火電機組性能監(jiān)測與指標(biāo)分析系統(tǒng)在闞山電廠的實施和應(yīng)用

蔣歡春 劉芬 魏偉 丁勇

(1.上海明華電力技術(shù)工程有限公司,上海 200090;2.江蘇闞山發(fā)電有限公司,江蘇徐州 221134)

火電機組性能監(jiān)測與指標(biāo)分析系統(tǒng)在闞山電廠的實施和應(yīng)用

蔣歡春1劉芬2魏偉2丁勇2

(1.上海明華電力技術(shù)工程有限公司,上海 200090;2.江蘇闞山發(fā)電有限公司,江蘇徐州 221134)

江蘇闞山發(fā)電有限公司600MW超超臨界機組火電機組性能監(jiān)測與指標(biāo)分析系統(tǒng)首先建立了一套基于電廠eDNA實時數(shù)據(jù)庫的機組運行優(yōu)化管理系統(tǒng),實現(xiàn)了機組性能指標(biāo)實時監(jiān)視、耗差分析、數(shù)據(jù)查詢、班組考核、人員考核、報表統(tǒng)計、用戶自定義查詢等主要功能。在此基礎(chǔ)上,進一步拓展性能指標(biāo)的計算范圍,建立了一套基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(包括原始數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)),再結(jié)合專家系統(tǒng)(知識庫、推理機),實時分析每個指標(biāo)偏離標(biāo)桿值(基準值)的原因及發(fā)生的概率,實現(xiàn)實時對標(biāo);并通過月度統(tǒng)計分析各個指標(biāo),實現(xiàn)月度對標(biāo),并觸發(fā)生成月度節(jié)能對標(biāo)報告。本文簡單闡述了闞山發(fā)電有限公司600MW超超臨界機組性能監(jiān)測與指標(biāo)分析系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能開發(fā)、故障診斷及推理機原理、系統(tǒng)功能等。

火電機組 性能監(jiān)測 指標(biāo)分析 開發(fā)實施 系統(tǒng)功能

1 前言

隨著國內(nèi)大型火力發(fā)電廠“節(jié)能減排”工作的日益推進，對機組進行節(jié)能診斷分析、運行開展“五值競賽”以及對運行數(shù)據(jù)進行信息挖掘日益受到電廠方面的重視。而電廠往往都有一套的SIS系統(tǒng)(Supervisory Information System廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng))1，作為實現(xiàn)電廠管理信息系統(tǒng)與各種分散控制系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換的橋梁，但在大多數(shù)電廠SIS的標(biāo)準應(yīng)用模塊中在機組性能計算和指標(biāo)分析方面往往存在耗差分析指標(biāo)不全、耗差計算的目標(biāo)值基本是設(shè)計值、計算方法和測點未經(jīng)過校核等問題，同時該系統(tǒng)也缺乏適應(yīng)電廠目前的小指標(biāo)考核、人員考核等運行管理方法的功能。因此需要開發(fā)出一套基于電廠SIS數(shù)據(jù)庫開發(fā)的高級應(yīng)用功能，為電廠運行及管理人員提供個性化的節(jié)能診斷分析的平臺和工具，幫助提高工作效率，同時為運行人員運行調(diào)整和日常的檢修維護提供必要的參考和指導(dǎo)，使其不僅能“知其然”，而且能“知其所以然”。而火電機組性能監(jiān)測與指標(biāo)分析系統(tǒng)正是這樣一套基于SIS實時數(shù)據(jù)庫開發(fā)的電廠性能優(yōu)化軟件，該系統(tǒng)可以幫助電廠運行和管理人員更好地了解當(dāng)前機組的實際運行狀況和分析各項運行指標(biāo)與標(biāo)桿值之間的偏差，并分析產(chǎn)生的原因，從而盡可能挖掘機組的節(jié)能潛力，降低機組供電煤耗，并進一步提高機組運行的安全性和經(jīng)濟性。該系統(tǒng)目前在江蘇闞山發(fā)電有限公司得到了很好地推廣和應(yīng)用，本文將主要介紹該系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、主要功能和實現(xiàn)方法。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)設(shè)計采用目前比較流行的B/S結(jié)構(gòu)(瀏覽器/服務(wù)器)；后臺計算專用服務(wù)器同時提供WEB服務(wù)及數(shù)據(jù)庫(SQL Server 2005)服務(wù)，服務(wù)器端應(yīng)用程序(含數(shù)據(jù)接口、日常服務(wù)程序)也運行在該服務(wù)器上。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖1所示。

