瓦斯发电站监测监控系统设计与应用

麻 磊

（汾西矿业新能源开发有限责任公司，山西 介休 032000）

引言

瓦斯发电站内设备分散，发电过程以及瓦斯输送过程复杂，监控设备以及监测环节较多[1-2]。为了确保瓦斯发电站安全可靠运行，应对瓦斯发电站原有的分散监控设备进行分级、集中管理，从而提高瓦斯发电站监控自动化水平。山西某矿根据井下排放的瓦斯浓度，在地面安装12 台型号500GFI-3RW瓦斯发电机组，文中即以该发电机组为工程研究背景，对瓦斯发电集中监控系统进行探讨。

1 集中监控系统构成

监控系统结构由现场控制站、操作员站、通信网络以及工程师站等组成。现场控制站、操作员站等均由独立的计算机构成，具备数据采集、报警、监视、记录、系统管理等功能；通信网络将监控系统中所有的独立计算机连接起来，形成统一的监控系统[3-4]。具体瓦斯发电站现场布置的集散监控系统结构框图见图1。

图1 监控系统结构框图

2 监控系统设计

2.1 瓦斯发电环节分析

具体矿井地面构建的瓦斯发电站发电流程见图2 所示。瓦斯发电涉及到的主要环节包括瓦斯输送、瓦斯发电、循环冷却、余热利用以及发电并网等。

图2 瓦斯发电站发电流程

2.2 现场监控站设计

根据瓦斯发电站运行情况，现场布置的监控站应可对瓦斯输送管路（瓦斯流量、压力）、控制机房内温度、冷却循环系统等运行状态、运行参数进行监控。矿井瓦斯发电站使用风冷方式，并配备4 台高温冷却塔、4 台低温冷却塔。现场监控站应能对冷却塔内冷却电机的启停状态、集水管内压力、温度以及余热利用系统中的冷却泵、热水泵等运行进行监测。

依据现场实际条件，将瓦斯发电站现场监控站设计为监控总站、1—3 号监控分站、抽排泵站以及甲烷测量就地控制柜等6 个部分。将监控总站布置在低压控制室，主要监控风机、电动机、水泵等瓦斯发电机房内的主要设备，并实时获取断路器分合状态信息。1—3 号监控分站分别布置在发电机房、冷却泵房以及采暖泵房，1 号监控分站用以监测发电机房环境温度以及发电机组冷却水温度；2 号监控分站用以监测冷却泵房内冷却塔进水压力、温度以及水位；3号监控分站用以监测采暖泵房内蒸汽压力、流量以及蒸汽补水箱内的压力、温度以及液位。抽排泵站用以对瓦斯抽采泵电流、温度进行监测，实时获取输送管路中温度、流量以及压力等数据。

2.3 操作员站设计

采用现场监控站可实现对瓦斯发电站内各主要设备运行情况进行监测，操作员站对监测获取到的各类数据进行汇总、分析，在显示屏上显示监测结果。操作员站监控系统操作控制通过MCGS 组态实现。

现场监控获取到的信息经过现场监控站传输给操作员站，并在操作员站上显示监控数据，便于现场人员掌握瓦斯发电站整体运行情况。MCGS 组态软件可具备报警功能，具体功能通过PLC 控制器实现。现场PLC 控制器输入点与热继电器常开连接。操作员站还可以对监测数据进行存储、查询。

2.4 通信网络

通信网络是监控系统的重要支撑，各级分散监控单元以及人机接口等均经过通信网络连接成一个整体单元。由于DCS 系统为分层结构，因而通信网络结构应与DCS 系统一致，均为分层结构。监测获取到的数据传输给操作员站的同时，控制指令也应能传输给现场控制站。不同层次的通信网络应根据实际需要采取不同的通信协议以及拓扑结构，具体不同层次通信网络采取的通信协议见表1 所示。各个层次通信网络相互配合构成监控系统整体通信网络体系，具体通信网络结构组成见图3。

图3 通信网络结构

表1 通信协议

3 监控系统现场应用情况分析

将文中设计的集中监控系统于2019 年12 月运用在该矿瓦斯发电站，主要取得下述主要功能:

1）监控系统可实现瓦斯输送系统的实时监控、输送量的计量监测。

2）可对瓦斯发电机组重要运行参数的同步监测，具体监测内容包括有发电机组功率、运行时间、油温以及缸温等。

3）实现瓦斯发电站冷却系统、余热利用系统中电动机、水泵等关键设备的运行状态进行监测，并可对控制柜分合闸进行远程控制。

4）对瓦斯发电机组外界环境，如发电机房温度、水管水压以及水体温蒂等进行全方位监测。

5）监控系统将各监控分站集成，并接入到集中控制中心，当监控系统发现某位置存在监测参数异常时，监控系统可实现瓦斯发电设备报警-运行联动，从而提升瓦斯发电机组运行可靠性。

4 结语

瓦斯发电站监测监控系统结构主要包括现场控制站、操作员站以及通信网络，通过监测系统将各独立的监控单元连接成一个整体，可提高瓦斯发电站内各设备、各系统运行监控效果。在矿井瓦斯发电站现场应用后，该系统运行平稳，可实现瓦斯发电机组远程实时监控，切实提升瓦斯发电监控的自动化水平。