基于DCS平台数据整合，提升机组监控水平的研究与应用

2020-12-10陈海文黄月丽胡程斌徐龙魏胡海航

仪器仪表用户 2020年12期

陈海文，黄月丽，胡程斌，徐龙魏，胡海航

（华电浙江龙游热电有限公司，浙江龙游 324400）

0 引言

华电浙江龙游热电有限公司建设有一套STAG209E 燃气--蒸汽联合循环发电机组，它由2 台燃气轮机发电机组，2 台余热锅炉，1 台抽凝式蒸汽轮机发电机组和1 台背压式蒸汽轮机发电机组组成。燃气轮机发电机组和蒸汽轮机发电机组为二拖一分轴布置。

机组调压站天然气系统采用PLC 控制，燃机采用MARK VIe 控制系统，汽机锅炉及相关辅助系统采用maxDNA 控制系统（即本文所指DCS 系统）。

整套机组2016 年投入商业运行，截至2019 年历年发电运行小时数未超过900h。近两年，整套机组启停次数分别85 次、100 次，商运后，机组运行呈现发电运行时间短、启停次数逐渐增多的特点。

1 课题研究背景

1.1 现状介绍

机组投运以来，基本为日开夜停的调峰运行。间断性的运行方式，对机组运营以及监督统计分析工作提出了更高的要求。由于二拖一分轴机组运行方式较为灵活，所以对不同运行方式下的日、月、季、年的监督统计，对标管理等数据积累、提炼提出了新的要求。受制于信息化、专业化认识与系统部署的局限性，机组运行过程状况的原始数据分析工作，以人工统计居多，存在统计工作量大、费时且数据统计不够精确的情况。

机组运行设计方面，从整套机组的启动准备、启机、正常运行、停运到停备的各阶段，除燃机启停基本为全过程自动运行外，余热锅炉、汽机、GIS 及辅助系统等整体自动化水平不高，运行人员操作量较多；其次，受制于有限的运行小时数，人员操作锻炼机会不多，导致机组启停运行存在较大差异。机组全过程控制自动化、标准化管理水平不高的现状，影响了机组运行的安全经济性能。

1.2 问题与分析

结合当前现状，提升机组系统监督、统计与自动化水平，有着重要的意义。

机组系统数据庞大、机组分系统设计平台的差异，为后续数据的整合带来不便；从大数据管理角度出发，打通数据链，建立基础数据统一平台是开展数据开发利用的先决条件。

从机组运行系统设计的实际情况分析，相对于燃机、电气控制系统，基于DCS 系统的数据平台整合具有先天的优势：一方面，DCS 系统开放性较好，具备模件通讯功能，便于整合其他系统数据，同时具备数据输出功能，为信息化与远程监督提供基础，并拥有强大灵活的逻辑自主编辑功能，满足监督统计与自动化控制提升需求；另一方面，DCS 系统的设计是从全厂范围控制角度出发的，作为底层数据整合平台，便于持续开展数据挖掘与管理提升工作。

1.2.2 平衡指数测定方法仪器采用以色列Sunlight医疗器械公司Tetrax平衡测试系统。平衡指数是由Tetrax测得的平衡参数计算出的一个用以表示患者跌倒风险的数值，这个值基于各种影响患者平衡的因素。测定方法简单无伤害，患者站在平衡测定仪上，通过8种姿势对患者进行测量，包括在自然站立情况下睁眼、闭眼、头左右和前后专向，左右脚步同步性和脚下垫有泡沫橡胶脚垫等，5～10 min测定完毕，由专职治疗师完成所有的检测。检查前向受检者充分解释检查目的和注意事项，检查时尽量保持检测环境的安静。测定结果以姿势的总结表(BSS)和平衡指数的形式表示。

从机组运行控制实际情况分析，机组主重要系统的自动投退设计为正常运行方式下的操作，涉及到启停阶段运行的手动操作。工作量较大，存在操作遗漏风险，不利于机组运行中的可靠性、经济性。

针对机组频繁启停的实际运行状况，启停阶段自动化水平的提升，将有助于机组运行标准化水平的提高。在能耗控制方面，也有利于节省机组天然气量、厂用电量，有助于可持续提升机组运行安全性、经济性。

1.3 课题研究意义

将电厂模块化分析，输入原料为天然气、电能、原水等资源，输出产品为电能，输出输入比即能源综合利用效率，从提升能源利用效率这一方面来讲，对于电厂管理意义重大。而作为调峰运行的燃气蒸汽联合循环发电机组，启、停阶段能耗水平直接关乎到能源利用效率与发电效益。

课题研究工作，从提升监督、统计与自动化管理水平着手，提升机组一拖一、二拖一方式下，冷、热态启停/运行的操作水平，通过DCS 系统数据平台的搭建，整合机组系统相关参数，开展数据的挖掘与分析利用。这将有助于机组管理水平提升，同时将带来一定的安全经济效益；长远来看，随着大数据与智控应用的发展，本次课题研究工作有助于推进智慧电厂的建设。

