大型燃機(jī)智慧電廠建設(shè)

王樹春 李祥苓 王偉同

[摘 ? ?要]智慧電廠是一個(gè)國家電力工業(yè)發(fā)展的標(biāo)志，智慧電廠建設(shè)是一種數(shù)字化和智能化結(jié)合來確保電廠安全、生產(chǎn)、經(jīng)營的綜合性先進(jìn)技術(shù)，可以推動(dòng)不同產(chǎn)業(yè)發(fā)展升級(jí)。其擁有的主要技術(shù)特點(diǎn)：包括智能圖像傳輸、信息技術(shù)融合、智能管理計(jì)劃、智能算法、智能分析決策、管控系統(tǒng)一體化、全方位壽命和長周期智能管理。主要介紹智能電廠優(yōu)點(diǎn)、內(nèi)部各個(gè)模塊概念及實(shí)現(xiàn)方法。

[關(guān)鍵詞]燃機(jī);智慧電廠;建設(shè)

[中圖分類號(hào)]F426.61 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）08–00–02

[Abstract]Smart power plant is a symbol of the development of power industry in a country. The construction of smart gas turbine power plant is a kind of comprehensive advanced technology combining digitization and intelligence to ensure the safety， production and operation of power plant， which can promote the development and upgrading of different industries. It has six main technical features： its products have six main technical features： including intelligent image transmission， information technology integration， intelligent management plan， intelligent algorithm， intelligent analysis and decision-making， management and control system integration， all-round life and long-term intelligent management. This paper mainly introduces the advantages of intelligent power plant， the concept and Implementation method of each internal module.

[Keywords]gas turbine; smart power plant; build

1 大型智慧電廠系統(tǒng)構(gòu)架

智慧電廠主要是在傳統(tǒng)的物理和數(shù)字化火力發(fā)電廠技術(shù)的支撐下，通過自身構(gòu)建先進(jìn)的控制系統(tǒng)和安全高效的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)與分析的平臺(tái)和信息共享的平臺(tái)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把相關(guān)的制造、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、保養(yǎng)、管理和決策等各個(gè)方面都互動(dòng)了起來。用先進(jìn)的管理思想和信息技術(shù)，使電廠的建設(shè)、管理、運(yùn)行和日常維修更加精益求優(yōu)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展目標(biāo)，并且具有多點(diǎn)感知、全面的互聯(lián)、智能分析等優(yōu)勢（圖1）。

2 建設(shè)大型智慧電廠目標(biāo)

智慧型內(nèi)燃機(jī)火力發(fā)電廠以如何實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電企業(yè)工作在全過程管理中的各種數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化過程管理功能為主要工程技術(shù)理論基礎(chǔ)，以管控系統(tǒng)一體化、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)平臺(tái)，集成了各種智能過程傳感與系統(tǒng)執(zhí)行、智能過程控制與系統(tǒng)優(yōu)化、智能財(cái)務(wù)管理與智慧戰(zhàn)略決策等各種管理技術(shù)，是一種完整的、具有自動(dòng)化學(xué)習(xí)、自動(dòng)化適應(yīng)、自趨優(yōu)、自動(dòng)化修復(fù)、自動(dòng)化組織的新型現(xiàn)代智能火力發(fā)電廠的工作過程運(yùn)行和管理控制系統(tǒng)管理技術(shù)模型，實(shí)現(xiàn)了更加安全、高效、清潔、低碳、靈活運(yùn)作的企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營宗旨。

（1）挖掘機(jī)組節(jié)能減排潛力，降低機(jī)組整體煤耗，污染物排放達(dá)標(biāo)，使得機(jī)組運(yùn)行更加高效環(huán)保。

（2）提高了發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻負(fù)荷自動(dòng)響應(yīng)速度和自動(dòng)調(diào)頻系統(tǒng)功率自動(dòng)控制能力，滿足了對智慧城市電網(wǎng)調(diào)頻AGC和一次性自動(dòng)調(diào)頻的功能要求，機(jī)組靈活性運(yùn)行水平明顯提升。

（3）全面提升機(jī)組自動(dòng)化和智能化水平，實(shí)現(xiàn)減員增效和人性化管控，短期達(dá)到“少人值守”目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)“無人值守”。

（4）機(jī)組的各個(gè)主要參數(shù)的控制產(chǎn)品質(zhì)量得到了大幅提高，增強(qiáng)了機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的安全性與穩(wěn)定性，為機(jī)組安全、高效、環(huán)保運(yùn)行提供保障。

