火力發(fā)電廠廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用

吳欣，萬祖明，吳寧，余磊，梁慧先

(1.華電滕州新源熱電有限公司，山東 滕州 277599； 2.棗莊電力公司，山東 棗莊 277100；3.華電燃料物流公司秦皇島分公司，河北 秦皇島 066000)

0 引言

華電滕州新源熱電有限公司目前在役機(jī)組共930 MW，分兩期建成。一期2臺超高壓150 MW機(jī)組2003年投產(chǎn)，二期2臺亞臨界315 MW機(jī)組2006年投產(chǎn)。機(jī)組投產(chǎn)之初，輔機(jī)電能收集記錄采用傳統(tǒng)的抄表和人工計(jì)算方式，不能夠滿足動態(tài)分析管理的需要，亟須建立一套準(zhǔn)確、可靠的電量數(shù)據(jù)自動采集分析系統(tǒng)，來完成對輔機(jī)電能使用合理性的管理。

通過自動化手段實(shí)現(xiàn)輔機(jī)電量報表自動更新、電量平衡分析、輔機(jī)耗電率在線監(jiān)督、輔機(jī)電量指標(biāo)競賽自動更新等功能，通過電能自動化采集降低生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集分析成本，可以實(shí)現(xiàn)公司生產(chǎn)管理的自動化、準(zhǔn)確化和科學(xué)化。

1 輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)存在的問題

廠用輔機(jī)電量收集采用傳統(tǒng)的人工定時抄表、手動計(jì)算方式，存在4個方面的問題。

(1)電能抄錄、計(jì)算、登記報表時間長，流程繁瑣，管理人員須通過運(yùn)行日報表收集相關(guān)電量報表數(shù)據(jù)，再手動錄入完成相關(guān)的數(shù)據(jù)指標(biāo)分析計(jì)算，重復(fù)性工作多。

(2)人為讀數(shù)誤差和書寫計(jì)算錯誤難以杜絕，準(zhǔn)確性靠運(yùn)行人員的工作態(tài)度保障，輔機(jī)電量計(jì)算偏差大。依托手工采集的電能數(shù)據(jù)進(jìn)行指標(biāo)競賽，公平性難以保證。

(3)僅能提供按運(yùn)行輪值抄錄的數(shù)據(jù)，不能及時提供輔機(jī)方式優(yōu)化所需數(shù)據(jù)。

(4)數(shù)據(jù)資源共享性差，不能實(shí)時查詢、分析，歷史追溯和統(tǒng)計(jì)管理困難。

2 廠用輔機(jī)電能管理現(xiàn)狀

2.1 一期機(jī)組輔機(jī)電能管理現(xiàn)狀

一期機(jī)組所有廠用輔機(jī)沒有配置專用電能表，電能數(shù)據(jù)依靠專用的電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)采集廠用輔機(jī)6 kV開關(guān)綜合保護(hù)測量裝置電壓、電流數(shù)據(jù)計(jì)算而得；通過工控管理機(jī)手動抄表，人工計(jì)算，形成報表數(shù)據(jù)；脫硫系統(tǒng)為技改后新增設(shè)備，脫硫輔機(jī)電能數(shù)據(jù)沒有接入電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，制訂了2套方案，分析其可行性。

表1 一期電能采集實(shí)施方案分析

通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定實(shí)施方案1：對數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行擴(kuò)展，將系統(tǒng)升級為江蘇金智科技股份有限公司生產(chǎn)的DCAP-4000發(fā)電廠電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的用于過程控制的對象鏈接與嵌入(OPC)服務(wù)功能把數(shù)據(jù)送至公司生產(chǎn)實(shí)時信息(PI)系統(tǒng)，需要數(shù)據(jù)的用戶可以自由取數(shù)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 一期機(jī)組廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)

2.2 二期機(jī)組輔機(jī)電能管理現(xiàn)狀分析

二期機(jī)組廠用輔機(jī)配置專用電能表，通過現(xiàn)場手動抄表，人工計(jì)算，形成報表數(shù)據(jù)；6 kV開關(guān)綜合保護(hù)裝置雖然具備電能采集功能，但版本較低；二期脫硫輔機(jī)沒有配置專用電能表，電能數(shù)據(jù)需要從綜合保護(hù)裝置抄錄。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，制訂了2套方案，分析其可行性。