2 课题研究与实施

2.1 课题研究基础

对机组运行状况涉及数据信息进行统计分析，调压站及燃机控制系统采用通讯方式与DCS 进行数据单向传输；针对机组天然气监督研究，涉及数据可通过通讯配置进行添加，满足统计管理需要。

通过机组各阶段的判据研究与数据完善，实施DCS 系统逻辑组态，能够满足对机组各工况状态的判断，涉及到天然气量、发电量、时间等统计功能的需求，并进一步开展自动化提升的研究应用工作。

2.2 方案研究

基于DCS 系统平台数据的整合，采用DCS 通讯模件功能的方式，将调压站、燃机控制系统、电量采集系统部分数据传输至DCS 系统，可以实现DCS 平台数据的底层整合，实现基于机组监督、统计、自动化升级等管理功能开发的研究与应用的基础，应用DCS 系统强大丰富的自主化逻辑编辑功能，提升机组数据挖掘与利用水平。

通过机组运行实际情况，建立机组分阶段的细分统计，主要包含：机组各运行阶段判断，时间、天然气用量、发电量、发电气耗统计，实现机组各运行阶段数据的标准化统计，从而具备客观评估启停阶段操作水平功能；并建立捕捉运行异常、步序时长、各阶段能耗相关指标，清晰展现机组运行操控水平与能耗情况。对机组各阶段运行状态的判断与统计，是开展后续工作的前提。功能的应用能有效解决运行气耗分析的人为误差，可有效针对现状提供管理的指导性意见。

通过对启、停各阶段步序位的分析，结合运行状态方位条件判断，对机组设备全程自动化工作的开展有着积极的意义。通过奠定步序统一化归类，提供自动标准化应用的状态基础。

2.3 方案实施

2.3.1 机组运行阶段分类

图1 机组全程监督统计画面Fig.1 The overall monitoring statistics screen of the unit

根据整套机组运行阶段进行分类，包含：启机、满负荷、停机、备用共4 种状态；并对启机、满负荷、停机、整套启停阶段，共4 种运行分类进行数据统计归类。各细分步序根据需要对“时长”“故障时长”“耗气量”“故障耗气量”“发电量”“发电气耗”进行统计，实现类似EXCEL报表统计功能。

其中，启机阶段：按1 号燃机、2 号燃机、3 号汽机进行机组级归类。燃机：从点击“Start”开始进行统计，包含“Start 至点火”“点火至并网”“并网至满负荷”3 个阶段；汽机：从单台燃机“Start”开始进行统计，包含“Start至冲转”“冲转至并网”“并网至旁路全关”“旁路全关至满负荷”。

满负荷阶段：分AGC 投入、AGC 不投入两种方式分类统计，用于分析AGC 运行方式对机组能耗的影响，根据不同负荷率对机组能耗的影响进行分析，积累基础性数据。

停机阶段：分为机组“停机至解列”“解列至无火”两个阶段。

备用阶段：分为燃机试点火、无火至盘车全停、全停期间3 个阶段。

2.3.2 机组天然气等能耗监督

机组运行期间的天然气量全程统计分为启动、运行、停运3 个阶段，包含3 个阶段与机组单次运行期间的天然气用量、发电气耗，并对启动、停运成本进行测算。

通过统计机组全程各节点运行时间、耗气量、发电量、故障时间、故障气耗，可实现燃料、气耗等全程监督管理。主要实现的路径：① 燃机至DCS 的数据传输，将开发系统中涉及燃机部分数据，采用通讯方式传输至DCS 系统；②调压站至DCS 系统数据传输，原有PLC 系统已经实现所需数据的DCS 通讯；③ 对DCS 系统进行逻辑组态，依据机组全程步序分类说明实施。CRT 画面显示如图1 所示，部分控制逻辑组态如图2 所示。

2.3.3 机组全过程自动化改造

研究机组启动、停机两个阶段分析系统设备，采用顺控+全程自动、联锁方式，耦合启停与正常运行阶段全过程自动控制。

自动化改造工作围绕汽轮机辅助系统设备开展，导入APS 模式，运用全程自控投入理念。其中，阀门类以顺控+自动模式实施改造，泵与风机类以顺控+全程联锁模式实施改造。

现阶段主要实施的阀门类改造：轴封压力阀组、润滑油温调节阀、真空破坏阀、除氧器透气阀；泵与风机类改造：轴加风机、高压启动油泵、EH 油泵、真空泵、交流润滑油泵。另外，对汽轮发电机组解并列进行了改造，机组解列功率控制在0.3MW 以下，汽机解列后转速小于3010r/min，运行安全稳定性较之前大幅改善，并实现了全程AVC、一次调频、AGC 投切等功能，较好地对接了新版“两个细则”。