数字化背景下智慧电厂的设计

慕慧娟 马研 塔依尔·斯拉甫力

【摘要】    本文采用物联网、大数据、人工智能等先进技术手段，通过大数据挖掘技术、智能计算与分析、先进控制、信息可视化展示、智能故障诊断与预警报警、智能安全与设备管理等功能，从而实现电厂内生产与管理的自动化、信息化和智能化。

【关键词】    智慧电厂    智能运行    可视化

一、智慧电厂的设计主要内容

1.1智慧电厂设计的系统框架

智慧电厂项目拟采用ICS+IMS两层网络结构，系统架构图如图1所示。结合目前国内智慧电厂建设情况，经过与热电各专业负责人深入研讨与实地考察，针对当前生产和管理碰到的实际问题和需求，本研究初步确定了智能安全、智能设备管理、智能运行管理、智能培训、智能燃料管理、智能优化控制、智能监测与性能分析、智能诊断处理及报警八项智能应用模块。一体化平台的建设主要实现包括：智能经营、智能安全、智能运行、智能维护、智能物资（与ERP做接口）、智能可视、综合管理、智能移动等方面的数据与业务全流程、全范围的一体化集成平台。[1]

二、智慧电厂设计系统的主要功能

2.1智能安全功能

本系统为一体化智能管控系统，通过大数据的关联，把各系统集中管理，通过智能设备检测人、物的状态，通过一体化集成平台进行标准化管理，让安全主动化，稳步提高人员整体安全素养，达到人人为安全的目的，减轻安全管理人员工作量，减少违章行为的发生。

2.2 智能设备管理功能

2.2.1可视化四检合一设备智能管控系统

本系统是指将“巡检、点检、精密点检、检修触发管理”集成并与设备的优化检修进行有机融合，建立可视化“四检合一”的优化检修一体化智能管理系统。本系统是现阶段能够完整实现“智能电厂”建设的关键技术体系和管理体系。该体系的落地，将全面颠覆传统的管控模式，把电厂的管控水平，提升到前所未有的高度。即：将传统的“计划检修为主、状态检修为辅”的管控模式，变革为创新的“状态检修为主、计划检修为辅”的世界级管控模式。

2.2.2可视化电站锅炉防磨防爆智能安全系统

基于大数据算法的成因分析，主要从对锅炉运行参数的累积效应对泄爆的量化计算和影响分析（参数-数据-球化影响），对过热器和再热器而言主要进行各位置吹灰累积效应、超温工况累积效应对受热面减薄的影响分析。[2]

通过内置大数据分析模型，实现指定区域（机组/受热面/标高）的减薄情况、剩余寿命情况、减薄速率分布情况的分析与计算，并帮助用户逐步掌握锅炉的管壁劣化发展规律，进而科学安排检修时间，合理采取防磨措施。根据模型计算的结果，展示氧化皮堵塞情况根据机组和部件进行查询，展示部件的管、排，测点的状态，堵塞风险等级和评估时间。

2.2.3可视化技术监督管理系统

该系统可以帮助技术监督实时数字信息的采集、加工处理和反馈，实现数据共享，使离线和在线数据进行有效的结合，實现技术监督的全过程管理;结合专家经验和算法模型，开展技术监督工作评估，强化了技术监督定期分析的功能，形成管理闭环，有效发挥技术监督工作效能。

2.2.4可视化全优润滑油管理系统

该系统通过对全场润滑油管理制度，补、换油手段，润滑油检测方式及润滑油存储管理的研究，确定一套符合电厂实际需求的设备润滑管理系统。

2.2.5可视化电站地下管网智能安全预控系统

通过集成管线测漏系统，可视化管网系统可通过颜色变化对泄漏情况、泄漏位置进行报警，并利用爆管分析、覆土分析、开挖分析等功能，实现管网的智能分析。

三、智能运行管理功能

3.1交接班管理

支持通过大数据平台自动获取交接班所要求的数据信息（如：运行方式、缺陷信息、两票信息、异常事件、定期工作等），形成准确、全面的交接班资料。

3.2定期工作管理

定期工作包括定期试验、定期切换以及定期操作，应能够根据发电企业的实际需要实现定期工作策划，记录定期工作完成情况、执行人以及备注信息。提供标准试验、操作步骤以及正确试验结果便于用户定期工作时参考。

3.3运行日志管理

实现在运行日志网兜式抓取信息自动生成功能。将系统中的缺陷记录、工作票记录、操作票记录、巡视记录以及设备定期试验及轮换工作等自动生成运行记事，对于相应的记事内容可追溯相关详细信息。

3.4智能水电煤平衡分析

水、热、电、煤、油等物料消耗平衡：基于发电设备、系统现有测点和为了完成平衡计算新增加测点，自动完成全厂水平衡、电平衡、热平衡、燃料平衡平衡计算，实现全厂能耗在线监视。整合全厂数据，进行水、热、电、燃料的集中监测，采用数据可视化方法对工质与能量平衡情况进行展示，提升监测效果。