表2 二期電能采集實(shí)施方案分析

經(jīng)綜合比較，確定實(shí)施方案2：配置獨(dú)立的intouch電能采集系統(tǒng)，增加脫硫輔機(jī)電能表，通過該系統(tǒng)的OPC服務(wù)功能把數(shù)據(jù)送至公司PI系統(tǒng)，需要數(shù)據(jù)的用戶可以自由取數(shù)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

圖2 二期機(jī)組廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)

3 技術(shù)改造過程

以該公司二期機(jī)組輔機(jī)電能采集系統(tǒng)為例進(jìn)行說明。

3.1 安裝硬件設(shè)備及通信接口工作

(1)在鍋爐電子間新增一面專用輔機(jī)電量采集器屏，用以布置光電模塊、DC2000采集器以及后臺管理機(jī)。

(2)在二期機(jī)組脫硫6 kV開關(guān)柜安裝多功能網(wǎng)絡(luò)儀表PD6804-9SYD、通信線和光電模塊。 多功能網(wǎng)絡(luò)儀表為采用三相四線制數(shù)字式的多功能電表[1]，按照DL/T 448—2016《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》[2]規(guī)定的電壓、電流測量精度0.2級、有功電能精度0.5級的要求，具備電壓、電流、功率因數(shù)、有功功率、無功功率的測量及顯示功能，具備有功電量、無功電量的計(jì)量及顯示功能。

(3)二期機(jī)組主要輔機(jī)所配置的電能表具有RS485通信接口功能，滿足通信協(xié)議要求，在6 kV開關(guān)柜內(nèi)安裝了通信線和光電模塊，構(gòu)建起現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

(4)就地輔機(jī)電能表通過RS485通信線及光纖通信接入采集器DC2000，實(shí)現(xiàn)電能表和多功能網(wǎng)絡(luò)儀表的電量采集。采集器經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通信將采集的電量上傳至后臺管理機(jī)intouch電能采集系統(tǒng)。intouch電能采集系統(tǒng)能連續(xù)采集數(shù)據(jù)，從各輔機(jī)電能表采集至傳輸終端，采樣周期及傳輸延時小于1 min。

3.2 建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源共享

(1)在后臺管理機(jī)intouch電能采集系統(tǒng)中建立輔機(jī)實(shí)時電量顯示界面，實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)終端機(jī)在線監(jiān)督。

(2)在后臺管理機(jī)安裝PI系統(tǒng)接口程序OPC鏈接，實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)與PI系統(tǒng)通信。

(3)在生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)庫中配置輔機(jī)電量點(diǎn)名，點(diǎn)名配置按照電氣一次接線圖順序排列。后臺管理機(jī)啟動運(yùn)行正常后，只要開啟PI系統(tǒng)接口程序OPC鏈接，即可實(shí)現(xiàn)后臺機(jī)實(shí)時上傳發(fā)布電能數(shù)據(jù)，PI系統(tǒng)實(shí)時接收數(shù)據(jù)，做到數(shù)據(jù)資源共享。

(4)公司各部門所使用的軟件系統(tǒng)可以通過該平臺接口實(shí)現(xiàn)信息的即時通信，按照各自需求管理相應(yīng)業(yè)務(wù)。

4 綜合分析應(yīng)用

在電能采集基本功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行應(yīng)用二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了電能數(shù)據(jù)與熱機(jī)實(shí)時數(shù)據(jù)的互相支援，提高了分析數(shù)據(jù)的完備性。

4.1 應(yīng)用案例1

工作小組編制了廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)報表，報表分為底碼錄入、電量日報、電能平衡及表計(jì)監(jiān)督、實(shí)時能耗4大板塊。通過程序鏈接，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量、上網(wǎng)電量、廠用電率、輔機(jī)能耗、電量平衡的自動更新。公司辦公網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任一辦公電腦中安裝2003以上版本Excel程序及PI Datalink插件后，即可使用廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)報表，查詢實(shí)時、歷史電量數(shù)據(jù)。

操作方法。

(1)打開廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)報表程序，選擇“工具/加載宏”按鈕，“√”選“PI Data-link”。

