浅谈槽式太阳能光热电站太阳岛监控技术研发应用

卢乃兵，赵雄，尹航，刘万军，张正伟

（1.中广核太阳能德令哈有限公司；2.中广核太阳能开发有限公司，青海 德令哈 817099）

光热发电技术主要分为塔式、槽式、菲涅尔式和蝶式四类，槽式光热电站太阳岛占地面积广、回路多、管线长，其阀门、旋转接头、焊口等连接部件数量多以万计，这些连接部位均属于系统的薄弱环节，在长期运行工况下，由于阀门、旋转接头的密封填料发生损耗或者管道焊口在应力作用下发生拉裂，均会造成管道内高温导热油泄漏，如未能及时发现并处置，大量的高温导热油油气持续挥发，易引发火灾、爆炸事故，严重威胁电站工作人员人身安全和设备安全，而且，长时间的导热油泄漏也会造成严重的环境污染和财产损失。

1 背景

国内外光热电站太阳岛尚无专用监控系统，日常监控通过布置在电站集中控制室的DCS系统进行远方监视并配合以就地人工巡回检查的方式开展。传统的监控手段存在响应速度迟缓、监测精度较差、巡检环境受限及安全风险较大等问题。为保障电站的安全稳定运行，及时、准确掌握太阳岛系统运行状况，提升设备的运行可靠性，需要采取有效的自动化监控手段，实现对太阳岛系统运行状况的全天候实时监控。

2 发电技术简介

槽式太阳能光热发电站由太阳岛、储热岛、传热岛和常规岛组成。太阳岛是光热发电站的核心，通过利用大规模阵列的槽式反射镜装置，将太阳光聚焦，加热位于集热器反射镜面焦线位置的真空集热管，将太阳能转换为热能并传递给真空集热管内流动的导热油，吸热后的导热油温度上升，出口导热油温度达到395℃左右，温度升高的导热油通过换热装置加热水产生高温蒸汽，驱动汽轮发电机做功发电。

3 监测方案介绍

3.1 利用外部资源监测

（1）遥感卫星监测。遥感卫星采用了以卫星为平台的遥感技术。遥感卫星沿地球同步轨道运行时，能够连续不断地对地球表面任何指定地域进行遥感观测。主要有陆地、海洋、气象三种类型，可以监测获得农林、海洋、土地、环保监测、气象预报等信息。从遥感卫星功能来看，完全满足光热电站太阳岛泄漏监测技术要求。但目前国内遥感卫星主要应用于军事、科研等方面，面向企业的监测服务还处于研究阶段。（2）激光雷达监测。激光雷达的主要优点是可以进行全天候、远距离的探测，不受气象环境影响，广泛应用于军事、环境监测、矿产资源探测、天体空间研究、大气物理、电离层结构、气象预报等领域。激光雷达通常对监测目标进行垂直监测，可以监测距离地面不同高的空间气体变化，应用于槽式光热电站时，能够通过分析不同高度的气体变化来监测电站区域各种泄漏情况，解析区域内泄漏污染分布，再利用3D可视型激光雷达的水平监测功能分析泄漏区域内污染分布、污染扩散等情况。

3.2 固定视频监控

（1）可见光视频监控。利用360°全景高清摄像机对全境场进行视频监控，能够在光照强度及视线较好时，对太阳岛系统设备进行监测，反映设备当前运行情况，且可以通过录像功能进行过程管理，反映异常情况经过，有利于技术人员快速诊断异常原因，但在夜间或视线较差天气情况下，监控功能受限。

（2）红外热成像视频监控。红外热像仪作为一种新型的光电探测设备，能够识别出0.1℃的温度变化，可以实时将被测目标表面的热信息可视化。槽式光热电站高温传热介质泄漏后其周围的温度会发生很大变化，热成像仪将其温度变化转换成图像，并且在专业的软件分析平台下快速判断故障，实现报警功能，通知电站值班人员快速处理，降低泄漏造成的危害及后果。而且，可以通过红外热成像摄像机实现对全镜场的夜间监控，通过热成像仪图像进行镜场温度检测，由软件平台对热成像摄像机检测的图像进行采集分析，根据图像温度变化量设置报警点完成对镜场的泄漏监测及报警。

