1 000 MW二次再熱機(jī)組智慧電廠建設(shè)

齊海艷

（廣東大唐國際雷州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 雷州 524255）

0 引 言

智慧電廠是在數(shù)字化電廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析、云計算等信息化、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)加強(qiáng)信息管理和服務(wù)，以提高生產(chǎn)過程的可控性、減少人工干預(yù)，通過智慧決策對系統(tǒng)運行狀態(tài)提供優(yōu)化，從而提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。智慧電廠具有數(shù)字化、信息化、可視化和智能化等特點，可最大限度實現(xiàn)電廠安全、經(jīng)濟(jì)、高效與環(huán)保運行。因此，智慧化電廠是適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展要求的一種自動化、智能化和集約化的現(xiàn)代化電廠，也是我國電力改革的重要產(chǎn)物，有效推動了我國電力事業(yè)的健康、快速發(fā)展。

智能系統(tǒng)始于感知，精于計算，巧于決策，勤于執(zhí)行，善于學(xué)習(xí)。通過智慧電廠的智慧管理，要科學(xué)制定生產(chǎn)計劃，構(gòu)建高效節(jié)能、綠色環(huán)保的人性化電廠。智慧電廠的最終目標(biāo)是實現(xiàn)少人值守，初步目標(biāo)是電廠工作人員在智能系統(tǒng)的引導(dǎo)下，實現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運行。因此，智慧電廠是未來的發(fā)展目標(biāo)。

1 智慧電廠的建設(shè)規(guī)劃

智慧化電廠建設(shè)通過智能檢測、智能識別、智能控制、智能管控和智能決策五個方面來構(gòu)建智慧電廠的主要框架，如圖1所示。

（1）智能檢測：利用現(xiàn)代化智能儀表和設(shè)備構(gòu)建智慧電廠基礎(chǔ)，通過現(xiàn)場總線技術(shù)將現(xiàn)場設(shè)備各項參數(shù)統(tǒng)計分析并實時上傳至DCS、NCS等系統(tǒng)，建立全廠大數(shù)據(jù)平臺，為智能控制、智能決策系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。

（2）智能識別：依托全廠三維數(shù)字化平臺，結(jié)合二維碼識別技術(shù)，將現(xiàn)場設(shè)備的三維模型、二維碼標(biāo)識和圖紙資料等電子文檔三者有效結(jié)合，形成完善的電子數(shù)據(jù)圖書館。電廠工作人員既可以通過三維模型調(diào)取設(shè)備的各種資料，也可以通過就地設(shè)備的二維碼查看設(shè)備說明書、圖紙、檢修記錄、檢修方案和作業(yè)指導(dǎo)書等相關(guān)文件，從而為設(shè)備檢修和人員培訓(xùn)奠定基礎(chǔ)。

圖1 智慧電廠建設(shè)方案

（3）智能控制：在全廠大數(shù)據(jù)平臺的基礎(chǔ)上，通過對數(shù)據(jù)的深入分析，利用先進(jìn)的預(yù)測控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和遺傳算法等，對系統(tǒng)運行進(jìn)行優(yōu)化，挖掘設(shè)備潛能，提升設(shè)備的工作效率。結(jié)合對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢測和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，實現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)警和計劃檢修，提高設(shè)備安全性和使用壽命。

（4）智能管控：通過無線WiFi和藍(lán)牙等通信手段，將全廠三維系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)和兩票系統(tǒng)有效結(jié)合。在全廠三維模型上顯示廠區(qū)人員的實時位置和路線，同時以兩票系統(tǒng)的許可工作時間和結(jié)束時間作為時間要素，以工作票的設(shè)備工藝位置作為空間要素，在三維虛擬電廠中以時間要素和空間要素生成虛擬電子圍欄。授權(quán)相應(yīng)的工作人員，對闖入的非授權(quán)人員進(jìn)行報警和監(jiān)控，為智慧電廠提供安全保障。

（5）智能決策：以關(guān)注數(shù)據(jù)的診斷、分析為己任，集科學(xué)、有效、便捷的數(shù)據(jù)診斷、分析方法于一身，以企業(yè)已有信息系統(tǒng)為數(shù)據(jù)源，通過對已有數(shù)據(jù)的診斷、分析、報告，既提升原有系統(tǒng)的效用，又為決策活動提供有力的信息支持，通過對信息化數(shù)據(jù)的深度分析，幫助企業(yè)實現(xiàn)績效的科學(xué)管理。

