基于大数据的发电厂生产管理实时考核系统

雷涛

摘  要：运行人员的控盘水平、检修人员的检修和维护水平、专工的业务能力对电厂经济性和设备安全性有着重要影响，对运行、生产指标进行实时监控和考核变得尤为重要， 该文从如何强化火电厂生产管理，以量化管理思想为核心，以实时数据为基础，对电厂专工、运行人员、检修人员的日常工作质量、数量、时间进行量化，再客观的进行考核、评价，激励专工、运行人员、检修人员，保证监盘、操控、调整的质量，提高设备检修和维护水平以及加强专工的业务能力。

关键词：发电厂;生产管理;量化管理;实时监督;实时考核

中图分类号：TP319                       文獻标志码：A

0 引言

火电厂实时监督和考核系统，通过采集火电厂实时数据并利用大数据技术进行存储和计算，由管理人员对机组的关键指标进行量化、统计，以此考核、评价专工、运行人员的工作，系统实时进行统计并自动汇总和实时考核，考核结果的真实性和准确性得以保证，具有实时、自动、公开、公平、公正、运行稳定可靠、安全、通用性强等特点。目前系统已投入实际生产工作中，在运行过程中不断地完善和提高，加强了火电厂的精细化管理水平，提高了机组运行经济性和设备安全性。

1 系统设计原则

1.1 生产管理实时考核系统的稳定性

建立一套集团级的生产管理实时考核的系统，用于对关键指标进行量化评价、统计分析、闭环考核，以此来提高生产运行水平。系统使用的数据源自集团下的各个发电企业设备的控制系统。采集频率为秒级，甚至部分关键测点达到毫秒级。集团侧综合测点数量达到数十万，每日数据吞吐量达到GB级别。因此，系统的运行平稳、运算准确是十分重要的，也是系统的核心功能之一。为了保证数据的存储、处理、分析能力，系统基于大数据理念进行搭建，采用Hadoop技术进行数据的存储、基于Yarn技术的存储访问机制以及Apache Spark技术对数据进行并行处理。

1.2 生产管理实时考核系统的安全性

由于生产数据是由下至上采集，底层设备与控制系统直接相连，任何有意或者无意的操作均有导致非停的风险。因此系统安全性是系统设计原则的重中之重，系统安全性设计的原则以主管部门国家电监会5号令提出的《电力二次系统安全防护规定》为基础。部署与控制区的控制系统与非控制区的采集接口机的边界处须布置防火墙，实现基于MAC、IP、传输协议、传输端口以及通信方向的综合过滤与访问控制。多个部署在非控制区的采集接口机与部署在管理信息大区的汇聚服务器通过正向隔离装置进行物理隔离，实现非网络方式的安全的数据单向交换。

系统的Web安全主要体现在定期进行专业的安全评估，针对安全评估结果进行专业安全的整改和加固。建立完善的、有效的安全管理制度，对日常使用和维护进行规范管理。建立完善的、有效的应急响应预案和流程，定期进行演练，发现异常状况及时处理和恢复，避免网站业务中断造成损失。定期对相关技术人员、管理人员、使用人员进行安全培训，提高安全技术能力和实操能力。

1.3 生产管理实时考核系统的扩展性

系统预留丰富的接口，支持后续接入其他发电企业数据，为后续业务接入提供无痕升级。同时，为其他系统供给数据也预留了相应的接口。

2 系统架构

系统数据流是基于大数据技术，主要由数据来源层、存储计算层、数据分析层、数据表现层构成。数据来源层的主要构成有结构化数据、非结构化数据以及实时数据。结构化数据主要包括平台的配置数据、系统的维护数据和ERP/SIS/MIS的抽取数据以及手工录入数据等。非结构化数据主要包括现场的图像数据、文件的扫描数据等，该文并不涉及非结构化数据。实时数据为该系统的基础数据，均来自现场DCS、NCS、EMCS、SCADA、TCS等控制系统，数据从发电企业现场采集，经过隔离装置通过专用光纤网络发送至集团本部进行存储和使用。数据的存储是系统运行的基本条件，存储采用分布式文件存储系统，基于Hadoop和Yarn技术对采集的数据以及Spark计算所得结果数据进行存储和管理。辅以大数据技术的Storm、Hive、MapReduce等工具构成存储计算层。数据分析层、表现层对数据进行可视化处理，将抽象的数据在Web页面内展示，实现使用者与系统的有好交互，实现人机对话功能。

3 系统总体功能

火电厂实时监督和考核系统主要由以下4个部分组成：数据采集单元、数据存储处理单元、技术监督系统、实时考核子系统，系统的整体结构如图1所示。

（1）数据采集单元。数据采集单元由分布在火电厂的数据采集装置组成，采集到的实时数据经过传输，转换，存储到数据存储处理单元。采集单元采集DCS系统、厂用电、脱硫脱硝、辅控、化水、关口表等系统的指标数据。当采集到实时数据后，穿越单向隔离器并通过专用网络将实时数据传输至集团数据中心，既保证数据的安全性又减少数据传输过程，提高数据传输速度。

