張鵬，徐同社

(河北省電力勘測設(shè)計研究院，石家莊市， 050031)

0 引言

隨著供暖熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的投運(yùn)，用電負(fù)荷峰谷差不斷增大，電網(wǎng)調(diào)峰日益困難已成為確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的不利因素。我國北方，特別是東北地區(qū)冬季供熱期較長，供熱機(jī)組對外網(wǎng)的供熱量直接受調(diào)峰負(fù)荷的影響。目前，電網(wǎng)調(diào)度方與電廠方在供熱機(jī)組調(diào)峰特性、熱網(wǎng)特性及用戶合同需求等方面的信息掌握和溝通存在許多困難和不足，制約了供熱期內(nèi)調(diào)峰工作的開展［1-2］。

供熱機(jī)組在線實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)(簡稱供熱在線監(jiān)測系統(tǒng))，是通過抽取機(jī)組分散控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)中關(guān)于機(jī)組采暖、供熱的運(yùn)行參數(shù)(如采暖抽氣壓力、采暖抽氣溫度等)，分析、優(yōu)化熱網(wǎng)供熱參數(shù)，實(shí)時向電網(wǎng)調(diào)度中心傳輸機(jī)組供熱數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)供熱機(jī)組熱負(fù)荷實(shí)時監(jiān)測、熱電比在線監(jiān)測、最優(yōu)化調(diào)峰等功能［3］。在目前“競價上網(wǎng)”、“以熱定電”的原則下，供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)不僅有助于電網(wǎng)調(diào)度方在供熱期內(nèi)的調(diào)峰，而且有利于電網(wǎng)調(diào)度方合理分配供電負(fù)荷，有助于發(fā)電方的生產(chǎn)管理。

1 供熱機(jī)組項(xiàng)目概況

為滿足吉林市快速增長的熱負(fù)荷需求，吉林松花江熱電廠擴(kuò)建1臺350 MW國產(chǎn)抽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，配1臺1 165 t/h國產(chǎn)亞臨界自然循環(huán)煤粉鍋爐，此工程屬于熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。為了實(shí)現(xiàn)供熱機(jī)組熱負(fù)荷實(shí)時監(jiān)測、熱電比在線監(jiān)測及最優(yōu)化調(diào)峰等功能，本工程設(shè)計、采用了一套供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)。

2 供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

2.1 供熱系統(tǒng)的組成

本期工程采用的抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組具有在較大范圍內(nèi)同時滿足熱負(fù)荷和電負(fù)荷需要的特點(diǎn)，適用于負(fù)荷變化幅度較大、變化頻繁的區(qū)域性熱電廠［4］，供熱系統(tǒng)如圖1［5］所示。對外采暖供熱采用廠內(nèi)設(shè)汽水換熱首站，對外供高溫?zé)崴姆绞健９?、回水溫度分別為130、70℃，供水壓力為1.6 MPa，熱網(wǎng)最大循環(huán)水量為2×4 100 t/h，通過熱網(wǎng)循環(huán)水泵外供高溫?zé)崴膳羝Y(jié)水全部回收。熱網(wǎng)系統(tǒng)汽側(cè)采用單元制、一次加熱、并列運(yùn)行方式。熱網(wǎng)系統(tǒng)水側(cè)采用母管制，設(shè)置5臺熱網(wǎng)循環(huán)水泵(其中1臺配變頻調(diào)速裝置)，4臺運(yùn)行，1臺備用［6-7］。

圖1 抽凝機(jī)組供熱系統(tǒng)Fig.1Heating-supply system of condensate pumping unit

2.2 在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)備主要有系統(tǒng)機(jī)柜1面(高2 200 mm×寬800 mm×深600 mm)、數(shù)據(jù)服務(wù)器1臺(型號dell T610，處理器主頻2 GHz，CPU E5504內(nèi)存4 GB，硬盤容量1 500 GB)、交換機(jī)1臺(型號H3C)、隔離機(jī)3臺及客戶端PC機(jī)1臺。系統(tǒng)機(jī)柜布置在本期集控樓電子設(shè)備間內(nèi)，通過光纜與一期1、2號機(jī)組DCS網(wǎng)絡(luò)相連。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)［8-9］如圖2所示。

圖2 供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銯ig.2Network topology map of heating-line monitoring system

2.3 在線監(jiān)測系統(tǒng)主要設(shè)計原則

(1)數(shù)據(jù)傳輸采用UDP方式。

(2)網(wǎng)絡(luò)隔離采用硬件防火墻和IP認(rèn)證系統(tǒng)雙隔離。

(3)數(shù)據(jù)接收存儲采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編解碼方式，數(shù)據(jù)存儲于大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle中。

2.4 在線監(jiān)測系統(tǒng)功能

(1)核定機(jī)組滿足供熱條件下的最低進(jìn)汽量。

(2)確定采暖抽汽量。

(3)計算蒸汽做功能力。

(4)建立機(jī)組供熱調(diào)峰特性理論計算數(shù)學(xué)模型。

(5)監(jiān)測供熱機(jī)組供熱的主要參數(shù)，建立供熱電廠與調(diào)度中心聯(lián)網(wǎng)的在線實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)。

(6)根據(jù)機(jī)組的供熱工況圖確定機(jī)組的調(diào)峰范圍，對與設(shè)計值相差較大的機(jī)組通過試驗(yàn)確定其供熱特性。

(7)編制供熱機(jī)組的供熱流量與調(diào)峰負(fù)荷最佳匹配的計算程序，確定不同環(huán)境溫度下各熱網(wǎng)的最佳供熱參數(shù)。

(8)繪制功率、生產(chǎn)抽汽量、采暖抽汽量三者的關(guān)系曲線，可以隨時查詢在不同抽汽情況下的有關(guān)機(jī)組調(diào)峰數(shù)值。

