熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性診斷

李長(zhǎng)春

（大唐江蘇發(fā)電有限公司，江蘇南京210011）

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性診斷

李長(zhǎng)春

（大唐江蘇發(fā)電有限公司，江蘇南京210011）

提出了一種熱電管理信息系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性診斷方法，依據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒等基本原理，利用熱力系統(tǒng)各參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性，及時(shí)對(duì)系統(tǒng)在線采集的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)診斷并發(fā)出提示，在此基礎(chǔ)上再由專業(yè)人員進(jìn)行人工確認(rèn)與處理。對(duì)熱電機(jī)組信息管理系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)測(cè)量?jī)x器的故障診斷和維護(hù)有輔助作用，具有良好的實(shí)用和推廣價(jià)值。

熱電聯(lián)產(chǎn)；在線監(jiān)測(cè)；有效性

江蘇省熱電機(jī)組運(yùn)行管理信息系統(tǒng)通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，實(shí)時(shí)采集省內(nèi)所有并網(wǎng)熱電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，監(jiān)測(cè)其發(fā)電和供熱情況，對(duì)熱電比和熱效率進(jìn)行跟蹤計(jì)算［1］，按照國(guó)家規(guī)定的統(tǒng)一評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行全省熱電廠的發(fā)電計(jì)劃管理和費(fèi)用結(jié)算，從而達(dá)到優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、科學(xué)合理引導(dǎo)的目的，支持和促進(jìn)熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)的健康發(fā)展。

1　系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)及常見問(wèn)題

熱電機(jī)組管理信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)有各臺(tái)鍋爐的主汽流量、主汽壓力、主汽溫度，各臺(tái)汽機(jī)的進(jìn)汽流量、供熱抽汽壓力、供熱抽汽溫度、供熱抽汽流量，各臺(tái)發(fā)電機(jī)的有功功率等，如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)采集的主要參數(shù)

在系統(tǒng)日常運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)儀表故障、變送器飄移、數(shù)據(jù)傳輸?shù)犬惓?。這就會(huì)造成系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)失真或中斷，導(dǎo)致部分時(shí)段系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果與實(shí)際情況不完全相符，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐蛇_(dá)標(biāo)考核結(jié)果不可靠。因此對(duì)從分布于各個(gè)熱電廠的子站實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性診斷，及時(shí)分析數(shù)據(jù)異常原因并進(jìn)行處理，就成為系統(tǒng)維護(hù)過(guò)程中必須解決的首要問(wèn)題。

2　有效性診斷的方法

系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)有效性診斷，包括3方面內(nèi)容：數(shù)據(jù)檢測(cè)、不良數(shù)據(jù)定位和重構(gòu)。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)發(fā)展，不良數(shù)據(jù)檢驗(yàn)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者和研究人員的重視，并發(fā)展了多種方法：（1）基于硬件冗余的實(shí)踐互相判別法；（2）由統(tǒng)計(jì)學(xué)發(fā)展而成的基于采樣數(shù)據(jù)時(shí)間序列關(guān)系的AR，ARM及Kalman等時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型法；（3）基于采樣數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析PCA方法等。

基于硬件冗余的實(shí)踐互相判別法的應(yīng)用前提是需要增加一次元件，這樣會(huì)增加監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投資，對(duì)開發(fā)本文所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯然不適用；對(duì)于AR，ARM及Kalman和PCA方法，雖然它們已經(jīng)形成了較為成熟的預(yù)測(cè)模型和計(jì)算軟件，但由于前置處理軟件需要耗費(fèi)大量的計(jì)算用時(shí)，且這些方法有的僅僅適用于關(guān)鍵參數(shù)的校驗(yàn)，對(duì)電站熱力系統(tǒng)參數(shù)之間普遍存在的相關(guān)性，不能完全滿足數(shù)據(jù)檢驗(yàn)要求，而根據(jù)電站對(duì)象物理機(jī)理模型建立的基準(zhǔn)參數(shù)預(yù)測(cè)法克服了上述方法的不足，能較好解決電站熱力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)的校驗(yàn)問(wèn)題，如對(duì)汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)各參數(shù)和通流部分熱力數(shù)據(jù)的有效性診斷等。

3　診斷依據(jù)及主要步驟

3.1理論依據(jù)

進(jìn)行測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)有效性診斷的理論依據(jù)主要有閾值分析方法、質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律。

（1）閾值分析方法。根據(jù)數(shù)據(jù)本身所代表的物理意義，確定數(shù)據(jù)的有效性范圍。

（2）質(zhì)量守恒定律。穩(wěn)定工況下，進(jìn)入汽輪機(jī)系統(tǒng)的總質(zhì)量流量與流出汽輪機(jī)系統(tǒng)的總質(zhì)量流量相等。