2 智慧電廠的具體建設(shè)方案

為實現(xiàn)智慧電廠的框架建設(shè)，雷州公司智慧電廠主要從11個方面進(jìn)行建設(shè)。

2.1 三維數(shù)字化管理平臺系統(tǒng)集成及擴(kuò)展

構(gòu)建全廠三維模型，三維立體地展示整個電廠的設(shè)備分布情況和設(shè)施的運行狀態(tài)，實現(xiàn)對三維模型的縮放、旋轉(zhuǎn)、步行漫游等瀏覽功能。通過KKS結(jié)構(gòu)樹，可查看設(shè)備級、系統(tǒng)級、機(jī)組級等不同層次的設(shè)備；利用三維軟件強(qiáng)大的畫圖功能，對廠區(qū)復(fù)雜設(shè)備進(jìn)行精細(xì)化建模，在軟件平臺實現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精細(xì)可視化。三維數(shù)字化平臺通過數(shù)據(jù)接口與外部各種數(shù)據(jù)源互聯(lián)互通，集成設(shè)備實時數(shù)據(jù)信息，完成對各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的深度挖掘利用。此外，檢測設(shè)備的運行狀態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)警，制定檢修計劃和檢修方案，用以指導(dǎo)設(shè)備檢修。

2.2 廠區(qū)人員定位系統(tǒng)

基于WiFi+GPS/BDS+慣導(dǎo)IMU定位解決方案，通過廠區(qū)WiFi/AP熱點上傳廠區(qū)人員實時位置，并在全廠三維模型上顯示廠區(qū)人員的實時位置和路線。利用人員定位技術(shù)對廠區(qū)生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行劃分，并對生產(chǎn)、維護(hù)人員、管理人員的位置和路線實施定位管控。人員定位系統(tǒng)同時為工作區(qū)域風(fēng)險管理系統(tǒng)和智能點檢系統(tǒng)提供人員定位信息。

現(xiàn)場人員的移動設(shè)備可以和數(shù)字化電廠數(shù)據(jù)管理平臺相連。當(dāng)人員到現(xiàn)場進(jìn)行巡檢、點檢或者檢修工作到達(dá)相應(yīng)位置時，可將現(xiàn)場正在進(jìn)行的運行操作、檢修工作、風(fēng)險預(yù)控措施等信息推送到手機(jī)，從而對現(xiàn)場情況進(jìn)行綜合信息提示，以便于現(xiàn)場工作的具體組織開展。通過人員佩戴的手環(huán)，還可以監(jiān)護(hù)人員的姿態(tài)站立、蹲下、倒臥等狀態(tài)，提高對人員的安全防護(hù)水平。

2.3 工作區(qū)域風(fēng)險智能管理系統(tǒng)

作業(yè)區(qū)域風(fēng)險智能管理系統(tǒng)以人員定位系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)以及兩票系統(tǒng)為基礎(chǔ)。通過人員定位系統(tǒng)確定工作人員的實時位置，以兩票系統(tǒng)的許可工作時間和結(jié)束時間為時間要素，以工作票的設(shè)備工藝位置為空間要素，在三維虛擬電廠中以時間要素和空間要素自動生成虛擬電子圍欄。授權(quán)相應(yīng)的工作人員，對闖入的非授權(quán)人員進(jìn)行報警和監(jiān)控，防止非授權(quán)人員誤入設(shè)備間造成誤操作。在多張工作票工作時，若虛擬電子圍欄區(qū)域出現(xiàn)部分重疊，則進(jìn)行有效預(yù)警，提醒存在交叉作業(yè)風(fēng)險，進(jìn)而有效避免安全隱患。人員定位系統(tǒng)還和門禁系統(tǒng)聯(lián)動，有效限制重大風(fēng)險作業(yè)區(qū)域人員數(shù)量，在區(qū)域達(dá)到設(shè)定人數(shù)后，門禁系統(tǒng)禁止人員進(jìn)入。

風(fēng)險智能管理系統(tǒng)可以根據(jù)高風(fēng)險作業(yè)（如有限空間作業(yè)、易燃易爆區(qū)域作業(yè)、有毒區(qū)域作業(yè)等）監(jiān)護(hù)要求，對相關(guān)監(jiān)護(hù)人員和安全管理進(jìn)行信息推送，提醒監(jiān)護(hù)人員和安全管理人員到位。相關(guān)人員不到位或者特殊區(qū)域（如氫站）總?cè)藬?shù)超過規(guī)定的，系統(tǒng)將發(fā)出報警。

針對高風(fēng)險作業(yè)區(qū)域，風(fēng)險智能管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)視頻監(jiān)控聯(lián)動，根據(jù)工作票工作地點，調(diào)取周邊視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)高風(fēng)險作業(yè)的全程實時監(jiān)控。