（5）提升管理，計(jì)算分析火電廠總成本、總收益、機(jī)組啟停曲線、盈虧平衡曲線及發(fā)電市場價(jià)格，給發(fā)電廠或發(fā)電集團(tuán)的生產(chǎn)及售電與競價(jià)策略提供重要參考依據(jù)。

3 一體化智慧平臺(tái)

組建一個(gè)集存儲(chǔ)、計(jì)算、管理、展示和決策于一體的數(shù)據(jù)和運(yùn)算平臺(tái)，通過數(shù)據(jù)和服務(wù)兩個(gè)基本點(diǎn)融合在一起，形成了一個(gè)可靈活擴(kuò)展的體系，提供多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的超融合接口。

4 運(yùn)行全面數(shù)字化

數(shù)字化控制監(jiān)視系統(tǒng)從整體結(jié)構(gòu)上可以劃分可成為3個(gè)層次，第一層主要是負(fù)責(zé)廠區(qū)內(nèi)各級(jí)工業(yè)信息系統(tǒng)管理層，即管理設(shè)備和管理人員。第二層主要是負(fù)責(zé)工業(yè)生產(chǎn)的全過程自動(dòng)控制層，主要是邏輯判斷和自動(dòng)處理機(jī)構(gòu)。第三層分別是現(xiàn)場質(zhì)量檢測、監(jiān)控和工業(yè)智能設(shè)備層，即各個(gè)系統(tǒng)的檢測和反饋測點(diǎn)。

現(xiàn)場智能設(shè)備層是現(xiàn)場數(shù)字化控制處理系統(tǒng)的一個(gè)重要基礎(chǔ)組成部分，包括現(xiàn)場測量儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)閥門、電氣馬達(dá)控制器等就地采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)部分，并將所有信號(hào)匯集到總線，通過總線來通信到控制處理系統(tǒng)，設(shè)備中大量整定和維修的信息經(jīng)由數(shù)字化從現(xiàn)場總線處理網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到控制處理系統(tǒng)，從而使得設(shè)備正常運(yùn)行和維修安全可靠。

現(xiàn)場總線技術(shù)，其根本出發(fā)點(diǎn)就在于讓所有的燃?xì)怆姀S生產(chǎn)工藝和流程與現(xiàn)場各種設(shè)備的信息都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，特別重要的是對基層管理階段各級(jí)的信息都可以及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握，是真正具有傳統(tǒng)意義的智慧型燃?xì)怆姀S的技術(shù)基石。

5 智慧管理

智慧管理中心：以企業(yè)數(shù)據(jù)信息的共享服務(wù)為主要依托，通過企業(yè)所有者和個(gè)人的智慧管理系統(tǒng)所采用的大量數(shù)據(jù)分析處理、預(yù)測和控制、自動(dòng)決策、流程優(yōu)化等科學(xué)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對全廠企業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)營活動(dòng)的智慧管理。移動(dòng)端發(fā)布模塊：以企業(yè)微信或App的方式將智能電站的應(yīng)用發(fā)布到移動(dòng)終端上，為管理者提供及時(shí)的生產(chǎn)現(xiàn)場信息訪問能力。運(yùn)行同步績效精細(xì)化管理的考評(píng)模塊：該系統(tǒng)是一種適用于電廠同步強(qiáng)化考核的管理工具，它以量化管理的思想模式為設(shè)計(jì)核心、以采集到實(shí)時(shí)的大數(shù)據(jù)資料為依托，在各種經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、安全技術(shù)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)等方面針對同步強(qiáng)化電廠的運(yùn)行者進(jìn)行了實(shí)時(shí)考核得分和績效評(píng)定的專項(xiàng)體系，以此方式來鼓舞和激勵(lì)機(jī)組運(yùn)行人員，保障了監(jiān)盤、操作、調(diào)節(jié)的工作質(zhì)量，提升了機(jī)組在生產(chǎn)運(yùn)行期間的安全及經(jīng)濟(jì)效益。