（3）能量守恒定律。能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消滅，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量不變。

3.2主要步驟

3.2.1數(shù)據(jù)量程校驗(yàn)

中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心(CNNIC)報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，截至2017年12月，網(wǎng)絡(luò)直播用戶達(dá)到4.22億，幾乎占了網(wǎng)民總體的一半，其中，主要是游戲直播用戶和真人秀直播用戶。2016年網(wǎng)絡(luò)直播進(jìn)入商業(yè)化模式，越來(lái)越多的企業(yè)也采用網(wǎng)絡(luò)直播等營(yíng)銷手段。網(wǎng)絡(luò)直播不僅僅可以讓學(xué)生張揚(yáng)自己的個(gè)性，很多學(xué)生也利用網(wǎng)絡(luò)直播這個(gè)平臺(tái)賺取了不少費(fèi)用，為父母減輕了部分經(jīng)濟(jì)壓力。所以，網(wǎng)絡(luò)直播很受大學(xué)生的歡迎。

應(yīng)用于電站系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的壓力、溫度、流量、液位、功率、閥位、電量等輸出信號(hào)均可以轉(zhuǎn)化為4～20 mA信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，對(duì)應(yīng)該參數(shù)的工程單位量程范圍，數(shù)據(jù)校驗(yàn)的第一步就是對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行量程校驗(yàn)。如果該參數(shù)不在量程范圍內(nèi)，則給出不合格標(biāo)志（越上限、越下限）。

例如，某個(gè)時(shí)段采集的供熱蒸汽流量為-20 t/h，則該測(cè)點(diǎn)存在異常。供熱蒸汽流量的范圍應(yīng)在0到最大設(shè)計(jì)供熱量之間。再如某機(jī)組額定主汽溫度為450℃，則供熱蒸汽溫度的范圍應(yīng)100～450℃，如抽汽供熱蒸汽溫度長(zhǎng)期超過(guò)450℃，則該測(cè)點(diǎn)可能存在異常。

3.2.2時(shí)間序列檢查

根據(jù)數(shù)據(jù)的時(shí)間序列進(jìn)行檢測(cè)，機(jī)組的運(yùn)行具有連續(xù)性，表現(xiàn)為參數(shù)的變化亦具有時(shí)間上的繼承性，利用時(shí)間序列集群動(dòng)態(tài)冗余互備技術(shù)［2］，可以對(duì)數(shù)據(jù)的異常跳變予以剔除。對(duì)于流量、壓力等熱力參數(shù)，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，即使工況穩(wěn)定，數(shù)值也不可能一成不變，而是存在小幅波動(dòng)，若數(shù)據(jù)一直恒定不變，則很可能是測(cè)點(diǎn)存在異常。

3.2.3數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)校驗(yàn)

基于機(jī)組運(yùn)行中工況參數(shù)之間的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的邏輯關(guān)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證和判斷，分析設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警［3］。由于熱力系統(tǒng)運(yùn)行工藝的關(guān)系，工況參數(shù)相互之間存在著物理關(guān)聯(lián)性，在正常的生產(chǎn)過(guò)程中，工況參數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化，相互之間也能保持邏輯上的關(guān)聯(lián)性。正是由于這些工況參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)，可以建立可靠的動(dòng)態(tài)分析驗(yàn)證模型，及時(shí)發(fā)現(xiàn)單個(gè)熱工異常參數(shù)并可以通過(guò)分析進(jìn)行定量監(jiān)管。

每臺(tái)供熱機(jī)組都有與之對(duì)應(yīng)的運(yùn)行工況圖，它表示供熱機(jī)組的電功率、主蒸汽流量及供熱抽汽流量之間的相互關(guān)系及全部可能發(fā)生的工況范圍。單抽汽式供熱汽輪機(jī)工況圖如圖2所示。

圖2單抽汽式供熱汽輪機(jī)工況圖

圖2中，橫坐標(biāo)為發(fā)電機(jī)電功率，縱坐標(biāo)為蒸汽流量。De=x為抽汽流量定值工況線；De=0為凝汽工況線；為鍋爐最低穩(wěn)燃蒸發(fā)量；最大進(jìn)汽流量；DⅡ=為凝汽量定值工況線；DⅡ=0為最小凝汽量工況線。系統(tǒng)采集的汽輪機(jī)進(jìn)汽量、供熱抽汽量與汽輪發(fā)電機(jī)組電功率3者的關(guān)系與工況圖基本對(duì)應(yīng)，則數(shù)據(jù)有效，若嚴(yán)重偏離工況圖，則必定存在異常。