四、智能培训系统功能

4.1全厂可视化设备图模导航系统

以DCS画面为依据，构建机组和各系统的三维工艺流程图，以一个可交互、数据实时刷新、虚拟三维物体与现实联动的三维场景，展现全厂的生产过程。三维场景体现全厂设备的准确的空间位置和连接关系，通过镜头的缩放和菜单交互，在设备级、系统级、机组级不同层次之间实现切换。

4.2全厂工艺流程培训

电厂的生产区域设备密度高，空间分布复杂，通过一个包含了电厂土建、钢结构、主要设备和管道的三维场景，能让用户对电厂生产区域的全貌有一个概括性的认识，了解电厂各系统的组成和相互关系，主辅机设备的空间位置，管道和阀门的布置方位等信息。

五、智能监测及性能分析功能

5.1可视化汽轮机智能安全预控系统

通过内置专家分析系统，及时自动发现机组出现的异常现象，给出有针对性的处理意见。完成设备故障部位、故障等级、故障原因、处理建议的自动推送。

5.2可视化重要辅机智能安全预控系统

在重要辅机设备上加装加速度传感器，就地安装智能监测系统，内置转机故障诊断专家知识库，自动收集故障向量特征，通过大数据特征矩阵的自学习能力，自动检测、分析、判断设备运行状况、劣化起点及趋势，自动给出维护及检修建议。

5.3性能计算

建立机组热力设备及系统的性能数学模型，在线实时、准确地计算、分析、评价发电厂技术经济指标和设备的性能指标，计算的结果输出到实时/历史数据库中保存，实现对机组全方位的性能在线监测。

5.4在线机组性能诊断

主要分析指标包括：主汽压力、主汽温度、再热汽温度、再热器压损、给水温度、低压加热器上下端差、高压加热器上下端差、排汽压力、小机排汽量、减温水流量、凝结水过冷度、凝汽器端差、调节级效率、高中压缸效率、补水率、排烟温度、排烟氧量、飞灰含碳量、辅机电耗率等。

5.5能效大闭环

智能运行寻优系统可提供制粉、燃烧、汽温、吹灰、喷氨、冷端、最佳氧量以及滑压指令偏置等一系列闭环优化指导建议，运行员可根据建议自动或手动改变控制回路设定值和运行方式，使机组能效逐步趋优。[3]

六、智能诊断处理及报警功能

为了提高火电机组报警的可靠性、智能性、易用性，针对当前报警功能存在的不足，本方案采用智能诊断处理及报警系统，主要包括四个模块：滋扰报警抑制模块、智能预警模块、报警根源分析模块、报警增强展现模块。如下图所示。

6.1滋扰报警抑制

滋扰报警通常不代表出现故障，振荡报警和重复报警是其主要形式。其危害是对运行人员正常操作造成干扰。滋扰报警抑制功能通过多变量联合判断、统计分析、滤波延迟等技术手段抑制、减少滋扰报警的产生。

6.2智能預警

主要功能是检测设备参数是否处于正常范围之内，当发现设备参数偏离正常范围时，向有关人员发出预警信号。可实现大量需要监视的重要参数劣化分析的自动监测和提前预警，从而防止事故的进一步扩大，可快速定位存在异常的部位和参数，提供实时和历史相结合的分析手段，可以帮助运行相关人员分析过程存在的问题。

6.3智能报警根源分析

故障根源回溯的依据是将高级值班员的专业知识和丰富经验、运行规程、设备设计资料等表达和固化为代码形式的逻辑故障知识库。系统依靠逻辑故障知识库、推理机及高性能历史站的数据进行故障树专家推理分析。

参  考  文  献

[1]贾婧媛，李宁，杨梦馨，王博.基于北斗时空信息的城市燃气工业互联网平台[J].信息通信技术，2021，15（03）：7-13.

[2]李霄飞，朱梓傲.火力发电厂智慧电厂实施方案的探索与研究[J].科技与创新，2021（13）：1-3.

[3]王红妮，周宏斌，张泽巍，周鹏飞，张传昀.智慧电厂背景下设备巡检系统的设计与实现[J].设备管理与维修，2021（10）：101-103.

本论文感谢新疆维吾尔自治区市场监督管理局科技计划项目《新疆能源计量大数据与产业计量数字化运营研究》的资助。

通讯作者：慕慧娟（1983—），女，山西太原人，博士研究生，高级经济师，研究方向：产业计量，计量检测;

马研（1986—），男，辽宁兴城，硕士研究生，高级工程师，研究方向：能源计量产业计量，计量检测;

塔依尔·斯拉甫力，男，硕士研究生，二级教授级高级工程师，研究方向：能源计量，产业计量。