（2）数据存储处理单元。数据存储处理单元基于高速实时数据库技术，数据存储模块负责存储系统数据以及数据处理结果。数据处理模块是在采集的海量基础数据之上，满足需求侧管理功能进行的数据计算，加工等二次处理，象基本报警、同比、环比、峰谷平值、不平衡度等。数据处理实时进行，一旦检测到数据超过预置条件，立即触发报警。数据处理模块提供的报表可按照用户的自定义条件定时生成。

（3）技术监督系统。技术监督系统是整个系统与用户的人机交互界面，是系统功能的最终体现。技术监督系统基于B/S架构，用户无须安装任何软件，包括浏览器插件，系统支持智能手机，平板电脑访问。技术监督系统有严格的授权机制，任何未经授权的访问将被拒绝。

（4）实时考核子系统。实时考核子系统自动对参数超限、事件、定期工作未按时完成、运行指标考核等进行汇总统计，统计结果将作为考核的相关依据，用户可随时在线查看考核明细。

（5）参数超限考核。对锅炉金属壁温累计超过额定值、环保排放参数超标、主再热汽温度超过额定值、其他参数进行实时监督和考核，督促责任主体对参数超限情况进行快速响应，加强对设备的管理和维护，确保机组的安全运行，锅炉金属壁温累计超过额定值8 ℃～20 ℃（含20 ℃），每个点累计（持续）超过15 min（每15 min）扣除1分，依此类推;超过额定值20 ℃～35 ℃（含35 ℃），每个点累计（持续）超过10 min（每10 min）扣除2分，依此类推;超过额定值35 ℃每个点持续超过1 min（每1 min），每个点扣除3分。

（6）事件考核。对故障停机、机组出力迫降、6 kV及以上电机辅机跳闸、高低加、电除尘、精处理、脱硫、脱硝系统退出、其他故障进行实时监督和考核，能够让管理人员及时发现现场事故，全面掌握生产现场动态，通过对事故的分析量化责任主体，督促管理人员、运行人员、检修人员在机组和设备的日常维护和操作中能够严格按照规程办事。

（7）定期工作未按时完成考核。对定期试验、设备轮换、设备定检、报表报送进行监督和实时考核，加强了对日常生产管理工作的监督力度，使定期工作能够按时、保质保量的完成，确保機组的安全稳定运行。

（8）运行指标考核。将指标实时值与目标值进行对比，根据考核规则进行相应的加减分，加分上限为单位得分，减分上限为单位得分，锅炉指标月度得分=各指标月度得分均值之和。对指标得分设定为一个区间范围，计算全厂得分时，进行加权平均（机组指标得分×机组占分权重），系统每月、每季度统计一次得分排名，指标分为机组指标和全厂指标，其中锅炉指标18项，汽机指标14项、全厂指标中环保指标3项，综合指标4项，设备性能指标18项。

4 系统特点和效果

4.1 生产管理实时考核系统的特点

（1）数据全、计算快、信息准：大数据相比传统方法在计算准确性和计算速度方面存在独到的优势。（2）真正的实时考核：在机组运行的同时，实时进行指标考核及分析统计，将考核结果实时显示并作用于生产运行，使考核与运行管理真正同步。（3）在线考核：对考核的模型、配置等重新构置工作，可以在考核进行的同时在线完成而不需要暂停或停止考核，实现不间断考核。（4）优化指导，有效激励：为运行人员提供机组的优化运行参数和运行方式;实时显示机组运行状态对个人收入的影响，直接激励运行人员时刻做到精心调整、细心操作，从而保证机组操作优化指导的执行力。（5）应用扩展方便：系统使用模块化结构设计，将业务逻辑做成独立构件，能方便地外挂功能模块，能够独立使用，也可整合到现有系统，作为一个功能模块使用。（6）开放的数据接口 ：采用标准数据接口程序设计，能够从DCS、SIS系统等获取数据进行考核。

4.2 生产管理实时考核系统的效果

（1）实现了考核管理标准化、自动化、过程透明化、结果公开化。（2）机组运行的安全性和经济性显著提高，不断刷新安全生产长周期的时间记录。（3）由于生产管理实时考核系统的投入，使发电机组各项主要指标的调控更加合理，某电厂#1机组的供电煤耗由2015年的330 g/kWh逐年下降至310 g/kWh，为电厂带来了巨大的经济效益。

5 结语

通过系统的长时间运行，运行人员、检修人员、专工能够自觉加强自我管理，具有很强的执行力，通过系统的建设，使各项考核制度规范化、标准化，实现以差距查管理，以管理促提高的有效模式，考核结果的真实性和准确性得到切实保证，建立了完善的考核管理体系，落实了监督责任，加强了企业对生产设备的监督力度，提高了企业生产设备的安全性和可靠性，发电机组各项主要指标调控更加合理，供电煤耗逐年下降，提升了企业生产管理工作的效率和水平，实现了企业管理和效益的双提升。

参考文献

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