基于大數(shù)據(jù)的發(fā)電廠生產(chǎn)管理實時考核系統(tǒng)

雷濤

摘 ?要：運行人員的控盤水平、檢修人員的檢修和維護水平、專工的業(yè)務(wù)能力對電廠經(jīng)濟性和設(shè)備安全性有著重要影響，對運行、生產(chǎn)指標進行實時監(jiān)控和考核變得尤為重要， 該文從如何強化火電廠生產(chǎn)管理，以量化管理思想為核心，以實時數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對電廠專工、運行人員、檢修人員的日常工作質(zhì)量、數(shù)量、時間進行量化，再客觀的進行考核、評價，激勵專工、運行人員、檢修人員，保證監(jiān)盤、操控、調(diào)整的質(zhì)量，提高設(shè)備檢修和維護水平以及加強專工的業(yè)務(wù)能力。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠;生產(chǎn)管理;量化管理;實時監(jiān)督;實時考核

中圖分類號：TP319 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

火電廠實時監(jiān)督和考核系統(tǒng)，通過采集火電廠實時數(shù)據(jù)并利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行存儲和計算，由管理人員對機組的關(guān)鍵指標進行量化、統(tǒng)計，以此考核、評價專工、運行人員的工作，系統(tǒng)實時進行統(tǒng)計并自動匯總和實時考核，考核結(jié)果的真實性和準確性得以保證，具有實時、自動、公開、公平、公正、運行穩(wěn)定可靠、安全、通用性強等特點。目前系統(tǒng)已投入實際生產(chǎn)工作中，在運行過程中不斷地完善和提高，加強了火電廠的精細化管理水平，提高了機組運行經(jīng)濟性和設(shè)備安全性。

1 系統(tǒng)設(shè)計原則

1.1 生產(chǎn)管理實時考核系統(tǒng)的穩(wěn)定性

建立一套集團級的生產(chǎn)管理實時考核的系統(tǒng)，用于對關(guān)鍵指標進行量化評價、統(tǒng)計分析、閉環(huán)考核，以此來提高生產(chǎn)運行水平。系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)源自集團下的各個發(fā)電企業(yè)設(shè)備的控制系統(tǒng)。采集頻率為秒級，甚至部分關(guān)鍵測點達到毫秒級。集團側(cè)綜合測點數(shù)量達到數(shù)十萬，每日數(shù)據(jù)吞吐量達到GB級別。因此，系統(tǒng)的運行平穩(wěn)、運算準確是十分重要的，也是系統(tǒng)的核心功能之一。為了保證數(shù)據(jù)的存儲、處理、分析能力，系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)理念進行搭建，采用Hadoop技術(shù)進行數(shù)據(jù)的存儲、基于Yarn技術(shù)的存儲訪問機制以及Apache Spark技術(shù)對數(shù)據(jù)進行并行處理。

1.2 生產(chǎn)管理實時考核系統(tǒng)的安全性

由于生產(chǎn)數(shù)據(jù)是由下至上采集，底層設(shè)備與控制系統(tǒng)直接相連，任何有意或者無意的操作均有導(dǎo)致非停的風(fēng)險。因此系統(tǒng)安全性是系統(tǒng)設(shè)計原則的重中之重，系統(tǒng)安全性設(shè)計的原則以主管部門國家電監(jiān)會5號令提出的《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》為基礎(chǔ)。部署與控制區(qū)的控制系統(tǒng)與非控制區(qū)的采集接口機的邊界處須布置防火墻，實現(xiàn)基于MAC、IP、傳輸協(xié)議、傳輸端口以及通信方向的綜合過濾與訪問控制。多個部署在非控制區(qū)的采集接口機與部署在管理信息大區(qū)的匯聚服務(wù)器通過正向隔離裝置進行物理隔離，實現(xiàn)非網(wǎng)絡(luò)方式的安全的數(shù)據(jù)單向交換。

系統(tǒng)的Web安全主要體現(xiàn)在定期進行專業(yè)的安全評估，針對安全評估結(jié)果進行專業(yè)安全的整改和加固。建立完善的、有效的安全管理制度，對日常使用和維護進行規(guī)范管理。建立完善的、有效的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案和流程，定期進行演練，發(fā)現(xiàn)異常狀況及時處理和恢復(fù)，避免網(wǎng)站業(yè)務(wù)中斷造成損失。定期對相關(guān)技術(shù)人員、管理人員、使用人員進行安全培訓(xùn)，提高安全技術(shù)能力和實操能力。

