发电厂脉冲高压静电水处理监控系统的设计

姚庆梅 赵国玉 许夫明 贾 燕 郭 亚

(山东建筑大学信息与电气工程学院，山东 济南 250100)



发电厂脉冲高压静电水处理监控系统的设计

姚庆梅 赵国玉 许夫明 贾 燕 郭 亚

(山东建筑大学信息与电气工程学院，山东 济南 250100)

为满足发电厂对水处理的安全性及经济性的要求，降低工人劳动强度，保证水处理装置的正常运行，设计了基于PLC和3G技术的脉冲高压静电水处理监控系统，实现数据的采集与传输。在发电厂的运行过程中，监控系统将水处理的一些运行参数上传到监控中心，如果运行参数异常，短信报警程序启动，通知工作人员及时采取措施，实现了对脉冲高压静电水处理的监测与自动控制。

高压静电 水处理 PLC 3G 自动控制 远程监控

0 引言

水资源短缺已成为制约我国经济社会发展的重要因素。在工业用水中，冷却水占有很大比例，近年来循环冷却水系统己在各行各业推广，节水效果十分明显[1]。为防止发电厂循环冷却水系统发生结垢、藻类滋生的现象，需要对循环水进行水处理。

传统的化学水处理是在循环水中加入大量的化学药剂，这样既不经济，又污染环境。脉冲高压静电水处理是一种新型的物理水处理方法，不仅能够防垢，杀灭藻类，还能溶垢。一台300 MW发电机组，每年可节约数十万甚至上百万的化学药剂费用，每天的节水量达3 912 t。

脉冲高压静电水处理监控系统对水处理的一些关键参数进行实时监控，提高了发电厂循环水处理的可靠性和安全性，从而保证对循环水的持续处理。

1 监控系统的构成

脉冲高压静电水处理监控系统由信息层、控制层、设备层和通信网络四部分构成。系统构成框图如图1所示。

图1 监控系统结构图

监控中心的上位机，采用Windows XP系统，上位机软件利用Visual Basic语言进行编写，上位机的数据利用3G网络、Internet进行传输。上位机是数据处理的中心，实现数据的显示、保存、查询等操作和管理。

控制层中，采用基于PLC的监控系统，开发简单、可靠性高、抗干扰能力强[2-5]。触摸屏作为人机界面，减少了按钮、开关等的使用，提高了系统的稳定性。

通信网路部分，3G网络无需布线、易升级，适合远距离无线监控[3]。PLC将采集的数据，通过控制3G模块发送出去，再通过3G网路、因特网将数据传输到监控中心上位机[2,4]。同样，上位机软件也可以对控制层的PLC发送控制指令，实现现场设备的控制。

2 监控系统功能的实现

监控系统的控制原理图如图2所示。

图2 监控系统控制原理图

为保证脉冲高压静电水处理装置达到最好的处理效果，需要对循环水的进出口温度、极化率、真空度，汽轮机的排气温度、真空度进行监测。

2.1 温度的测量

温度的测量包括进水温度、出水温度、排气温度以及控制柜的温度。控制柜的温度过高，监控系统的控制器可能发生故障异常，应及时采取保护措施。

循环水一般都是通过冷却塔进行冷却，温升大了，需要的冷却水就少了。循环水的进出口端差温度须在合适范围内，否则不利于循环水系统的稳定运行。

汽轮机的排气温度过高或是过低，都会影响循环冷却水的效率。排气温度过高的原因可能是循环水系统故障、真空系统泄漏、凝结水系统故障和射水系统故障。温度测量模块采用热敏电阻传感器。

2.2 极化率的测量

脉冲电源加到水处理装置的阴极和阳极上，水处理装置墙体内阳极和阴极之间会产生一个高压静电场。水分子在外电场作用下，每个分子电偶极距都受到转向外电场方向的力矩，使水分子取向极化。循环水的极化率取决于阴极、阳极之间的电场分布、大小以及循环水的电导率。利用SE6102电极传感器对电导率进行测量。