2.1 系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用平臺

服務(wù)器以Windows Server 2008為操作系統(tǒng)，Microsoft SQL Server 2005作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)；以Visual Studio 2008(C#)作為服務(wù)器端應(yīng)用軟件開發(fā)平臺。Windows自帶的IIS系統(tǒng)提供WEB服務(wù)，網(wǎng)頁制作采用Asp．net技術(shù)、ActiveX技術(shù)、XML技術(shù)、EDNA View等工具。工作站要求中文Windows98、IE6．0以上環(huán)境。

2.2 數(shù)據(jù)庫平臺

數(shù)據(jù)庫平臺采用eDNA實時數(shù)據(jù)庫結(jié)合SQLServer2005。服務(wù)器端應(yīng)用程序從eDNA數(shù)據(jù)庫采集實時數(shù)據(jù)，從SQLServer2005采集系統(tǒng)配置信息，進行實時計算，計算結(jié)果回寫SQLSERVER關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。

圖2 客戶端功能框圖

2.2.1 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫

SQLServer 2005主要用于存放系統(tǒng)相關(guān)配置信息和實時計算結(jié)果，系統(tǒng)相關(guān)配置信息主要包括：原始測點配置表、計算測點配置表、基準參數(shù)表、工廠參數(shù)表、系統(tǒng)參數(shù)表、知識(規(guī)則)庫、系統(tǒng)配置信息、用戶管理信息、用戶組態(tài)信息、報表制作信息、報表制作結(jié)果、人工錄入數(shù)據(jù)、月度對標(biāo)報告信息等；實時計算結(jié)果主要包括原始測點數(shù)據(jù)表和計算結(jié)果數(shù)據(jù)表，計算頻率為每分鐘1次。

2.2.2 實時數(shù)據(jù)庫

eDNA數(shù)據(jù)庫主要提供給后臺計算程序?qū)崟r數(shù)據(jù)讀取和歷史數(shù)據(jù)讀取的功能，后臺計算程序通過調(diào)用實時數(shù)據(jù)讀取接口實現(xiàn)了對當(dāng)前機組運行數(shù)據(jù)的處理和分析，并保存計算結(jié)果進行WEB頁面顯示和歷史結(jié)果查詢；補歷史后臺計算程序通過調(diào)用歷史數(shù)據(jù)讀取接口來補齊當(dāng)本地優(yōu)化服務(wù)器出現(xiàn)問題停運后再次啟動后能自動將停運階段的歷史數(shù)據(jù)，這樣使得本地優(yōu)化服務(wù)器的數(shù)據(jù)始終與優(yōu)化服務(wù)器中的數(shù)據(jù)保持同步。

對eDNA實時數(shù)據(jù)庫接口程序的開發(fā)，解決了當(dāng)優(yōu)化系統(tǒng)服務(wù)器連接實時數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡(luò)斷開而導(dǎo)致數(shù)據(jù)不會再次連接的問題，同時考慮系統(tǒng)停機時的歷史數(shù)據(jù)補全問題(不考慮實時數(shù)據(jù)庫的停機問題)，對機組停機時的數(shù)據(jù)也進行采集，保證了整個節(jié)能診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性，對電廠日常統(tǒng)計分析和班組考核數(shù)據(jù)來源的完整性和準確性都具有一定的意義。

3 系統(tǒng)主要功能

本系統(tǒng)是一個開放、擴展性強的系統(tǒng)，該系統(tǒng)開發(fā)完成后的系統(tǒng)用戶在使用過程中可以通過各種自定義的方法進行滿足自身需求的各類操作。