1.3 生產(chǎn)管理實時考核系統(tǒng)的擴展性

系統(tǒng)預(yù)留豐富的接口，支持后續(xù)接入其他發(fā)電企業(yè)數(shù)據(jù)，為后續(xù)業(yè)務(wù)接入提供無痕升級。同時，為其他系統(tǒng)供給數(shù)據(jù)也預(yù)留了相應(yīng)的接口。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)流是基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，主要由數(shù)據(jù)來源層、存儲計算層、數(shù)據(jù)分析層、數(shù)據(jù)表現(xiàn)層構(gòu)成。數(shù)據(jù)來源層的主要構(gòu)成有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及實時數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括平臺的配置數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的維護數(shù)據(jù)和ERP/SIS/MIS的抽取數(shù)據(jù)以及手工錄入數(shù)據(jù)等。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括現(xiàn)場的圖像數(shù)據(jù)、文件的掃描數(shù)據(jù)等，該文并不涉及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)為該系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，均來自現(xiàn)場DCS、NCS、EMCS、SCADA、TCS等控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)從發(fā)電企業(yè)現(xiàn)場采集，經(jīng)過隔離裝置通過專用光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至集團本部進行存儲和使用。數(shù)據(jù)的存儲是系統(tǒng)運行的基本條件，存儲采用分布式文件存儲系統(tǒng)，基于Hadoop和Yarn技術(shù)對采集的數(shù)據(jù)以及Spark計算所得結(jié)果數(shù)據(jù)進行存儲和管理。輔以大數(shù)據(jù)技術(shù)的Storm、Hive、MapReduce等工具構(gòu)成存儲計算層。數(shù)據(jù)分析層、表現(xiàn)層對數(shù)據(jù)進行可視化處理，將抽象的數(shù)據(jù)在Web頁面內(nèi)展示，實現(xiàn)使用者與系統(tǒng)的有好交互，實現(xiàn)人機對話功能。

3 系統(tǒng)總體功能

火電廠實時監(jiān)督和考核系統(tǒng)主要由以下4個部分組成：數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲處理單元、技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)、實時考核子系統(tǒng)，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)采集單元。數(shù)據(jù)采集單元由分布在火電廠的數(shù)據(jù)采集裝置組成，采集到的實時數(shù)據(jù)經(jīng)過傳輸，轉(zhuǎn)換，存儲到數(shù)據(jù)存儲處理單元。采集單元采集DCS系統(tǒng)、廠用電、脫硫脫硝、輔控、化水、關(guān)口表等系統(tǒng)的指標數(shù)據(jù)。當(dāng)采集到實時數(shù)據(jù)后，穿越單向隔離器并通過專用網(wǎng)絡(luò)將實時數(shù)據(jù)傳輸至集團數(shù)據(jù)中心，既保證數(shù)據(jù)的安全性又減少數(shù)據(jù)傳輸過程，提高數(shù)據(jù)傳輸速度。

（2）數(shù)據(jù)存儲處理單元。數(shù)據(jù)存儲處理單元基于高速實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)，數(shù)據(jù)存儲模塊負責(zé)存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理結(jié)果。數(shù)據(jù)處理模塊是在采集的海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之上，滿足需求側(cè)管理功能進行的數(shù)據(jù)計算，加工等二次處理，象基本報警、同比、環(huán)比、峰谷平值、不平衡度等。數(shù)據(jù)處理實時進行，一旦檢測到數(shù)據(jù)超過預(yù)置條件，立即觸發(fā)報警。數(shù)據(jù)處理模塊提供的報表可按照用戶的自定義條件定時生成。

（3）技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)。技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)是整個系統(tǒng)與用戶的人機交互界面，是系統(tǒng)功能的最終體現(xiàn)。技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，用戶無須安裝任何軟件，包括瀏覽器插件，系統(tǒng)支持智能手機，平板電腦訪問。技術(shù)監(jiān)督系統(tǒng)有嚴格的授權(quán)機制，任何未經(jīng)授權(quán)的訪問將被拒絕。

（4）實時考核子系統(tǒng)。實時考核子系統(tǒng)自動對參數(shù)超限、事件、定期工作未按時完成、運行指標考核等進行匯總統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果將作為考核的相關(guān)依據(jù)，用戶可隨時在線查看考核明細。

（5）參數(shù)超限考核。對鍋爐金屬壁溫累計超過額定值、環(huán)保排放參數(shù)超標、主再熱汽溫度超過額定值、其他參數(shù)進行實時監(jiān)督和考核，督促責(zé)任主體對參數(shù)超限情況進行快速響應(yīng)，加強對設(shè)備的管理和維護，確保機組的安全運行，鍋爐金屬壁溫累計超過額定值8 ℃～20 ℃（含20 ℃），每個點累計（持續(xù)）超過15 min（每15 min）扣除1分，依此類推;超過額定值20 ℃～35 ℃（含35 ℃），每個點累計（持續(xù)）超過10 min（每10 min）扣除2分，依此類推;超過額定值35 ℃每個點持續(xù)超過1 min（每1 min），每個點扣除3分。