(9)實(shí)現(xiàn)電廠DCS數(shù)據(jù)的單向傳輸，最終在電網(wǎng)調(diào)度中心實(shí)時顯示。

(10)建立供熱機(jī)組數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢和分析。

(11)完成熱電比在線監(jiān)測，并計算出不符合標(biāo)準(zhǔn)的供熱機(jī)組的超發(fā)電量，為供熱機(jī)組考核提供依據(jù)［10-11］。

2.5 軟件及畫面顯示

對于各種工況及各類計算結(jié)果，在線監(jiān)測系統(tǒng)都以畫面的形式顯示。

(1)發(fā)電工況。發(fā)電工況畫面如圖3所示，該畫面主要顯示電廠各機(jī)組供熱調(diào)峰特性數(shù)據(jù)，可以實(shí)時查看當(dāng)前時間的機(jī)組發(fā)電功率、調(diào)峰高限負(fù)荷、調(diào)峰低限負(fù)荷、可增負(fù)荷、可減負(fù)荷和熱電比等數(shù)據(jù)，方便電廠最大程度對調(diào)峰負(fù)荷進(jìn)行管理。

圖3 發(fā)電工況畫面Fig.3Power generating conditions

(2)供熱工況。該畫面主要顯示電廠各機(jī)組當(dāng)前時間的供熱指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，畫面表中各數(shù)據(jù)均提取于動態(tài)。

(3)熱電比。該畫面可以按選擇的時間段顯示電廠所有機(jī)組的熱電比。此模塊可以根據(jù)任一時間段查詢各機(jī)組的發(fā)電量和供熱量，并計算得出機(jī)組的電熱比和機(jī)組的超發(fā)電量。

(4)實(shí)時數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具有的報表功能可以實(shí)時顯示機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)，這些數(shù)據(jù)提取于數(shù)據(jù)庫并以報表形式動態(tài)顯示。實(shí)時曲線則能更加清晰明了地顯示單線數(shù)據(jù)的信息，方便對電廠實(shí)施監(jiān)控。在該曲線圖中還可以選擇查看某臺機(jī)組某些參數(shù)的動態(tài)曲線。

(5)歷史調(diào)峰。該模塊以折線圖的形式顯示某臺機(jī)組在某一天的調(diào)峰信息，在畫面中描繪出機(jī)組的有功功率、最高調(diào)峰和最低調(diào)峰數(shù)據(jù)的曲線。

(6)系統(tǒng)圖。該畫面顯示的系統(tǒng)圖動態(tài)、實(shí)時地呈現(xiàn)出電廠各臺機(jī)組的主要參數(shù)信息，所示數(shù)據(jù)與工況數(shù)據(jù)模塊中的數(shù)據(jù)一致。

3 設(shè)計注意事項(xiàng)

3.1 機(jī)組系統(tǒng)測點(diǎn)

供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源于機(jī)組DCS系統(tǒng)，因此，在設(shè)計階段必須保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整。結(jié)合本工程機(jī)組運(yùn)行情況，供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)所需測點(diǎn)包括:發(fā)電機(jī)功率、主汽流量、主汽溫度、主汽壓力、調(diào)節(jié)級壓力、工業(yè)抽汽流量、工業(yè)抽汽溫度、工業(yè)抽汽壓力、采暖抽汽溫度、采暖抽汽壓力、熱網(wǎng)加熱器入口水溫、熱網(wǎng)加熱器出口水溫、熱網(wǎng)加熱器疏水溫度、熱網(wǎng)加熱器疏水流量、機(jī)組供水流量、機(jī)組供水溫度、機(jī)組回水溫度、母管供水流量、母管供水溫度、母管回水溫度。

為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，汽水溫度、壓力和流量等參數(shù)均應(yīng)通過測量儀表取得。本工程流量測量裝置采用孔板式測量器，為保證數(shù)據(jù)的精確性，孔板前后直管段的長度應(yīng)滿足安裝要求。

3.2 系統(tǒng)間的通訊

作為電網(wǎng)調(diào)度與電廠之間的數(shù)據(jù)傳輸橋梁，系統(tǒng)間的接口、通訊協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。本工程由于機(jī)組DCS網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜與供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)機(jī)柜都布置在集控樓電子設(shè)備間內(nèi)，因此，系統(tǒng)間采用RS485接線方式，通過串口服務(wù)器連接，線纜使用屏蔽雙絞線。供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)與機(jī)組DCS的通訊，本工程采用MODBUS通訊協(xié)議，不僅可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。若供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)機(jī)柜與機(jī)組DCS網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜距離較遠(yuǎn)，傳輸介質(zhì)建議采用光纜，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性。

4 結(jié)語

供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)在松花江熱電廠擴(kuò)建工程中投用取得了成功，表明該系統(tǒng)功能完善、性能可靠。近幾年，隨著熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組不斷建設(shè)和投運(yùn)，電網(wǎng)調(diào)度方越來越重視對供熱機(jī)組電負(fù)荷的調(diào)控以及在供熱期內(nèi)的調(diào)峰。在此背景下，由于供熱在線監(jiān)測系統(tǒng)具有便于實(shí)施實(shí)時監(jiān)測和調(diào)峰的功能，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。

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(編輯:楊大浩)