3.1 運行人員操作水平監(jiān)視和評價

運行水平監(jiān)視主要功能有機組運行的小指標(biāo)考核、煤耗考核系數(shù)考核、運行人員操盤監(jiān)視與統(tǒng)計排名分析等主要功能。電廠通過設(shè)計五值競賽方法實現(xiàn)月度自動統(tǒng)計機組的小指標(biāo)考核結(jié)果，進一步提高運行人員參與運行調(diào)整的積極性，同時使考核管理人員的工作效率也得到進一步提高。

傳統(tǒng)的機組小指標(biāo)考核方法是把機組熱力系統(tǒng)運行的主要可控因素分解成若干單項指標(biāo)，以設(shè)計值或統(tǒng)計先進值作為目標(biāo)，以各個小指標(biāo)的排名和權(quán)重作為考核機組運行經(jīng)濟性優(yōu)劣的標(biāo)準。闞山電廠小指標(biāo)考核方法中指標(biāo)分為經(jīng)濟型指標(biāo)和安全性指標(biāo)兩類，經(jīng)濟性指標(biāo)主要包括飛灰含碳量、爐渣含碳量、真空、廠用電率、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、排煙溫度、反應(yīng)器出口NOX平均濃度；安全性指標(biāo)主要包括水冷壁壁溫超溫、過熱器壁溫超溫、再熱器壁溫超溫、爐側(cè)主再熱蒸汽溫度超溫。

在小指標(biāo)考核方法的實際使用中，往往遇到小指標(biāo)考核結(jié)果不能真實反映機組運行的實際水平的情況。其原因有兩個方面：一是單元機組運行的經(jīng)濟性是由各運行參數(shù)共同作用決定的，小指標(biāo)不能全面反映各參數(shù)之間的相互影響，具有一定的偏面性；二是機組在調(diào)峰運行中各小指標(biāo)的目標(biāo)值是隨負荷呈非線性變化，小指標(biāo)統(tǒng)計不能反映動態(tài)變化過程，缺乏合理性。只有機組的供電煤耗才是反映機組運行性能的綜合指標(biāo)。在我們的機組優(yōu)化管理系統(tǒng)中可實現(xiàn)優(yōu)化指標(biāo)動態(tài)管理，主要考核機組運行煤耗與基準煤耗的偏差，我們的監(jiān)測系統(tǒng)中采用也有供電煤耗考核系數(shù)進行運行考核，從而真正考核運行人員的實際水平。

此外，根據(jù)電廠發(fā)電部的要求，指標(biāo)考核不僅要考核到班組，同時要考核到人員。指標(biāo)考核監(jiān)視畫面不僅顯示實時值，而且顯示當(dāng)班累計值、五值當(dāng)月累計值等信息，便于運行人員及時掌握月度考核情況，同時針對操作人員的指標(biāo)排序評價。主要的功能模塊包括倒班表設(shè)置功能、運行人員管理功能、班內(nèi)交接盤設(shè)置功能、指標(biāo)歸類統(tǒng)計功能、考核指標(biāo)查詢功能、值際統(tǒng)計報表功能、人員統(tǒng)計報表功能，報表EXCEL導(dǎo)出功能等。

3.2 機組性能趨勢分析

機組的供電煤耗數(shù)據(jù)里融合了大量的信息，直接根據(jù)不同時期的最終統(tǒng)計煤耗結(jié)果并不能反映機組性能的真實變化方向，機組性能趨勢分析工具的提出正是為了解決這一難題。眾所周知，機組的統(tǒng)計性能指標(biāo)變化受到統(tǒng)計周期內(nèi)煤種、環(huán)境、負荷率、啟停等多種因素影響，通過將一些客觀因素進行剔除或修正，將有助于展現(xiàn)機組最真實的情況，性能趨勢分析功能模塊將機組的實際運行煤耗、以及其他修正后的重要經(jīng)濟指標(biāo)以趨勢的方式進行分析，將更加直觀地反映機組性能的變化。通過改造性能趨勢分析的相關(guān)控件，用戶對數(shù)據(jù)查詢周期、查詢曲線的上下限、自定義查詢曲線等功能的使用，能進一步掌握當(dāng)前機組的性能狀況及機組性能出現(xiàn)問題的原因進行進一步分析和診斷。

