蔣歡春 劉芬 魏偉 丁勇

(1.上海明華電力技術(shù)工程有限公司,上海 200090;2.江蘇闞山發(fā)電有限公司,江蘇徐州 221134)

火電機(jī)組性能監(jiān)測(cè)與指標(biāo)分析系統(tǒng)在闞山電廠的實(shí)施和應(yīng)用

蔣歡春1劉芬2魏偉2丁勇2

(1.上海明華電力技術(shù)工程有限公司,上海 200090;2.江蘇闞山發(fā)電有限公司,江蘇徐州 221134)

江蘇闞山發(fā)電有限公司600MW超超臨界機(jī)組火電機(jī)組性能監(jiān)測(cè)與指標(biāo)分析系統(tǒng)首先建立了一套基于電廠eDNA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了機(jī)組性能指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)視、耗差分析、數(shù)據(jù)查詢(xún)、班組考核、人員考核、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、用戶自定義查詢(xún)等主要功能。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步拓展性能指標(biāo)的計(jì)算范圍,建立了一套基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)(包括原始數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)),再結(jié)合專(zhuān)家系統(tǒng)(知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)),實(shí)時(shí)分析每個(gè)指標(biāo)偏離標(biāo)桿值(基準(zhǔn)值)的原因及發(fā)生的概率,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)標(biāo);并通過(guò)月度統(tǒng)計(jì)分析各個(gè)指標(biāo),實(shí)現(xiàn)月度對(duì)標(biāo),并觸發(fā)生成月度節(jié)能對(duì)標(biāo)報(bào)告。本文簡(jiǎn)單闡述了闞山發(fā)電有限公司600MW超超臨界機(jī)組性能監(jiān)測(cè)與指標(biāo)分析系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能開(kāi)發(fā)、故障診斷及推理機(jī)原理、系統(tǒng)功能等。

火電機(jī)組 性能監(jiān)測(cè) 指標(biāo)分析 開(kāi)發(fā)實(shí)施 系統(tǒng)功能

1 前言

隨著國(guó)內(nèi)大型火力發(fā)電廠“節(jié)能減排”工作的日益推進(jìn)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行節(jié)能診斷分析、運(yùn)行開(kāi)展“五值競(jìng)賽”以及對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行信息挖掘日益受到電廠方面的重視。而電廠往往都有一套的SIS系統(tǒng)(Supervisory Information System廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng))1，作為實(shí)現(xiàn)電廠管理信息系統(tǒng)與各種分散控制系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換的橋梁，但在大多數(shù)電廠SIS的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用模塊中在機(jī)組性能計(jì)算和指標(biāo)分析方面往往存在耗差分析指標(biāo)不全、耗差計(jì)算的目標(biāo)值基本是設(shè)計(jì)值、計(jì)算方法和測(cè)點(diǎn)未經(jīng)過(guò)校核等問(wèn)題，同時(shí)該系統(tǒng)也缺乏適應(yīng)電廠目前的小指標(biāo)考核、人員考核等運(yùn)行管理方法的功能。因此需要開(kāi)發(fā)出一套基于電廠SIS數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)的高級(jí)應(yīng)用功能，為電廠運(yùn)行及管理人員提供個(gè)性化的節(jié)能診斷分析的平臺(tái)和工具，幫助提高工作效率，同時(shí)為運(yùn)行人員運(yùn)行調(diào)整和日常的檢修維護(hù)提供必要的參考和指導(dǎo)，使其不僅能“知其然”，而且能“知其所以然”。而火電機(jī)組性能監(jiān)測(cè)與指標(biāo)分析系統(tǒng)正是這樣一套基于SIS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)的電廠性能優(yōu)化軟件，該系統(tǒng)可以幫助電廠運(yùn)行和管理人員更好地了解當(dāng)前機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀況和分析各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)與標(biāo)桿值之間的偏差，并分析產(chǎn)生的原因，從而盡可能挖掘機(jī)組的節(jié)能潛力，降低機(jī)組供電煤耗，并進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。該系統(tǒng)目前在江蘇闞山發(fā)電有限公司得到了很好地推廣和應(yīng)用，本文將主要介紹該系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、主要功能和實(shí)現(xiàn)方法。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用目前比較流行的B/S結(jié)構(gòu)(瀏覽器/服務(wù)器)；后臺(tái)計(jì)算專(zhuān)用服務(wù)器同時(shí)提供WEB服務(wù)及數(shù)據(jù)庫(kù)(SQL Server 2005)服務(wù)，服務(wù)器端應(yīng)用程序(含數(shù)據(jù)接口、日常服務(wù)程序)也運(yùn)行在該服務(wù)器上。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

2.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用平臺(tái)