（6）事件考核。對故障停機、機組出力迫降、6 kV及以上電機輔機跳閘、高低加、電除塵、精處理、脫硫、脫硝系統(tǒng)退出、其他故障進行實時監(jiān)督和考核，能夠讓管理人員及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場事故，全面掌握生產(chǎn)現(xiàn)場動態(tài)，通過對事故的分析量化責(zé)任主體，督促管理人員、運行人員、檢修人員在機組和設(shè)備的日常維護和操作中能夠嚴格按照規(guī)程辦事。

（7）定期工作未按時完成考核。對定期試驗、設(shè)備輪換、設(shè)備定檢、報表報送進行監(jiān)督和實時考核，加強了對日常生產(chǎn)管理工作的監(jiān)督力度，使定期工作能夠按時、保質(zhì)保量的完成，確保機組的安全穩(wěn)定運行。

（8）運行指標考核。將指標實時值與目標值進行對比，根據(jù)考核規(guī)則進行相應(yīng)的加減分，加分上限為單位得分，減分上限為單位得分，鍋爐指標月度得分=各指標月度得分均值之和。對指標得分設(shè)定為一個區(qū)間范圍，計算全廠得分時，進行加權(quán)平均（機組指標得分×機組占分權(quán)重），系統(tǒng)每月、每季度統(tǒng)計一次得分排名，指標分為機組指標和全廠指標，其中鍋爐指標18項，汽機指標14項、全廠指標中環(huán)保指標3項，綜合指標4項，設(shè)備性能指標18項。

4 系統(tǒng)特點和效果

4.1 生產(chǎn)管理實時考核系統(tǒng)的特點

（1）數(shù)據(jù)全、計算快、信息準：大數(shù)據(jù)相比傳統(tǒng)方法在計算準確性和計算速度方面存在獨到的優(yōu)勢。（2）真正的實時考核：在機組運行的同時，實時進行指標考核及分析統(tǒng)計，將考核結(jié)果實時顯示并作用于生產(chǎn)運行，使考核與運行管理真正同步。（3）在線考核：對考核的模型、配置等重新構(gòu)置工作，可以在考核進行的同時在線完成而不需要暫?；蛲Ｖ箍己耍瑢崿F(xiàn)不間斷考核。（4）優(yōu)化指導(dǎo)，有效激勵：為運行人員提供機組的優(yōu)化運行參數(shù)和運行方式;實時顯示機組運行狀態(tài)對個人收入的影響，直接激勵運行人員時刻做到精心調(diào)整、細心操作，從而保證機組操作優(yōu)化指導(dǎo)的執(zhí)行力。（5）應(yīng)用擴展方便：系統(tǒng)使用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，將業(yè)務(wù)邏輯做成獨立構(gòu)件，能方便地外掛功能模塊，能夠獨立使用，也可整合到現(xiàn)有系統(tǒng)，作為一個功能模塊使用。（6）開放的數(shù)據(jù)接口 ：采用標準數(shù)據(jù)接口程序設(shè)計，能夠從DCS、SIS系統(tǒng)等獲取數(shù)據(jù)進行考核。

4.2 生產(chǎn)管理實時考核系統(tǒng)的效果

（1）實現(xiàn)了考核管理標準化、自動化、過程透明化、結(jié)果公開化。（2）機組運行的安全性和經(jīng)濟性顯著提高，不斷刷新安全生產(chǎn)長周期的時間記錄。（3）由于生產(chǎn)管理實時考核系統(tǒng)的投入，使發(fā)電機組各項主要指標的調(diào)控更加合理，某電廠#1機組的供電煤耗由2015年的330 g/kWh逐年下降至310 g/kWh，為電廠帶來了巨大的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

通過系統(tǒng)的長時間運行，運行人員、檢修人員、專工能夠自覺加強自我管理，具有很強的執(zhí)行力，通過系統(tǒng)的建設(shè)，使各項考核制度規(guī)范化、標準化，實現(xiàn)以差距查管理，以管理促提高的有效模式，考核結(jié)果的真實性和準確性得到切實保證，建立了完善的考核管理體系，落實了監(jiān)督責(zé)任，加強了企業(yè)對生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)督力度，提高了企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的安全性和可靠性，發(fā)電機組各項主要指標調(diào)控更加合理，供電煤耗逐年下降，提升了企業(yè)生產(chǎn)管理工作的效率和水平，實現(xiàn)了企業(yè)管理和效益的雙提升。

參考文獻

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