數(shù)字化背景下智慧電廠的設(shè)計

慕慧娟 馬研 塔依爾·斯拉甫力

【摘要】? ? 本文采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)手段，通過大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、智能計算與分析、先進(jìn)控制、信息可視化展示、智能故障診斷與預(yù)警報警、智能安全與設(shè)備管理等功能，從而實現(xiàn)電廠內(nèi)生產(chǎn)與管理的自動化、信息化和智能化。

【關(guān)鍵詞】? ? 智慧電廠? ? 智能運行? ? 可視化

一、智慧電廠的設(shè)計主要內(nèi)容

1.1智慧電廠設(shè)計的系統(tǒng)框架

智慧電廠項目擬采用ICS+IMS兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。結(jié)合目前國內(nèi)智慧電廠建設(shè)情況，經(jīng)過與熱電各專業(yè)負(fù)責(zé)人深入研討與實地考察，針對當(dāng)前生產(chǎn)和管理碰到的實際問題和需求，本研究初步確定了智能安全、智能設(shè)備管理、智能運行管理、智能培訓(xùn)、智能燃料管理、智能優(yōu)化控制、智能監(jiān)測與性能分析、智能診斷處理及報警八項智能應(yīng)用模塊。一體化平臺的建設(shè)主要實現(xiàn)包括：智能經(jīng)營、智能安全、智能運行、智能維護(hù)、智能物資（與ERP做接口）、智能可視、綜合管理、智能移動等方面的數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)全流程、全范圍的一體化集成平臺。[1]

二、智慧電廠設(shè)計系統(tǒng)的主要功能

2.1智能安全功能

本系統(tǒng)為一體化智能管控系統(tǒng)，通過大數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，把各系統(tǒng)集中管理，通過智能設(shè)備檢測人、物的狀態(tài)，通過一體化集成平臺進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，讓安全主動化，穩(wěn)步提高人員整體安全素養(yǎng)，達(dá)到人人為安全的目的，減輕安全管理人員工作量，減少違章行為的發(fā)生。

2.2 智能設(shè)備管理功能

2.2.1可視化四檢合一設(shè)備智能管控系統(tǒng)

本系統(tǒng)是指將“巡檢、點檢、精密點檢、檢修觸發(fā)管理”集成并與設(shè)備的優(yōu)化檢修進(jìn)行有機(jī)融合，建立可視化“四檢合一”的優(yōu)化檢修一體化智能管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)是現(xiàn)階段能夠完整實現(xiàn)“智能電廠”建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)體系和管理體系。該體系的落地，將全面顛覆傳統(tǒng)的管控模式，把電廠的管控水平，提升到前所未有的高度。即：將傳統(tǒng)的“計劃檢修為主、狀態(tài)檢修為輔”的管控模式，變革為創(chuàng)新的“狀態(tài)檢修為主、計劃檢修為輔”的世界級管控模式。

2.2.2可視化電站鍋爐防磨防爆智能安全系統(tǒng)

基于大數(shù)據(jù)算法的成因分析，主要從對鍋爐運行參數(shù)的累積效應(yīng)對泄爆的量化計算和影響分析（參數(shù)-數(shù)據(jù)-球化影響），對過熱器和再熱器而言主要進(jìn)行各位置吹灰累積效應(yīng)、超溫工況累積效應(yīng)對受熱面減薄的影響分析。[2]

通過內(nèi)置大數(shù)據(jù)分析模型，實現(xiàn)指定區(qū)域（機(jī)組/受熱面/標(biāo)高）的減薄情況、剩余壽命情況、減薄速率分布情況的分析與計算，并幫助用戶逐步掌握鍋爐的管壁劣化發(fā)展規(guī)律，進(jìn)而科學(xué)安排檢修時間，合理采取防磨措施。根據(jù)模型計算的結(jié)果，展示氧化皮堵塞情況根據(jù)機(jī)組和部件進(jìn)行查詢，展示部件的管、排，測點的狀態(tài)，堵塞風(fēng)險等級和評估時間。

2.2.3可視化技術(shù)監(jiān)督管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以幫助技術(shù)監(jiān)督實時數(shù)字信息的采集、加工處理和反饋，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，使離線和在線數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的結(jié)合，實現(xiàn)技術(shù)監(jiān)督的全過程管理;結(jié)合專家經(jīng)驗和算法模型，開展技術(shù)監(jiān)督工作評估，強(qiáng)化了技術(shù)監(jiān)督定期分析的功能，形成管理閉環(huán)，有效發(fā)揮技術(shù)監(jiān)督工作效能。