服務(wù)器以Windows Server 2008為操作系統(tǒng)，Microsoft SQL Server 2005作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)；以Visual Studio 2008(C#)作為服務(wù)器端應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。Windows自帶的IIS系統(tǒng)提供WEB服務(wù)，網(wǎng)頁(yè)制作采用Asp．net技術(shù)、ActiveX技術(shù)、XML技術(shù)、EDNA View等工具。工作站要求中文Windows98、IE6．0以上環(huán)境。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)

數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)采用eDNA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合SQLServer2005。服務(wù)器端應(yīng)用程序從eDNA數(shù)據(jù)庫(kù)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從SQLServer2005采集系統(tǒng)配置信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果回寫(xiě)SQLSERVER關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖2 客戶端功能框圖

2.2.1 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)

SQLServer 2005主要用于存放系統(tǒng)相關(guān)配置信息和實(shí)時(shí)計(jì)算結(jié)果，系統(tǒng)相關(guān)配置信息主要包括：原始測(cè)點(diǎn)配置表、計(jì)算測(cè)點(diǎn)配置表、基準(zhǔn)參數(shù)表、工廠參數(shù)表、系統(tǒng)參數(shù)表、知識(shí)(規(guī)則)庫(kù)、系統(tǒng)配置信息、用戶管理信息、用戶組態(tài)信息、報(bào)表制作信息、報(bào)表制作結(jié)果、人工錄入數(shù)據(jù)、月度對(duì)標(biāo)報(bào)告信息等；實(shí)時(shí)計(jì)算結(jié)果主要包括原始測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)表和計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)表，計(jì)算頻率為每分鐘1次。

2.2.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

eDNA數(shù)據(jù)庫(kù)主要提供給后臺(tái)計(jì)算程序?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)讀取和歷史數(shù)據(jù)讀取的功能，后臺(tái)計(jì)算程序通過(guò)調(diào)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取接口實(shí)現(xiàn)了對(duì)當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的處理和分析，并保存計(jì)算結(jié)果進(jìn)行WEB頁(yè)面顯示和歷史結(jié)果查詢(xún)；補(bǔ)歷史后臺(tái)計(jì)算程序通過(guò)調(diào)用歷史數(shù)據(jù)讀取接口來(lái)補(bǔ)齊當(dāng)本地優(yōu)化服務(wù)器出現(xiàn)問(wèn)題停運(yùn)后再次啟動(dòng)后能自動(dòng)將停運(yùn)階段的歷史數(shù)據(jù)，這樣使得本地優(yōu)化服務(wù)器的數(shù)據(jù)始終與優(yōu)化服務(wù)器中的數(shù)據(jù)保持同步。

對(duì)eDNA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)接口程序的開(kāi)發(fā)，解決了當(dāng)優(yōu)化系統(tǒng)服務(wù)器連接實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)不會(huì)再次連接的問(wèn)題，同時(shí)考慮系統(tǒng)停機(jī)時(shí)的歷史數(shù)據(jù)補(bǔ)全問(wèn)題(不考慮實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的停機(jī)問(wèn)題)，對(duì)機(jī)組停機(jī)時(shí)的數(shù)據(jù)也進(jìn)行采集，保證了整個(gè)節(jié)能診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性，對(duì)電廠日常統(tǒng)計(jì)分析和班組考核數(shù)據(jù)來(lái)源的完整性和準(zhǔn)確性都具有一定的意義。

3 系統(tǒng)主要功能

本系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放、擴(kuò)展性強(qiáng)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后的系統(tǒng)用戶在使用過(guò)程中可以通過(guò)各種自定義的方法進(jìn)行滿足自身需求的各類(lèi)操作。

3.1 運(yùn)行人員操作水平監(jiān)視和評(píng)價(jià)

運(yùn)行水平監(jiān)視主要功能有機(jī)組運(yùn)行的小指標(biāo)考核、煤耗考核系數(shù)考核、運(yùn)行人員操盤(pán)監(jiān)視與統(tǒng)計(jì)排名分析等主要功能。電廠通過(guò)設(shè)計(jì)五值競(jìng)賽方法實(shí)現(xiàn)月度自動(dòng)統(tǒng)計(jì)機(jī)組的小指標(biāo)考核結(jié)果，進(jìn)一步提高運(yùn)行人員參與運(yùn)行調(diào)整的積極性，同時(shí)使考核管理人員的工作效率也得到進(jìn)一步提高。

傳統(tǒng)的機(jī)組小指標(biāo)考核方法是把機(jī)組熱力系統(tǒng)運(yùn)行的主要可控因素分解成若干單項(xiàng)指標(biāo)，以設(shè)計(jì)值或統(tǒng)計(jì)先進(jìn)值作為目標(biāo)，以各個(gè)小指標(biāo)的排名和權(quán)重作為考核機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。闞山電廠小指標(biāo)考核方法中指標(biāo)分為經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)和安全性指標(biāo)兩類(lèi)，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)主要包括飛灰含碳量、爐渣含碳量、真空、廠用電率、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、排煙溫度、反應(yīng)器出口NOX平均濃度；安全性指標(biāo)主要包括水冷壁壁溫超溫、過(guò)熱器壁溫超溫、再熱器壁溫超溫、爐側(cè)主再熱蒸汽溫度超溫。