2.4 基于三維數(shù)字化平臺的設(shè)備全生命周期管理臺賬

基于三維數(shù)字化平臺強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和整合功能，從基建期開始整合收集設(shè)備的設(shè)計資料、廠家資料、安裝調(diào)試數(shù)據(jù)、檢修維護(hù)規(guī)程以及設(shè)備運行后的檢修記錄等資料，建立一個系統(tǒng)化、立體化和動態(tài)化的設(shè)備全生命周期管理臺賬。特別是對鍋爐受熱面、高壓管道焊口資料的收集，重點包括焊口位置、管道材質(zhì)、焊接的工藝處理、焊接檢測報告等，在焊口達(dá)到計劃檢測時間時，自動報送檢測計劃列表。依托三維數(shù)字化檔案的查詢功能和三維模型關(guān)聯(lián)功能，可以通過點擊三維系統(tǒng)上的某個設(shè)備調(diào)取指定設(shè)備設(shè)備臺賬，提高設(shè)備管理臺賬的檢索效率。管理平臺還可以根據(jù)檢修記錄統(tǒng)計設(shè)備檢修頻率，自動規(guī)劃設(shè)備檢修周期和檢修部位，特別是針對全廠的壓力容器和安全閥門，達(dá)到維護(hù)周期時，自動推送計劃檢修通知，督促落實定期維護(hù)工作。

2.5 基于三維數(shù)字化平臺的檢修培訓(xùn)

三維數(shù)字平臺對重要主輔設(shè)備進(jìn)行了高精準(zhǔn)的三維建模，從外型到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與設(shè)備高度吻合，并實現(xiàn)了對設(shè)備逐一的解體和復(fù)裝，模擬真實的設(shè)備大修過程。對設(shè)備進(jìn)行模擬拆裝，不僅可以加深對設(shè)備結(jié)構(gòu)和原理的了解，還能夠直觀了解拆裝順序、工器具的準(zhǔn)備等，是專門為檢修人員定制打造的三維可視化作業(yè)指導(dǎo)平臺，解決了發(fā)電廠機(jī)組檢修時外包檢修人員對設(shè)備了解不夠而導(dǎo)致檢修質(zhì)量不高的難題。

2.6 基于定位系統(tǒng)的智能點檢系統(tǒng)

基于定位系統(tǒng)的智能點檢平臺是利用全廠人員定位系統(tǒng)對點檢行為進(jìn)行智能管理的平臺。智能點檢系統(tǒng)可以實現(xiàn)巡檢人員的實時監(jiān)控，根據(jù)點檢人員管理設(shè)備布置情況自動規(guī)劃巡檢路線，并在點檢員偏離點檢路線時發(fā)出提醒。智能點檢系統(tǒng)可以智能檢測巡檢人員的巡檢行為，判斷點檢員設(shè)備巡檢停留時間是否合理。智能點檢平臺與點檢工具無縫連接，實現(xiàn)點檢人員的點檢數(shù)據(jù)實時上傳、拾音和分析。點檢數(shù)據(jù)可以與SIS數(shù)據(jù)交換，形成數(shù)據(jù)對比和分析，發(fā)現(xiàn)存在數(shù)據(jù)異常時反饋至點檢員和運行人員。智能點檢系統(tǒng)還可以實現(xiàn)與便攜式無線監(jiān)測設(shè)備無縫連接，點檢人員可以根據(jù)設(shè)備運行情況，靈活設(shè)置便攜式無線監(jiān)測設(shè)備，并將數(shù)據(jù)上傳至智能點檢系統(tǒng)，實現(xiàn)對異常設(shè)備重要參數(shù)（如振動、溫度）的監(jiān)測和對比分析，提高點檢效率。

2.7 基于二維碼的風(fēng)險識別和檢修指導(dǎo)

在重大危險區(qū)域制作風(fēng)險識別二維碼。現(xiàn)場人員進(jìn)入重大危險區(qū)域時，可以通過移動通信設(shè)備掃描二維碼，了解該區(qū)域風(fēng)險和防范措施。現(xiàn)場人員確認(rèn)已經(jīng)了解存在風(fēng)險后，才允許進(jìn)入該區(qū)域，以達(dá)到重大危險區(qū)域風(fēng)險告知的作用?，F(xiàn)場檢修人員還可以通過掃描現(xiàn)場設(shè)備上的二維碼，了解設(shè)備廠家資料、檢修工藝、檢修記錄以及設(shè)備檢修計劃等，用于指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)備巡檢和檢修作業(yè)。

