1 000 MW二次再热机组智慧电厂建设

2019-04-17齐海艳

通信电源技术 2019年3期

齐海艳

（广东大唐国际雷州发电有限责任公司，广东雷州 524255）

0 引言

智慧电厂是在数字化电厂的基础上，利用物联网技术、人工智能、大数据分析、云计算等信息化、虚拟现实等技术加强信息管理和服务，以提高生产过程的可控性、减少人工干预，通过智慧决策对系统运行状态提供优化，从而提高系统的经济性和安全性。智慧电厂具有数字化、信息化、可视化和智能化等特点，可最大限度实现电厂安全、经济、高效与环保运行。因此，智慧化电厂是适应现代社会发展要求的一种自动化、智能化和集约化的现代化电厂，也是我国电力改革的重要产物，有效推动了我国电力事业的健康、快速发展。

智能系统始于感知，精于计算，巧于决策，勤于执行，善于学习。通过智慧电厂的智慧管理，要科学制定生产计划，构建高效节能、绿色环保的人性化电厂。智慧电厂的最终目标是实现少人值守，初步目标是电厂工作人员在智能系统的引导下，实现安全、经济、环保运行。因此，智慧电厂是未来的发展目标。

1 智慧电厂的建设规划

智慧化电厂建设通过智能检测、智能识别、智能控制、智能管控和智能决策五个方面来构建智慧电厂的主要框架，如图1所示。

（1）智能检测：利用现代化智能仪表和设备构建智慧电厂基础，通过现场总线技术将现场设备各项参数统计分析并实时上传至DCS、NCS等系统，建立全厂大数据平台，为智能控制、智能决策系统提供数据支持。

（2）智能识别：依托全厂三维数字化平台，结合二维码识别技术，将现场设备的三维模型、二维码标识和图纸资料等电子文档三者有效结合，形成完善的电子数据图书馆。电厂工作人员既可以通过三维模型调取设备的各种资料，也可以通过就地设备的二维码查看设备说明书、图纸、检修记录、检修方案和作业指导书等相关文件，从而为设备检修和人员培训奠定基础。

图1 智慧电厂建设方案

（3）智能控制：在全厂大数据平台的基础上，通过对数据的深入分析，利用先进的预测控制、模糊控制、神经网络控制和遗传算法等，对系统运行进行优化，挖掘设备潜能，提升设备的工作效率。结合对设备的状态进行检测和数据统计分析，实现设备故障预警和计划检修，提高设备安全性和使用寿命。

（4）智能管控：通过无线WiFi和蓝牙等通信手段，将全厂三维系统、门禁系统、人员定位系统和两票系统有效结合。在全厂三维模型上显示厂区人员的实时位置和路线，同时以两票系统的许可工作时间和结束时间作为时间要素，以工作票的设备工艺位置作为空间要素，在三维虚拟电厂中以时间要素和空间要素生成虚拟电子围栏。授权相应的工作人员，对闯入的非授权人员进行报警和监控，为智慧电厂提供安全保障。

（5）智能决策：以关注数据的诊断、分析为己任，集科学、有效、便捷的数据诊断、分析方法于一身，以企业已有信息系统为数据源，通过对已有数据的诊断、分析、报告，既提升原有系统的效用，又为决策活动提供有力的信息支持，通过对信息化数据的深度分析，帮助企业实现绩效的科学管理。

2 智慧电厂的具体建设方案

为实现智慧电厂的框架建设，雷州公司智慧电厂主要从11个方面进行建设。

2.1 三维数字化管理平台系统集成及扩展

构建全厂三维模型，三维立体地展示整个电厂的设备分布情况和设施的运行状态，实现对三维模型的缩放、旋转、步行漫游等浏览功能。通过KKS结构树，可查看设备级、系统级、机组级等不同层次的设备；利用三维软件强大的画图功能，对厂区复杂设备进行精细化建模，在软件平台实现设备内部结构的精细可视化。三维数字化平台通过数据接口与外部各种数据源互联互通，集成设备实时数据信息，完成对各个系统的数据整合，从而实现对数据的深度挖掘利用。此外，检测设备的运行状态，实现设备故障预警，制定检修计划和检修方案，用以指导设备检修。