如果循环水的极化率不够高，不能使循环水完全极化，也不足以杀死循环水中的一些藻类及微生物，那么管道内部就会出现微生物滋生以及结垢现象，严重时会堵塞管道。

2.3 真空度的测量

汽轮机的真空度过高或过低会对汽轮机造成很大的危害。真空度过低的原因：凝汽器水位升高或满水；机组投运后出现漏气；微生物在管道内部滋生。对于凝汽式的汽轮机，真空度决定了排气温度。采用PKR251真空计进行真空度的测量。

2.4 控制方式

鉴于发电厂循环水处理的重要性，本监控系统采用远程控制、现场控制两种控制模式。

2.4.1 远程控制

监控中心的上位机设有水处理装置的启停、调压、调频按钮，对现场的运行参数进行显示。工作人员可以从监控中心的上位机，通过无线网络发送命令，PLC接收到命令，执行预先设定好的程序，自动完成对现场设备的控制[6-7]。

2.4.2 现场控制

工作人员可以根据循环水的关键参数的变化，对水处理装置、高压脉冲电源进行控制，通过触摸屏给PLC下达指令，PLC执行预先设定好的程序[10]。

3 上位机软件设计

上位机利用VB编程和建立数据库，VB是全开放性的，方便程序的修改。利用VB中的MSComm控件，可以方便地初始化串口和通过串口通信[8-9]。上位机软件主要实现数据存储、打印、历史数据显示、曲线显示、用户管理等功能,如果发现数据异常，监控中心会自动发出报警短信，并记录报警信息。监控系统上位机功能框图如图3所示。

图3 监控软件功能框图

4 试验及结果

在发电机组的脉冲高压静电水处理监控系统中，实现了监测数据的接收、存储、显示等功能。下位机PLC接收到上位机的命令要求，实现了水处理装置的启动/停止，以及高压脉冲电源的控制。该监控系统在国电发电厂的一个300 MW机组进行试验，结果表明可以对机组的循环冷却水处理进行实时监控，监控系统可以准确地监测到水处理装置的运行参数，实时传送，并准确地对现场设备进行控制。国电某发电厂某天的脉冲高压静电水处理的监测参数如表1所示。

表1 监测参数

5 结束语

该监控系统在国电某发电厂一年的使用期间内，循环冷却水系统的凝汽器没有结垢现象，保证了极化水处理系统的正常运行，实现了该监控系统预期的功能。脉冲高压静电水处理监控系统可以准确实时地测出脉冲高压静电水处理装置的各种运行参数。通过上位机和现场的触摸屏都可以实现对现场设备进行控制，实现了现场监控和远程监控的目标。脉冲高压静电水处理监控系统操作简单、工作性能稳定、数据传输快，满足了发电厂对循环水处理安全性及可靠性的要求。

[10]严盈富.触摸屏与PLC入门[M].北京:人民邮电出版社,2006.

Design of the Monitoring System for Pulsed High Voltage Electrostatic Water Treatment of Power Plant

In order to meet the safety and economy requirements of water treatment of power plant,reduce the labor intensity and ensure the normal operation of water treatment facility,the monitoring system based on PLC and 3G technologies for pulsed high voltage water treatment is designed to implement data acquisition and transmission.The operation parameters of water treatment are transmitted to the monitoring center in real time.If the parameters are abnormal,the SMS alarm program will startup to notify the staff to take action,and the monitoring and automatic control for the pulsed high voltage water treatment are implemented.

High voltage electrostatic Water treatment PLC 3G Automatic control Remote monitoring

姚庆梅(1958-)，女，1983年毕业于山东工学院电气自动化专业，获学士学位，教授；主要从事自动化装置集成化与智能化方面的研究。

TH702;TP29

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201601015

修改稿收到日期：2015-07-28。