6 智慧安全

智慧安全是一個(gè)集預(yù)案、視頻、圖像、語音、地理位置等多種信息于一體，以建立電廠安全管理子系統(tǒng)專網(wǎng)和電站信息中心為主要技術(shù)基礎(chǔ)，各個(gè)子系統(tǒng)有機(jī)交互為主要特點(diǎn)的電廠智慧安全管理子系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施，將分散式的各類安全管理子系統(tǒng)（如門禁監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、電子圍欄等）之間進(jìn)行有機(jī)互連，在線上即時(shí)通訊，可視化的三維場景式監(jiān)控畫面下，綜合處理各種廠區(qū)的業(yè)務(wù)，從而真正做到了智慧廠區(qū)之間的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)、安全防范。

智能門禁實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)。將所有工作票的工作區(qū)域與門禁系統(tǒng)相互結(jié)合，在獲得工作票允許后，工作任務(wù)中所有涉及的門禁都會(huì)由工作負(fù)責(zé)人和班組成員自動(dòng)獲得授權(quán)該工作區(qū)域的門禁實(shí)時(shí)進(jìn)出權(quán)限，并按照工作計(jì)劃時(shí)間設(shè)置權(quán)限時(shí)效性理。通過設(shè)置區(qū)域硬隔離，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場與辦公、生活區(qū)域有效隔離，并將不同功能區(qū)域分別設(shè)置隔離區(qū)，人員或廠內(nèi)車輛只能夠通過一卡通或人臉識(shí)別以及智能IC卡進(jìn)行出入。還能夠?qū)崿F(xiàn)人員和車輛在區(qū)域內(nèi)的實(shí)時(shí)定位。

智能自動(dòng)化車輛。通過實(shí)時(shí)地對入廠的車輛注冊和記錄，可以確保所有車輛的合法行駛，監(jiān)測系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地識(shí)別出所有車牌的內(nèi)容、汽車顏色、型號(hào)等基本資料，對未進(jìn)行登記的車輛實(shí)現(xiàn)限制駛?cè)胍?guī)定區(qū)域，并進(jìn)行報(bào)警提示，并能夠?qū)崟r(shí)顯示車輛使用人員和所在區(qū)域，有效監(jiān)督車輛的速度和行駛軌跡。

7 智慧檢修

主要包含生產(chǎn)管理移動(dòng)應(yīng)用、發(fā)電設(shè)備狀態(tài)檢修管理系統(tǒng)、主要設(shè)備及其輔機(jī)的故障預(yù)警、機(jī)組運(yùn)行壽命管理系統(tǒng)、機(jī)器人與其他智能裝置的巡檢等系統(tǒng)。結(jié)合與智慧運(yùn)行、智慧管理交互信息，綜合分析，給出發(fā)電設(shè)備的維護(hù)周期、更換時(shí)間和采購計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)發(fā)電主要設(shè)備的智能化、合理化和數(shù)字化管控。

生產(chǎn)經(jīng)營管理移動(dòng)化應(yīng)用模塊。完成缺陷管理、智能工作票、智能設(shè)備巡檢、智能維護(hù)檢修、設(shè)備安全預(yù)警和生產(chǎn)管理的移動(dòng)應(yīng)用等功能，實(shí)現(xiàn)對人員安全和設(shè)備操縱的主動(dòng)化安全管控?？梢杂行ПＵ涎颤c(diǎn)檢及工程中的缺陷業(yè)務(wù)資料的真實(shí)性、實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確度，將工作票的就地啟用及服務(wù)期間終結(jié)、操作票裝置信息識(shí)別和實(shí)時(shí)監(jiān)測、實(shí)時(shí)評(píng)估等各項(xiàng)管控技術(shù)措施推廣到市場運(yùn)營中;并且還具有可以擴(kuò)充為人員定位、電子圍欄等多種功能，在具體實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全要求的前提下提高工作效率。

機(jī)組主要部件和設(shè)備的智能早期預(yù)警模塊。對機(jī)組主要部件和設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，得出反映設(shè)備正常狀態(tài)的重要特征指標(biāo)及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。當(dāng)特征指標(biāo)發(fā)生偏離時(shí)可發(fā)出預(yù)警;根據(jù)特征指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，建立設(shè)備正常狀態(tài)的自學(xué)習(xí)和自判斷，減少預(yù)警的誤判和漏判。同時(shí)建立設(shè)備預(yù)警后的故障分析處理知識(shí)積累，為預(yù)警后的智能判斷建立基礎(chǔ)知識(shí)庫。