2.2 厂区人员定位系统

基于WiFi+GPS/BDS+惯导IMU定位解决方案，通过厂区WiFi/AP热点上传厂区人员实时位置，并在全厂三维模型上显示厂区人员的实时位置和路线。利用人员定位技术对厂区生产现场进行划分，并对生产、维护人员、管理人员的位置和路线实施定位管控。人员定位系统同时为工作区域风险管理系统和智能点检系统提供人员定位信息。

现场人员的移动设备可以和数字化电厂数据管理平台相连。当人员到现场进行巡检、点检或者检修工作到达相应位置时，可将现场正在进行的运行操作、检修工作、风险预控措施等信息推送到手机，从而对现场情况进行综合信息提示，以便于现场工作的具体组织开展。通过人员佩戴的手环，还可以监护人员的姿态站立、蹲下、倒卧等状态，提高对人员的安全防护水平。

2.3 工作区域风险智能管理系统

作业区域风险智能管理系统以人员定位系统、门禁系统以及两票系统为基础。通过人员定位系统确定工作人员的实时位置，以两票系统的许可工作时间和结束时间为时间要素，以工作票的设备工艺位置为空间要素，在三维虚拟电厂中以时间要素和空间要素自动生成虚拟电子围栏。授权相应的工作人员，对闯入的非授权人员进行报警和监控，防止非授权人员误入设备间造成误操作。在多张工作票工作时，若虚拟电子围栏区域出现部分重叠，则进行有效预警，提醒存在交叉作业风险，进而有效避免安全隐患。人员定位系统还和门禁系统联动，有效限制重大风险作业区域人员数量，在区域达到设定人数后，门禁系统禁止人员进入。

风险智能管理系统可以根据高风险作业（如有限空间作业、易燃易爆区域作业、有毒区域作业等）监护要求，对相关监护人员和安全管理进行信息推送，提醒监护人员和安全管理人员到位。相关人员不到位或者特殊区域（如氢站）总人数超过规定的，系统将发出报警。

针对高风险作业区域，风险智能管理系统可以实现视频监控联动，根据工作票工作地点，调取周边视频监控系统，实现高风险作业的全程实时监控。

2.4 基于三维数字化平台的设备全生命周期管理台账

基于三维数字化平台强大的数据管理和整合功能，从基建期开始整合收集设备的设计资料、厂家资料、安装调试数据、检修维护规程以及设备运行后的检修记录等资料，建立一个系统化、立体化和动态化的设备全生命周期管理台账。特别是对锅炉受热面、高压管道焊口资料的收集，重点包括焊口位置、管道材质、焊接的工艺处理、焊接检测报告等，在焊口达到计划检测时间时，自动报送检测计划列表。依托三维数字化档案的查询功能和三维模型关联功能，可以通过点击三维系统上的某个设备调取指定设备设备台账，提高设备管理台账的检索效率。管理平台还可以根据检修记录统计设备检修频率，自动规划设备检修周期和检修部位，特别是针对全厂的压力容器和安全阀门，达到维护周期时，自动推送计划检修通知，督促落实定期维护工作。

2.5 基于三维数字化平台的检修培训

三维数字平台对重要主辅设备进行了高精准的三维建模，从外型到内部结构，与设备高度吻合，并实现了对设备逐一的解体和复装，模拟真实的设备大修过程。对设备进行模拟拆装，不仅可以加深对设备结构和原理的了解，还能够直观了解拆装顺序、工器具的准备等，是专门为检修人员定制打造的三维可视化作业指导平台，解决了发电厂机组检修时外包检修人员对设备了解不够而导致检修质量不高的难题。

