系统

该系统能够全面提升电厂电缆故障精确定位与管理水平，让运维人员在三维立体空间内，浏览、巡视地下电缆的走向、属性和所连接的设备，实现电厂电缆网的“智能化管理”，以提高电缆网可的靠性，大量减少紧急抢修工作，确保机组安全运行，大幅降低电缆网的维护费用。

4.6可视化变压器在线监控系统

对变压器油中七种组分及电磁振荡等参数进行交叉诊断分析，结合SIS、巡检等其他数据，综合诊断。对变压器状态进行预测，发现故障的早期征兆及故障的发展趋势，为变压器状态的准确评估和检修策略的制定提供依据。其中对变压器采用“电磁震荡监测与诊断”技术，能比其他技术更早发现内部故障缺陷，是国内外最新技术。

4.7全优润滑油管理系统

系统以全优管理的理念贯穿电厂润滑油管理，通过执行全过程管理，从设计、采购、运输与存储、安装、试验、运行维护、回收利用与报废等环节，形成有效的润滑油闭环管理。通过激光实景三维扫描所有带油转动设备，构建三维立体模型，记录所有润滑点信息。记录相关润滑系统地实际位置、尺寸，建立可视化的直观的油路系统。建立全优润滑油管理体系，提供完整的知识体系、技术体系、管理体系，包括润滑油管理制度、润滑油选型意见、给油脂记录、现代化分析手段、故障诊断分析、润滑状态评估、润滑状态改善等。形成“全息的”、完备的润滑油与转动设备的状态信息。使维润滑油管理实现可视化、信息化、规范化。进而延长设备寿命，提高设备可靠度。对设备给油脂时通过在线的超声检测设备，测量轴承运转的声音判断给油脂的量，通过超声仪器打印的声音曲线作为给油脂工作的闭环证明材料，对给油脂工作真正的管理到位提供良好的平台。

4.8技术监督管理系统

技术监督管理系统除了支持传统技术监督工作的年度计划制定和执行、重大隐患的跟踪和闭环外，要对其管理功能进行延伸，通过对SIS系统PI数据库海量的在线监测数据分析，对设备的经济性和可靠度要进行模型化管理。例如锅炉受热面的使用寿命分析，在线数据有受热面的壁温监测、有汽水品质指标、有烟气中粉尘浓度值，通过这三方面的数据，完成可以判断出受热面管材的金属老化速率、汽水腐蚀速率、烟气磨损速率，就可以建立受热面使用寿命模型，实时的显示出管材的使用寿命。

通过上述介绍的设备管理手段，可对火力发电厂的主辅设备进行全方位的智能化的管控，对设备的科学的准确的分析判断，保证设备安全可靠经济运行，只有机组稳定的运行才为企业的经营管理打下良好基础。

5　经营管理分析系统

现火力发电厂基本上都使用SAP平台，通过ERP系统进行成本管理，在ERP实施前，一定要对电厂的管理流程进行优化疏理，使ERP中的流程配置尽量符合本厂的实际情况。即要保证流程的科学合法规范，又要保证管理的顺畅。要把企业的所有成本都纳入到ERP系统中进行管理，包括人资、燃料管理等，要实现挖掘ERP系统强大的分析功能，真正使之为企业管理提供强大的支撑作用。

6　网络和通信系统

采用先进的网络及通信技术，为上述功能实现提供一个良好的信息服务平台，并结合以下几方面内容。

6.1网络架构建设

建设智能化电厂，一定要先做好网格架构的规划，才能保证全厂各信息系统的安全流畅运行。数据中心要保证所应用的各软件平台运行速度顺畅，各软件使用相同的接口协议，保证数据共享；综合布线要考虑数据的传输能力、环网的冗余辅设、各单体建筑的功能定位。

6.2全厂智能安防门禁系统

通过各入厂门岗的门闸管理和周界安防系统保证厂内人员有效管理，不发生外界非法进入。门禁系统要集成门禁、人资考勤、消费等功能“一卡通”功能。

6.3全厂的无线WLAN覆盖

在生产现场及工作区域实现无线信号全覆盖，实用性较强，所有管理人员及检修或运行巡检人员利用手持PID可在现场进行缺陷、工作票签发等工作。利用网络信号实现耳麦对讲，代替传统的对讲机联系方式。

6.4云应用、it运维平台

采用虚拟化技术，将系统部署到虚拟化化的高性能物理服务器上，达到高可靠、自动化运维的目标。终端区域按照使用用户的数量配置瘦终端机器（只有显示器及键盘），操作系统及应用软件的安装使用及部署工作都运行在数据中心服务器的刀片上，还可以使用移动终端、PAD、手机通过专用的安全隧道访问、操作桌面。

6.5多媒体会议功能

多媒体会议功能的规划，是体现智能化建设的重要展现窗口，功能区的设计即要体现先进技术的应用，又要与企业的主页连接，能够对企业应用的所有管理软件平台全部能够演示介绍。

7　结语

上述阐述的六大方面管理功能，囊括了火力发电厂生产经营管理的各个方面，现役机组中还没有全面应用的案例，如果新建机组在基建期对上述几方面进行统筹规划，会展现出一个智能的，管理先进的火电厂典范，我们期待着这样的一个示范性的火力发电厂投产落地。

[1]陈世和，智能电站发展现状及展望[A].智能化电站技术发展研讨暨电站自动化2013年会论文集[C].北京.中国会议，2013，30～40.

[2]张学孟，刘智铭.数字化电厂建设的关键技术及发展[J].广东电力，2012，25（9）：35～40.

Discussion on Thermal Power Plant Intelligentialize

YAN Feng-kui
（Huadian Inner Mongolia Energy Company Tumote Power Generation Branch，Baotou 014300，China）

This paper discusses variety kinds of intelligent design oriented with equipments，from the aspects of equipment selection when infrastructure，equipment control，equipment monitoring，equipment control，management and support management system，it also offers a clear explanation and planning of the intelligent power plant.

power Plants；visualization；intelligentialize

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.05.010

TM76

B

2095-3429（2015）05-0041-04

闫凤奎（1974-），男，内蒙古包头人，硕士研究生，工程师，从事火力发电设备管理工作。

2015-06-30

2015-10-09