2.2.4可視化全優(yōu)潤滑油管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)通過對全場潤滑油管理制度，補(bǔ)、換油手段，潤滑油檢測方式及潤滑油存儲管理的研究，確定一套符合電廠實際需求的設(shè)備潤滑管理系統(tǒng)。

2.2.5可視化電站地下管網(wǎng)智能安全預(yù)控系統(tǒng)

通過集成管線測漏系統(tǒng)，可視化管網(wǎng)系統(tǒng)可通過顏色變化對泄漏情況、泄漏位置進(jìn)行報警，并利用爆管分析、覆土分析、開挖分析等功能，實現(xiàn)管網(wǎng)的智能分析。

三、智能運行管理功能

3.1交接班管理

支持通過大數(shù)據(jù)平臺自動獲取交接班所要求的數(shù)據(jù)信息（如：運行方式、缺陷信息、兩票信息、異常事件、定期工作等），形成準(zhǔn)確、全面的交接班資料。

3.2定期工作管理

定期工作包括定期試驗、定期切換以及定期操作，應(yīng)能夠根據(jù)發(fā)電企業(yè)的實際需要實現(xiàn)定期工作策劃，記錄定期工作完成情況、執(zhí)行人以及備注信息。提供標(biāo)準(zhǔn)試驗、操作步驟以及正確試驗結(jié)果便于用戶定期工作時參考。

3.3運行日志管理

實現(xiàn)在運行日志網(wǎng)兜式抓取信息自動生成功能。將系統(tǒng)中的缺陷記錄、工作票記錄、操作票記錄、巡視記錄以及設(shè)備定期試驗及輪換工作等自動生成運行記事，對于相應(yīng)的記事內(nèi)容可追溯相關(guān)詳細(xì)信息。

3.4智能水電煤平衡分析

水、熱、電、煤、油等物料消耗平衡：基于發(fā)電設(shè)備、系統(tǒng)現(xiàn)有測點和為了完成平衡計算新增加測點，自動完成全廠水平衡、電平衡、熱平衡、燃料平衡平衡計算，實現(xiàn)全廠能耗在線監(jiān)視。整合全廠數(shù)據(jù)，進(jìn)行水、熱、電、燃料的集中監(jiān)測，采用數(shù)據(jù)可視化方法對工質(zhì)與能量平衡情況進(jìn)行展示，提升監(jiān)測效果。

四、智能培訓(xùn)系統(tǒng)功能

4.1全廠可視化設(shè)備圖模導(dǎo)航系統(tǒng)

以DCS畫面為依據(jù)，構(gòu)建機(jī)組和各系統(tǒng)的三維工藝流程圖，以一個可交互、數(shù)據(jù)實時刷新、虛擬三維物體與現(xiàn)實聯(lián)動的三維場景，展現(xiàn)全廠的生產(chǎn)過程。三維場景體現(xiàn)全廠設(shè)備的準(zhǔn)確的空間位置和連接關(guān)系，通過鏡頭的縮放和菜單交互，在設(shè)備級、系統(tǒng)級、機(jī)組級不同層次之間實現(xiàn)切換。

4.2全廠工藝流程培訓(xùn)

電廠的生產(chǎn)區(qū)域設(shè)備密度高，空間分布復(fù)雜，通過一個包含了電廠土建、鋼結(jié)構(gòu)、主要設(shè)備和管道的三維場景，能讓用戶對電廠生產(chǎn)區(qū)域的全貌有一個概括性的認(rèn)識，了解電廠各系統(tǒng)的組成和相互關(guān)系，主輔機(jī)設(shè)備的空間位置，管道和閥門的布置方位等信息。

五、智能監(jiān)測及性能分析功能

5.1可視化汽輪機(jī)智能安全預(yù)控系統(tǒng)

通過內(nèi)置專家分析系統(tǒng)，及時自動發(fā)現(xiàn)機(jī)組出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，給出有針對性的處理意見。完成設(shè)備故障部位、故障等級、故障原因、處理建議的自動推送。

5.2可視化重要輔機(jī)智能安全預(yù)控系統(tǒng)

在重要輔機(jī)設(shè)備上加裝加速度傳感器，就地安裝智能監(jiān)測系統(tǒng)，內(nèi)置轉(zhuǎn)機(jī)故障診斷專家知識庫，自動收集故障向量特征，通過大數(shù)據(jù)特征矩陣的自學(xué)習(xí)能力，自動檢測、分析、判斷設(shè)備運行狀況、劣化起點及趨勢，自動給出維護(hù)及檢修建議。