2.8 鍋爐四管大數(shù)據(jù)分析

對鍋爐四管（水冷壁管、省煤器管、過熱器管、再熱器管）進(jìn)行1:1精細(xì)化三維建模，構(gòu)建鍋爐四管三維設(shè)備臺賬，直觀表現(xiàn)鍋爐四管、聯(lián)箱、集箱、引入引出管、鰭片、焊口、懸吊架以及燃燒孔等細(xì)微部件的立體結(jié)構(gòu)、設(shè)計壁厚、設(shè)計材料、設(shè)計溫度等參數(shù)。設(shè)備管理人員可三維查看鍋爐四管及其零部件，包括旋轉(zhuǎn)、移動、縮放等，可動態(tài)添加標(biāo)注點、區(qū)域，用于焊縫管理和泄露點、危險點管理，并可導(dǎo)入每次的檢查數(shù)據(jù)。

通過爐內(nèi)燃燒數(shù)學(xué)模型和對每次檢查數(shù)據(jù)的分析，計算鍋爐四管的磨損速率和腐蝕速率，進(jìn)而計算四管的使用壽命，并將預(yù)警部件在三維模型上用顏色實時顯示，從而為設(shè)備檢修管理和技術(shù)監(jiān)控管理提供有效數(shù)據(jù)支持，防止鍋爐爆管。

2.9 智能決策系統(tǒng)

智能決策以燃料配煤摻燒精確計算、精益實施、精細(xì)管理為目標(biāo)。系統(tǒng)以配煤摻燒模型為基礎(chǔ)，以鍋爐設(shè)計參數(shù)、來煤信息、發(fā)電計劃、負(fù)荷分布、煤場庫存、歷史摻配評價、設(shè)備運行工況等因素為基礎(chǔ)，生成最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保、綜合最優(yōu)的摻配方案。運行人員可以根據(jù)機(jī)組運行情況，靈活選擇系統(tǒng)提供的摻配方案。系統(tǒng)支持模擬摻配，運行人員可以對摻配方案進(jìn)行模擬，形成摻配分析報告。系統(tǒng)還可以從SIS獲取鍋爐數(shù)據(jù)監(jiān)控?fù)脚淙济簩﹀仩t影響，不斷優(yōu)化摻配方案，提高鍋爐燃燒效率，實現(xiàn)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運行。

2.1 0 智能控制優(yōu)化平臺

在FCS系統(tǒng)大數(shù)據(jù)平臺的基礎(chǔ)上，智能優(yōu)化控制平臺采集FCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的深入分析，利用先進(jìn)的預(yù)測控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和遺傳算法等各種智能控制和算法，計算最優(yōu)化控制策略和結(jié)果，并將數(shù)據(jù)傳送至FCS系統(tǒng)，自動優(yōu)化控制控制系統(tǒng)。智能控制優(yōu)化平臺能夠挖掘設(shè)備潛能，提升設(shè)備的工作效率和機(jī)組運行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

主要優(yōu)化模塊：AGC優(yōu)化控制（含協(xié)調(diào)、一次調(diào)頻、機(jī)組深度調(diào)峰、滑壓優(yōu)化控制）、機(jī)組鍋爐燃燒優(yōu)化控制、主再熱汽溫優(yōu)化控制、脫硝噴氨優(yōu)化控制。

2.1 1 現(xiàn)場總線技術(shù)

雷州發(fā)電廠控制系統(tǒng)采用基于現(xiàn)場總線技術(shù)的國產(chǎn)分散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)全廠機(jī)組爐、機(jī)、電、輔的一體化集中監(jiān)控功能。采用先進(jìn)的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，以數(shù)字信號取代模擬信號，應(yīng)用數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)據(jù)集成技術(shù)，在設(shè)計、建設(shè)、移交、運行和管理全過程構(gòu)建現(xiàn)代化、自動化、智能化和集約化的數(shù)字化電廠，增強(qiáng)現(xiàn)場信息集成、采集能力，提高系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性。相比傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)，現(xiàn)場總線技術(shù)能提供更全面的設(shè)備狀態(tài)信息，為智慧電廠數(shù)據(jù)深度挖掘、利用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 結(jié) 論

通過智慧電廠的建設(shè)，可提高機(jī)組可靠性，減少機(jī)組非停和人身傷亡，降低機(jī)組煤耗，降低爐膛出口NOx排放，減輕高溫金屬腐蝕，有效預(yù)防鍋爐爆管，提高負(fù)荷和煤種適應(yīng)性，并合理延長設(shè)備檢修周期。