（3）感温光纤监测。光纤测温系统是利用印度科学家拉曼发现的拉曼效应原理进行测温的，当激光脉冲射入光纤里，会在发送端得到背向的散射光，拉曼效应产生的散射光强度与温度成正比，对散射光的强度进行测量便可得到沿光纤分布的温度。感温光纤测量温度的特点是不受电磁干扰且耐腐蚀，可以实现无源实时监测、防爆性能和电气绝缘特性好；具有体积小重量轻可以缠绕弯曲的特点、设备造价低廉、检测灵敏度高寿命长、测量和传输距离远、维护成本低等诸多优点，近年来发展非常迅速，在消防、石油、电力等领域广泛应用。作为槽式光热电站镜场设备监测，有着得天独厚的优势，可以对全境场管道泄漏、集热管破损及真空度下降进行实时监测并报警。

（4）仿生传感器监测。利用镜场PLC模拟量备用通道在每个集热器加装声音、气体及振动综合性传感器，在DCS系统建立镜场状态监视、分析、报警系统。应用在槽式光热电站时，可以通过监视集热器转动噪音，分析集热器机械性能及卡涩情况；通过监视镜场管道共振特性，监视系统通流情况，以便及时调整运行工况；通过对集热器附近气体及声音进行监测和分析，以便及时发现故障部位。

3.3 现场移动监测

（1）无人机监测。使用无人机搭载高清影像设备、红外热成像仪及气体传感器等检测设备，按设定轨迹飞行采集镜场集热器及管道设备的影像、热成像及气体数据来监测特定区域有无泄漏发生。镜场影像和热成像图像信息实时监视和存储，气体检测数据设置自动报警阀值，当检测到有气体泄漏时进行报警提示。图像信息可快速传送至计算机端，在后台利用智能化软件对采集的热成像和影像信息进行智能化分析处理，实现镜场泄漏检测、镜面洁净度、集热管破损、反射镜破损等自动化诊断和定位。

（2）智能巡检机器人。采用轮式或履带式机器人，并在镜场地面设置固定路线，通过机器人搭载高清摄像头、热成像仪、气体检测仪的方式，定点、定时、定路线进行镜场巡检，采集图像数据传回后台进行分析，搭载的气体检测仪能够实时检测泄漏情况并报警。

4 监控方案对比及选择

（1）监控方案对比。以国内某50MW槽式太阳能光热电站为例，对其太阳岛监控系统预设方案进行对比，具体见表1。

表1 槽式太阳能光热电站太阳岛监控系统方案对比

（2）监控方案选择。通过对以上8种方案的优缺点及可行程度进行评价，决定研发新型监控系统，综合利用红外热成像技术与可见光监控技术，实现对太阳岛的全天候、全覆盖实时监控功能，消除传统监控手段存在的时间与空间盲区，使监控功能不受时间段及天气情况影响。同时，进行功能拓展，通过对泄漏特征图像因子的分析，建立太阳岛泄漏诊断模型，实现泄漏智能判断及告警功能；利用编码和定位技术，将太阳岛设备进行编码定位，实现泄漏点精准定位功能。

5 结语

该太阳岛监控技术的研发相较传统视频监控，实现监控系统的功能变革，实现全场景全天候监控、故障诊断告警、故障精准定位功能，便于及时有效地检测和预判设备运行状况，大幅度提升了槽式光热电站的运行维护水平，能有效预控泄漏事故扩大造成的设备安全以及环保风险，可广泛应用于槽式光热电站、线性菲涅尔式光热电站、大型变电站以及火电、石油化工等行业。