火力发电厂厂用辅机电能监督管理系统的开发及应用

吴欣，万祖明，吴宁，余磊，梁慧先

(1.华电滕州新源热电有限公司，山东 滕州 277599； 2.枣庄电力公司，山东 枣庄 277100；3.华电燃料物流公司秦皇岛分公司，河北 秦皇岛 066000)

0 引言

华电滕州新源热电有限公司目前在役机组共930 MW，分两期建成。一期2台超高压150 MW机组2003年投产，二期2台亚临界315 MW机组2006年投产。机组投产之初，辅机电能收集记录采用传统的抄表和人工计算方式，不能够满足动态分析管理的需要，亟须建立一套准确、可靠的电量数据自动采集分析系统，来完成对辅机电能使用合理性的管理。

通过自动化手段实现辅机电量报表自动更新、电量平衡分析、辅机耗电率在线监督、辅机电量指标竞赛自动更新等功能，通过电能自动化采集降低生产数据收集分析成本，可以实现公司生产管理的自动化、准确化和科学化。

1 辅机电能监督管理系统存在的问题

厂用辅机电量收集采用传统的人工定时抄表、手动计算方式，存在4个方面的问题。

(1)电能抄录、计算、登记报表时间长，流程繁琐，管理人员须通过运行日报表收集相关电量报表数据，再手动录入完成相关的数据指标分析计算，重复性工作多。

(2)人为读数误差和书写计算错误难以杜绝，准确性靠运行人员的工作态度保障，辅机电量计算偏差大。依托手工采集的电能数据进行指标竞赛，公平性难以保证。

(3)仅能提供按运行轮值抄录的数据，不能及时提供辅机方式优化所需数据。

(4)数据资源共享性差，不能实时查询、分析，历史追溯和统计管理困难。

2 厂用辅机电能管理现状

2.1 一期机组辅机电能管理现状

一期机组所有厂用辅机没有配置专用电能表，电能数据依靠专用的电气监控管理系统采集厂用辅机6 kV开关综合保护测量装置电压、电流数据计算而得；通过工控管理机手动抄表，人工计算，形成报表数据；脱硫系统为技改后新增设备，脱硫辅机电能数据没有接入电厂电气监控管理系统。

根据现场实际情况，制订了2套方案，分析其可行性。

表1 一期电能采集实施方案分析

通过技术经济比较，确定实施方案1：对数据采集单元进行扩展，将系统升级为江苏金智科技股份有限公司生产的DCAP-4000发电厂电气监控管理系统，通过该系统的用于过程控制的对象链接与嵌入(OPC)服务功能把数据送至公司生产实时信息(PI)系统，需要数据的用户可以自由取数。系统总体设计方案如图1所示。

图1 一期机组厂用辅机电能监督管理系统

2.2 二期机组辅机电能管理现状分析

二期机组厂用辅机配置专用电能表，通过现场手动抄表，人工计算，形成报表数据；6 kV开关综合保护装置虽然具备电能采集功能，但版本较低；二期脱硫辅机没有配置专用电能表，电能数据需要从综合保护装置抄录。

根据现场实际情况，制订了2套方案，分析其可行性。

表2 二期电能采集实施方案分析

经综合比较，确定实施方案2：配置独立的intouch电能采集系统，增加脱硫辅机电能表，通过该系统的OPC服务功能把数据送至公司PI系统，需要数据的用户可以自由取数。系统总体设计方案如图2所示。

图2 二期机组厂用辅机电能监督管理系统

3 技术改造过程

以该公司二期机组辅机电能采集系统为例进行说明。

3.1 安装硬件设备及通信接口工作

(1)在锅炉电子间新增一面专用辅机电量采集器屏，用以布置光电模块、DC2000采集器以及后台管理机。

(2)在二期机组脱硫6 kV开关柜安装多功能网络仪表PD6804-9SYD、通信线和光电模块。 多功能网络仪表为采用三相四线制数字式的多功能电表[1]，按照DL/T 448—2016《电能计量装置技术管理规程》[2]规定的电压、电流测量精度0.2级、有功电能精度0.5级的要求，具备电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率的测量及显示功能，具备有功电量、无功电量的计量及显示功能。

(3)二期机组主要辅机所配置的电能表具有RS485通信接口功能，满足通信协议要求，在6 kV开关柜内安装了通信线和光电模块，构建起现场数据传输网络。

(4)就地辅机电能表通过RS485通信线及光纤通信接入采集器DC2000，实现电能表和多功能网络仪表的电量采集。采集器经网络通信将采集的电量上传至后台管理机intouch电能采集系统。intouch电能采集系统能连续采集数据，从各辅机电能表采集至传输终端，采样周期及传输延时小于1 min。