歷史趨勢曲線中其中包括“組”的概念，比如，影響供電煤耗的因素的所有指標(biāo)可以自定義在一個組中查看，用戶也可以創(chuàng)建多個不同組來進行比較，每個用戶只能看到其所定義的組和公共組，這樣系統(tǒng)針對不同用戶所展示的內(nèi)容也各不相同，使得系統(tǒng)針對不同用戶所體現(xiàn)的功能特點各不相同。

4 性能指標(biāo)分析方法

性能指標(biāo)分析將影響機組經(jīng)濟性的所有指標(biāo)(包含綜合指標(biāo)、經(jīng)濟指標(biāo))作為一個故障來處理，當(dāng)該指標(biāo)偏離標(biāo)桿值一定程度后，故障成立，推理機的作用就是通過某種數(shù)學(xué)手段，診斷引起該故障發(fā)生各種原因的概率。

4.1 故障診斷概念

根據(jù)熱力系統(tǒng)或設(shè)備所表現(xiàn)的異?，F(xiàn)象或征兆，參考專家積累的經(jīng)驗知識(知識庫)，利用某種數(shù)學(xué)方法，推理得出系統(tǒng)或設(shè)備所存在(或隱含存在)的故障類型及故障概率；或引起某種故障的原因類別及原因概率。

4.2 故障診斷一般流程

知識庫的積累—特征值的提取—推理機推理—診斷結(jié)果(診斷報告)。

知識庫是故障類型與故障征兆之間關(guān)系表，它描述了某種故障所表現(xiàn)的所有征兆，以及各種征兆之間的權(quán)重關(guān)系或邏輯關(guān)系。知識庫的獲取需要專家經(jīng)驗知識的積累，知識庫的全面準確與否，將直接影響故障診斷的準確性。

推理機是根據(jù)所提取的征兆樣本，推理得出該樣本所屬的故障(原因)類型及故障(原因)概率，其所采用的數(shù)學(xué)方法(模塊)，稱之為推理機。推理機一般采用的數(shù)學(xué)方法有：基于規(guī)則的邏輯推理法；基于空間矢量的模糊數(shù)學(xué)法；基于神經(jīng)元的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。本項目研究開發(fā)的是基于模糊數(shù)學(xué)的邏輯推理機。

5 結(jié)語

火電機組性能監(jiān)測與指標(biāo)分析系統(tǒng)一方面建立了一套基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(包括原始數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù))，增強了數(shù)據(jù)接口對原始測點數(shù)據(jù)的讀取功能，使其具有了更為完整的歷史數(shù)據(jù)存儲、更為便捷的趨勢曲線查詢方式、更為高效的節(jié)能指標(biāo)分析指導(dǎo)功能以及更符合電廠實際使用人員需求的功能設(shè)計；另一方面該系統(tǒng)通過拓展相關(guān)性能計算模型，再結(jié)合專家系統(tǒng)(知識庫、推理機)，實時分析每個指標(biāo)偏離標(biāo)桿值(基準值)的原因及發(fā)生的概率，實現(xiàn)實時對標(biāo)；并通過月度統(tǒng)計結(jié)合離線指標(biāo)推理，實現(xiàn)月度對標(biāo)，觸發(fā)生成月度對標(biāo)報告。指標(biāo)分析這項工作對改善運行、完善設(shè)備、提高機組運行經(jīng)濟性起到了積極的推動作用，但這項工作需要每個電廠配備多個業(yè)務(wù)能力強、專業(yè)面寬的專家型技術(shù)人員，同時需要投入大量的工作時間進行數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析，而性能監(jiān)測與指標(biāo)分析系統(tǒng)通過計算機實時統(tǒng)計最終生成相關(guān)報告的方式很好地解決了這一問題，進一步減輕節(jié)能管理人員工作量，提高工作效率。

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[2]黃新,王健,等.火電機組節(jié)能對標(biāo)管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].華東電力,2011,39(10).

[3]王炎玉.液壓故障診斷專家系統(tǒng)的開發(fā)[J].林業(yè)機械與木工設(shè)備,2004,32(5):17-18,31.

蔣歡春(1983—),男,工程師,主要從事火電機組運行優(yōu)化及能耗診斷系統(tǒng)研究和開發(fā)工作。