重要輔機(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控模塊。重要對輔機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，采用了統(tǒng)計(jì)歸納、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其他支持的向量機(jī)等多種智能化算法，挖掘其與設(shè)備的振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、負(fù)載和工作溫度等之間的各種內(nèi)在關(guān)系，自動(dòng)發(fā)送并給予有針對性的運(yùn)行指導(dǎo)及處理意見。采用了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的故障分類及數(shù)值預(yù)測的方法，從故障預(yù)測和性能預(yù)測兩個(gè)研究方向，對重點(diǎn)輔機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)維修理論，實(shí)現(xiàn)定量評(píng)估，自動(dòng)判定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)，優(yōu)化輔機(jī)的檢修。機(jī)器人巡檢：采用云化智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)環(huán)境的智能巡檢，與傳統(tǒng)的人工作業(yè)相比，機(jī)器人巡檢具有更高效、更全面等特點(diǎn)。巡檢對于危險(xiǎn)繁重的區(qū)域，全面物資保護(hù)管理、全面設(shè)備壽命管理、傾斜風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、故障診斷等都會(huì)使得電廠運(yùn)行維護(hù)工作強(qiáng)度大幅降低、電廠的檢修工作更加精簡和優(yōu)化，檢修朝著可靠性的方向發(fā)展。

8 智慧運(yùn)行

機(jī)組普遍存在制粉系統(tǒng)、脫硫、水位控制等仍需大量人工操作干預(yù)的生產(chǎn)過程控制。該控制模塊充分借鑒了運(yùn)行管理人員智慧生命活動(dòng)的規(guī)律，應(yīng)用了專家控制、自主學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了人工取代過程控制，減少80%以上運(yùn)行管理人員進(jìn)行控制和干預(yù)的工作，大幅減輕了運(yùn)行管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和錯(cuò)誤操縱風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還可以優(yōu)化控制系統(tǒng)的性能，是建設(shè)“少人值守”智能電站的基礎(chǔ)。

智慧監(jiān)盤。以廣泛梳理火電機(jī)組運(yùn)行監(jiān)盤工作經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)關(guān)注監(jiān)盤工作的普遍痛點(diǎn)和盲點(diǎn)，智能輔助運(yùn)行監(jiān)盤人員全面掌握機(jī)組、系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行情況。

一鍵啟停與自動(dòng)巡航。大幅減少啟/停機(jī)操作量，變負(fù)荷啟停設(shè)備操作量，重要輔機(jī)投/停、并/退、定時(shí)切換操作量，需人工調(diào)整工作量。

智能冷端變頻控制模塊。根據(jù)環(huán)境參數(shù)、負(fù)荷需求和冷端系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵精準(zhǔn)變頻節(jié)能優(yōu)化控制;并在機(jī)組升降負(fù)荷需求的動(dòng)態(tài)過程中，利用冷端的變頻背壓調(diào)節(jié)能力，充分利用循環(huán)水系統(tǒng)的蓄能，輔助機(jī)組進(jìn)一步提高靈活調(diào)峰能力。

初級(jí)智慧人工模塊。充分借鑒了運(yùn)行系統(tǒng)中人工智慧活動(dòng)規(guī)律，應(yīng)用專家自主控制、自學(xué)習(xí)等新型技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了用人工代替過程控制，減少80%以上運(yùn)行系統(tǒng)中人工控制干預(yù)的工作，平常重復(fù)性定期工作交由智慧模塊進(jìn)行巡行，大幅降低了運(yùn)行系統(tǒng)中人工的勞動(dòng)強(qiáng)度和錯(cuò)誤操作風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還可以優(yōu)化控制的性能，是建設(shè)“少人值守”智能電站的基礎(chǔ)。

9 結(jié)束語

智慧電廠建設(shè)示范工程整體規(guī)劃及硬件平臺(tái)在智慧電廠建設(shè)初期一步到位，具體智能化應(yīng)用模塊將根據(jù)電廠需求和規(guī)劃，分階段完成實(shí)施。第一階段以兩年為期限搭建一體化智慧平臺(tái)建設(shè)，智慧安全中心、智慧運(yùn)行中心、智慧管理中心、智慧檢修中心、智慧燃料中心，智能模塊開發(fā)及應(yīng)用，以建成“初級(jí)智慧電廠”目標(biāo)。第二階段以兩到三年為期限在“初級(jí)智慧電廠”的基礎(chǔ)上，深化開發(fā)和應(yīng)用智能模塊，示范工程建成理想的“綠色智慧電廠”。

參考文獻(xiàn)

[1] 宮平.電廠繼電保護(hù)故障診斷與現(xiàn)場處理方案探討[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（29）：3968.