3.2 建立数据库系统，实现资源共享

(1)在后台管理机intouch电能采集系统中建立辅机实时电量显示界面，实现电量数据终端机在线监督。

(2)在后台管理机安装PI系统接口程序OPC链接，实现电量数据与PI系统通信。

(3)在生产实时数据库中配置辅机电量点名，点名配置按照电气一次接线图顺序排列。后台管理机启动运行正常后，只要开启PI系统接口程序OPC链接，即可实现后台机实时上传发布电能数据，PI系统实时接收数据，做到数据资源共享。

(4)公司各部门所使用的软件系统可以通过该平台接口实现信息的即时通信，按照各自需求管理相应业务。

4 综合分析应用

在电能采集基本功能的基础上，进行应用二次开发，实现了电能数据与热机实时数据的互相支援，提高了分析数据的完备性。

4.1 应用案例1

工作小组编制了厂用辅机电能监督管理系统报表，报表分为底码录入、电量日报、电能平衡及表计监督、实时能耗4大板块。通过程序链接，实现发电量、上网电量、厂用电率、辅机能耗、电量平衡的自动更新。公司办公网络内任一办公电脑中安装2003以上版本Excel程序及PI Datalink插件后，即可使用厂用辅机电能监督管理系统报表，查询实时、历史电量数据。

操作方法。

(1)打开厂用辅机电能监督管理系统报表程序，选择“工具/加载宏”按钮，“√”选“PI Data-link”。

(2)在底码录入区输入当日报表中发电量、上网电量、主变压器电量、高压厂用变压器电量、高压备用变压器电量底码。

(3)在动力报表中选择报表日期，电量数据将会根据报表中的日期自动加载更新。

通过报表中的电量平衡棒形图可以判断表计使用情况，监督厂用电能平衡的情况，同时还可以查询系统运行后各时段的机组各辅机实时能耗分布情况、电能平衡情况[3]。

4.2 应用案例2

电量数据实现生产实时系统资源共享，公司小指标竞赛管理系统的电能及辅机耗电率采用电能量采集系统的数据，数据指标计算、分析更加实时、精确，提高了指标竞赛管理系统的公信力。

厂用辅机电能监督管理系统投运后，与原生产实时系统的热机测点相结合，搭建辅机能耗管控平台，辅机电能使用更加合理，同时还实现了节能潜力分析。

4.3 应用案例3

与冷端原有测点结合，自动采集冷端运行参数和电能数据，根据机组负荷率及环境因素，综合考虑主机效率和辅机耗电情况，在线量化分析循环水泵的运行方式[4]。

4.4 应用案例4

自动采集引/送风机、烟气处理系统耗用电能及相关参数，检查变氧量运行下的节能潜力，并定量分析炉膛总阻力变化对辅机能耗的影响[5]。

4.5 应用案例5

自动采集辅机电能、运行电压及电流等相关参数，计算辅机的运行功率因数，可为大电机无功分布补偿节能提供补偿设备选型依据[6]。

4.6 应用案例6

空气压缩机运行过程中，受控制方式及用户的不确定性影响，存在空载运行时间。空载运行时需要消耗电能，但对工艺流程不起到实际作用，降低了空气压缩机运行的效率。通过采集电能数据及运行数据，量化给出了空气压缩机控制回路改造的节能收益。

5 厂用辅机电能监督管理系统应用效果

华电滕州新源热电有限公司依托网络技术建立了一套准确、可靠的厂用辅机电量数据采集、管理系统，实现辅机电量报表自动更新、电量平衡分析、辅机耗电率在线监督、辅机电量指标竞赛自动更新。该体系在公司生产管理推广应用后效果如下。

(1)降低了相关人员抄算表工作量，避免了抄算表误差，提高了班组指标竞赛的公平性和科学性。

(2)实现了电量数据资源有效共享，改进了公司电能管理模式，提高了工作效率。能够对全公司辅机能耗情况进行科学管控，在国家环保要求日益严格、烟气处理设备耗能增加的前提下，2013—2016年，发电厂用电率逐年下降，3年累计节约成本约1 400万元。

(3)与热机测点数据相结合，通过对其运行状态的分析组建数学模型，搭建辅机能耗的实时分析管控平台，为企业实施电力需求侧管理奠定基础。

(4)实现了公司用电成本的实时计算，为公司电机能效提升方案制定和实施、电力需求侧管理和智能化电厂建设奠定了基础。

参考文献：

[1]多功能电能表：DL/T 614—2007[S].

[2]电能计量装置技术管理规程：DL/T 448—2016[S].

[3]用电设备电能平衡通则：GB/T 8222—2008[S].

[4]评价企业合理用电技术导则：GB/T 3485—1998[S].

[5]风机机组与管网系统节能监测：GB/T 15913—2009[S].

[6]李世林，刘军成.电能质量国家标准应用手册[M].北京：中国标准出版社，2007.