2.6 基于定位系统的智能点检系统

基于定位系统的智能点检平台是利用全厂人员定位系统对点检行为进行智能管理的平台。智能点检系统可以实现巡检人员的实时监控，根据点检人员管理设备布置情况自动规划巡检路线，并在点检员偏离点检路线时发出提醒。智能点检系统可以智能检测巡检人员的巡检行为，判断点检员设备巡检停留时间是否合理。智能点检平台与点检工具无缝连接，实现点检人员的点检数据实时上传、拾音和分析。点检数据可以与SIS数据交换，形成数据对比和分析，发现存在数据异常时反馈至点检员和运行人员。智能点检系统还可以实现与便携式无线监测设备无缝连接，点检人员可以根据设备运行情况，灵活设置便携式无线监测设备，并将数据上传至智能点检系统，实现对异常设备重要参数（如振动、温度）的监测和对比分析，提高点检效率。

2.7 基于二维码的风险识别和检修指导

在重大危险区域制作风险识别二维码。现场人员进入重大危险区域时，可以通过移动通信设备扫描二维码，了解该区域风险和防范措施。现场人员确认已经了解存在风险后，才允许进入该区域，以达到重大危险区域风险告知的作用。现场检修人员还可以通过扫描现场设备上的二维码，了解设备厂家资料、检修工艺、检修记录以及设备检修计划等，用于指导现场设备巡检和检修作业。

2.8 锅炉四管大数据分析

对锅炉四管（水冷壁管、省煤器管、过热器管、再热器管）进行1:1精细化三维建模，构建锅炉四管三维设备台账，直观表现锅炉四管、联箱、集箱、引入引出管、鳍片、焊口、悬吊架以及燃烧孔等细微部件的立体结构、设计壁厚、设计材料、设计温度等参数。设备管理人员可三维查看锅炉四管及其零部件，包括旋转、移动、缩放等，可动态添加标注点、区域，用于焊缝管理和泄露点、危险点管理，并可导入每次的检查数据。

通过炉内燃烧数学模型和对每次检查数据的分析，计算锅炉四管的磨损速率和腐蚀速率，进而计算四管的使用寿命，并将预警部件在三维模型上用颜色实时显示，从而为设备检修管理和技术监控管理提供有效数据支持，防止锅炉爆管。

2.9 智能决策系统

智能决策以燃料配煤掺烧精确计算、精益实施、精细管理为目标。系统以配煤掺烧模型为基础，以锅炉设计参数、来煤信息、发电计划、负荷分布、煤场库存、历史掺配评价、设备运行工况等因素为基础，生成最经济、最环保、综合最优的掺配方案。运行人员可以根据机组运行情况，灵活选择系统提供的掺配方案。系统支持模拟掺配，运行人员可以对掺配方案进行模拟，形成掺配分析报告。系统还可以从SIS获取锅炉数据监控掺配燃煤对锅炉影响，不断优化掺配方案，提高锅炉燃烧效率，实现机组的经济运行。

2.1 0 智能控制优化平台

在FCS系统大数据平台的基础上，智能优化控制平台采集FCS系统数据，通过对数据的深入分析，利用先进的预测控制、模糊控制、神经网络控制和遗传算法等各种智能控制和算法，计算最优化控制策略和结果，并将数据传送至FCS系统，自动优化控制控制系统。智能控制优化平台能够挖掘设备潜能，提升设备的工作效率和机组运行的经济性和安全性。

主要优化模块：AGC优化控制（含协调、一次调频、机组深度调峰、滑压优化控制）、机组锅炉燃烧优化控制、主再热汽温优化控制、脱硝喷氨优化控制。

2.1 1 现场总线技术

雷州发电厂控制系统采用基于现场总线技术的国产分散控制系统，实现全厂机组炉、机、电、辅的一体化集中监控功能。采用先进的现场总线网络通信技术，以数字信号取代模拟信号，应用数字化、智能化、网络化和数据集成技术，在设计、建设、移交、运行和管理全过程构建现代化、自动化、智能化和集约化的数字化电厂，增强现场信息集成、采集能力，提高系统的可靠性、可维护性。相比传统的DCS系统，现场总线技术能提供更全面的设备状态信息，为智慧电厂数据深度挖掘、利用提供数据基础。