5.3性能計算

建立機(jī)組熱力設(shè)備及系統(tǒng)的性能數(shù)學(xué)模型，在線實時、準(zhǔn)確地計算、分析、評價發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和設(shè)備的性能指標(biāo)，計算的結(jié)果輸出到實時/歷史數(shù)據(jù)庫中保存，實現(xiàn)對機(jī)組全方位的性能在線監(jiān)測。

5.4在線機(jī)組性能診斷

主要分析指標(biāo)包括：主汽壓力、主汽溫度、再熱汽溫度、再熱器壓損、給水溫度、低壓加熱器上下端差、高壓加熱器上下端差、排汽壓力、小機(jī)排汽量、減溫水流量、凝結(jié)水過冷度、凝汽器端差、調(diào)節(jié)級效率、高中壓缸效率、補(bǔ)水率、排煙溫度、排煙氧量、飛灰含碳量、輔機(jī)電耗率等。

5.5能效大閉環(huán)

智能運行尋優(yōu)系統(tǒng)可提供制粉、燃燒、汽溫、吹灰、噴氨、冷端、最佳氧量以及滑壓指令偏置等一系列閉環(huán)優(yōu)化指導(dǎo)建議，運行員可根據(jù)建議自動或手動改變控制回路設(shè)定值和運行方式，使機(jī)組能效逐步趨優(yōu)。[3]

六、智能診斷處理及報警功能

為了提高火電機(jī)組報警的可靠性、智能性、易用性，針對當(dāng)前報警功能存在的不足，本方案采用智能診斷處理及報警系統(tǒng)，主要包括四個模塊：滋擾報警抑制模塊、智能預(yù)警模塊、報警根源分析模塊、報警增強(qiáng)展現(xiàn)模塊。如下圖所示。

6.1滋擾報警抑制

滋擾報警通常不代表出現(xiàn)故障，振蕩報警和重復(fù)報警是其主要形式。其危害是對運行人員正常操作造成干擾。滋擾報警抑制功能通過多變量聯(lián)合判斷、統(tǒng)計分析、濾波延遲等技術(shù)手段抑制、減少滋擾報警的產(chǎn)生。

6.2智能預(yù)警

主要功能是檢測設(shè)備參數(shù)是否處于正常范圍之內(nèi)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)偏離正常范圍時，向有關(guān)人員發(fā)出預(yù)警信號。可實現(xiàn)大量需要監(jiān)視的重要參數(shù)劣化分析的自動監(jiān)測和提前預(yù)警，從而防止事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，可快速定位存在異常的部位和參數(shù)，提供實時和歷史相結(jié)合的分析手段，可以幫助運行相關(guān)人員分析過程存在的問題。

6.3智能報警根源分析

故障根源回溯的依據(jù)是將高級值班員的專業(yè)知識和豐富經(jīng)驗、運行規(guī)程、設(shè)備設(shè)計資料等表達(dá)和固化為代碼形式的邏輯故障知識庫。系統(tǒng)依靠邏輯故障知識庫、推理機(jī)及高性能歷史站的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障樹專家推理分析。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]賈婧媛，李寧，楊夢馨，王博.基于北斗時空信息的城市燃?xì)夤I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺[J].信息通信技術(shù)，2021，15（03）：7-13.

[2]李霄飛，朱梓傲.火力發(fā)電廠智慧電廠實施方案的探索與研究[J].科技與創(chuàng)新，2021（13）：1-3.

[3]王紅妮，周宏斌，張澤巍，周鵬飛，張傳昀.智慧電廠背景下設(shè)備巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].設(shè)備管理與維修，2021（10）：101-103.

本論文感謝新疆維吾爾自治區(qū)市場監(jiān)督管理局科技計劃項目《新疆能源計量大數(shù)據(jù)與產(chǎn)業(yè)計量數(shù)字化運營研究》的資助。

通訊作者：慕慧娟（1983—），女，山西太原人，博士研究生，高級經(jīng)濟(jì)師，研究方向：產(chǎn)業(yè)計量，計量檢測;

馬研（1986—），男，遼寧興城，碩士研究生，高級工程師，研究方向：能源計量產(chǎn)業(yè)計量，計量檢測;

塔依爾·斯拉甫力，男，碩士研究生，二級教授級高級工程師，研究方向：能源計量，產(chǎn)業(yè)計量。