從工程實(shí)際采集的數(shù)據(jù)計(jì)算等式不可能完全相等，系統(tǒng)設(shè)定若等式兩邊數(shù)值相差超過(guò)一定限值，則系統(tǒng)判斷測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)有異常。

4　實(shí)施情況及效果

4.1故障診斷示例1

某熱電企業(yè)，3爐2機(jī)母管制運(yùn)行，2臺(tái)機(jī)組的抽汽量分別為53.3 t/h和48.9 t/h，而全廠對(duì)外供熱母管的蒸汽流量卻顯示為0 t/h，如圖3所示。數(shù)據(jù)有效性系統(tǒng)診斷為質(zhì)量不守恒，并發(fā)出報(bào)警。

圖3　數(shù)據(jù)采集故障示例1

經(jīng)專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)為母管流量變送器在室外遭受雷擊損壞，使得流量顯示為0。利用各供熱支管關(guān)口計(jì)量的蒸汽流量求和，推算得母管的流量為101.4 t/h，與2臺(tái)機(jī)組抽汽量之和一致。

4.1故障診斷示例2

某熱電企業(yè)，2號(hào)汽輪機(jī)進(jìn)汽量為167.7 t/h，抽汽供熱流量為67 t/h，而2號(hào)發(fā)電機(jī)有功功率卻為0 MW，如圖4所示。根據(jù)采集的2號(hào)汽輪機(jī)進(jìn)汽、抽汽蒸汽參數(shù)推算，2號(hào)發(fā)電機(jī)功率應(yīng)在26 MW左右，數(shù)據(jù)有效性診斷系統(tǒng)發(fā)出能量不平衡報(bào)警。

圖4　數(shù)據(jù)采集故障示例2

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該機(jī)組EMS功率采集系統(tǒng)故障，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)顯示為0 MW。當(dāng)時(shí)機(jī)組處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī)的實(shí)際有功功率為26.8 MW。EMS功率采集系統(tǒng)故障消除后，數(shù)據(jù)傳輸正常。

通過(guò)熱電機(jī)組管理信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的有效性診斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常數(shù)據(jù)的監(jiān)控和分析，有效提高了系統(tǒng)維護(hù)人員在處理故障時(shí)的針對(duì)性，協(xié)助維護(hù)人員在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，及時(shí)分析處理。確保系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠、客觀、公正，最大限度避免了事后申訴。

5　結(jié)束語(yǔ)

熱電機(jī)組信息管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)有效性診斷的方法，使得系統(tǒng)的計(jì)算精度和可靠性有了很大的提高。采用本文方案構(gòu)建的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組性能實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)有效性診斷，己經(jīng)成功應(yīng)用于江蘇省熱電機(jī)組運(yùn)行管理信息系統(tǒng)，并取得了良好的連續(xù)運(yùn)行業(yè)績(jī)。機(jī)組實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)有效性診斷方法，還可以用在燃煤鍋爐煙氣脫硫、脫硝以及除塵監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)診斷之中，與傳統(tǒng)的只監(jiān)測(cè)排放口參數(shù)相比，對(duì)脫硫、脫硝以及除塵系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)有效性進(jìn)行診斷，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)出提醒，從而實(shí)現(xiàn)了由結(jié)果監(jiān)管向過(guò)程監(jiān)管的轉(zhuǎn)變。

［1］郭振宇，司風(fēng)琪，徐治皋，等.跨地域熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化.2010，34（3）：107-111.

［2］彭 暉，趙家慶，王昌頻，等.大型地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)海量歷史數(shù)據(jù)處理技術(shù)［J］.江蘇電機(jī)工程，2014，33（5）：11-14.

［3］梁 棟，張宇峰，袁慎芳，等.基于異常識(shí)別和關(guān)聯(lián)分析的橋梁數(shù)據(jù)復(fù)合診斷［J］.振動(dòng)、測(cè)試與診斷，2012，32（3）：402-407.

李長(zhǎng)春（1980），男，江蘇鹽城人，工程師，從事設(shè)備管理工作。

Data Validation Diagnostic of the Real-time Supervising System for Cogeneration Units

LI Changchun
（Datang Jiangsu Power Generation Co.Ltd.，Nanjing 210011，China）

This paper proposed an on-line data validation diagnostic method on thermoelectric information management system，based on the principle of the conservation of mass and energy.With the relations among parameters of thermal system，the method can diagnose and warn of the on-line acquired abnormal data，then the validation and treatment can be made by professionals.The method proposed was useful to fault diagnose and maintain the measurement instruments of information management system of thermal power units，which has high practical value.

cogeneration；on-line monitoring；effectiveness

TM621

B

1009-0665（2016）04-0098-03

2016-04-07；修回日期：2016-05-20