(2)在底碼錄入?yún)^(qū)輸入當(dāng)日報表中發(fā)電量、上網(wǎng)電量、主變壓器電量、高壓廠用變壓器電量、高壓備用變壓器電量底碼。

(3)在動力報表中選擇報表日期，電量數(shù)據(jù)將會根據(jù)報表中的日期自動加載更新。

通過報表中的電量平衡棒形圖可以判斷表計(jì)使用情況，監(jiān)督廠用電能平衡的情況，同時還可以查詢系統(tǒng)運(yùn)行后各時段的機(jī)組各輔機(jī)實(shí)時能耗分布情況、電能平衡情況[3]。

4.2 應(yīng)用案例2

電量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)時系統(tǒng)資源共享，公司小指標(biāo)競賽管理系統(tǒng)的電能及輔機(jī)耗電率采用電能量采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)指標(biāo)計(jì)算、分析更加實(shí)時、精確，提高了指標(biāo)競賽管理系統(tǒng)的公信力。

廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)投運(yùn)后，與原生產(chǎn)實(shí)時系統(tǒng)的熱機(jī)測點(diǎn)相結(jié)合，搭建輔機(jī)能耗管控平臺，輔機(jī)電能使用更加合理，同時還實(shí)現(xiàn)了節(jié)能潛力分析。

4.3 應(yīng)用案例3

與冷端原有測點(diǎn)結(jié)合，自動采集冷端運(yùn)行參數(shù)和電能數(shù)據(jù)，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷率及環(huán)境因素，綜合考慮主機(jī)效率和輔機(jī)耗電情況，在線量化分析循環(huán)水泵的運(yùn)行方式[4]。

4.4 應(yīng)用案例4

自動采集引/送風(fēng)機(jī)、煙氣處理系統(tǒng)耗用電能及相關(guān)參數(shù)，檢查變氧量運(yùn)行下的節(jié)能潛力，并定量分析爐膛總阻力變化對輔機(jī)能耗的影響[5]。

4.5 應(yīng)用案例5

自動采集輔機(jī)電能、運(yùn)行電壓及電流等相關(guān)參數(shù)，計(jì)算輔機(jī)的運(yùn)行功率因數(shù)，可為大電機(jī)無功分布補(bǔ)償節(jié)能提供補(bǔ)償設(shè)備選型依據(jù)[6]。

4.6 應(yīng)用案例6

空氣壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，受控制方式及用戶的不確定性影響，存在空載運(yùn)行時間?？蛰d運(yùn)行時需要消耗電能，但對工藝流程不起到實(shí)際作用，降低了空氣壓縮機(jī)運(yùn)行的效率。通過采集電能數(shù)據(jù)及運(yùn)行數(shù)據(jù)，量化給出了空氣壓縮機(jī)控制回路改造的節(jié)能收益。

5 廠用輔機(jī)電能監(jiān)督管理系統(tǒng)應(yīng)用效果

華電滕州新源熱電有限公司依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了一套準(zhǔn)確、可靠的廠用輔機(jī)電量數(shù)據(jù)采集、管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輔機(jī)電量報表自動更新、電量平衡分析、輔機(jī)耗電率在線監(jiān)督、輔機(jī)電量指標(biāo)競賽自動更新。該體系在公司生產(chǎn)管理推廣應(yīng)用后效果如下。

(1)降低了相關(guān)人員抄算表工作量，避免了抄算表誤差，提高了班組指標(biāo)競賽的公平性和科學(xué)性。

(2)實(shí)現(xiàn)了電量數(shù)據(jù)資源有效共享，改進(jìn)了公司電能管理模式，提高了工作效率。能夠?qū)θ据o機(jī)能耗情況進(jìn)行科學(xué)管控，在國家環(huán)保要求日益嚴(yán)格、煙氣處理設(shè)備耗能增加的前提下，2013—2016年，發(fā)電廠用電率逐年下降，3年累計(jì)節(jié)約成本約1 400萬元。

(3)與熱機(jī)測點(diǎn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過對其運(yùn)行狀態(tài)的分析組建數(shù)學(xué)模型，搭建輔機(jī)能耗的實(shí)時分析管控平臺，為企業(yè)實(shí)施電力需求側(cè)管理奠定基礎(chǔ)。

(4)實(shí)現(xiàn)了公司用電成本的實(shí)時計(jì)算，為公司電機(jī)能效提升方案制定和實(shí)施、電力需求側(cè)管理和智能化電廠建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

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