在小指標(biāo)考核方法的實(shí)際使用中，往往遇到小指標(biāo)考核結(jié)果不能真實(shí)反映機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際水平的情況。其原因有兩個(gè)方面：一是單元機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性是由各運(yùn)行參數(shù)共同作用決定的，小指標(biāo)不能全面反映各參數(shù)之間的相互影響，具有一定的偏面性；二是機(jī)組在調(diào)峰運(yùn)行中各小指標(biāo)的目標(biāo)值是隨負(fù)荷呈非線性變化，小指標(biāo)統(tǒng)計(jì)不能反映動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，缺乏合理性。只有機(jī)組的供電煤耗才是反映機(jī)組運(yùn)行性能的綜合指標(biāo)。在我們的機(jī)組優(yōu)化管理系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化指標(biāo)動(dòng)態(tài)管理，主要考核機(jī)組運(yùn)行煤耗與基準(zhǔn)煤耗的偏差，我們的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采用也有供電煤耗考核系數(shù)進(jìn)行運(yùn)行考核，從而真正考核運(yùn)行人員的實(shí)際水平。

此外，根據(jù)電廠發(fā)電部的要求，指標(biāo)考核不僅要考核到班組，同時(shí)要考核到人員。指標(biāo)考核監(jiān)視畫(huà)面不僅顯示實(shí)時(shí)值，而且顯示當(dāng)班累計(jì)值、五值當(dāng)月累計(jì)值等信息，便于運(yùn)行人員及時(shí)掌握月度考核情況，同時(shí)針對(duì)操作人員的指標(biāo)排序評(píng)價(jià)。主要的功能模塊包括倒班表設(shè)置功能、運(yùn)行人員管理功能、班內(nèi)交接盤(pán)設(shè)置功能、指標(biāo)歸類(lèi)統(tǒng)計(jì)功能、考核指標(biāo)查詢(xún)功能、值際統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能、人員統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能，報(bào)表EXCEL導(dǎo)出功能等。

3.2 機(jī)組性能趨勢(shì)分析

機(jī)組的供電煤耗數(shù)據(jù)里融合了大量的信息，直接根據(jù)不同時(shí)期的最終統(tǒng)計(jì)煤耗結(jié)果并不能反映機(jī)組性能的真實(shí)變化方向，機(jī)組性能趨勢(shì)分析工具的提出正是為了解決這一難題。眾所周知，機(jī)組的統(tǒng)計(jì)性能指標(biāo)變化受到統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)煤種、環(huán)境、負(fù)荷率、啟停等多種因素影響，通過(guò)將一些客觀因素進(jìn)行剔除或修正，將有助于展現(xiàn)機(jī)組最真實(shí)的情況，性能趨勢(shì)分析功能模塊將機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行煤耗、以及其他修正后的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以趨勢(shì)的方式進(jìn)行分析，將更加直觀地反映機(jī)組性能的變化。通過(guò)改造性能趨勢(shì)分析的相關(guān)控件，用戶對(duì)數(shù)據(jù)查詢(xún)周期、查詢(xún)曲線的上下限、自定義查詢(xún)曲線等功能的使用，能進(jìn)一步掌握當(dāng)前機(jī)組的性能狀況及機(jī)組性能出現(xiàn)問(wèn)題的原因進(jìn)行進(jìn)一步分析和診斷。

歷史趨勢(shì)曲線中其中包括“組”的概念，比如，影響供電煤耗的因素的所有指標(biāo)可以自定義在一個(gè)組中查看，用戶也可以創(chuàng)建多個(gè)不同組來(lái)進(jìn)行比較，每個(gè)用戶只能看到其所定義的組和公共組，這樣系統(tǒng)針對(duì)不同用戶所展示的內(nèi)容也各不相同，使得系統(tǒng)針對(duì)不同用戶所體現(xiàn)的功能特點(diǎn)各不相同。

4 性能指標(biāo)分析方法

性能指標(biāo)分析將影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的所有指標(biāo)(包含綜合指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo))作為一個(gè)故障來(lái)處理，當(dāng)該指標(biāo)偏離標(biāo)桿值一定程度后，故障成立，推理機(jī)的作用就是通過(guò)某種數(shù)學(xué)手段，診斷引起該故障發(fā)生各種原因的概率。

4.1 故障診斷概念

根據(jù)熱力系統(tǒng)或設(shè)備所表現(xiàn)的異?，F(xiàn)象或征兆，參考專(zhuān)家積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)(知識(shí)庫(kù))，利用某種數(shù)學(xué)方法，推理得出系統(tǒng)或設(shè)備所存在(或隱含存在)的故障類(lèi)型及故障概率；或引起某種故障的原因類(lèi)別及原因概率。

4.2 故障診斷一般流程

知識(shí)庫(kù)的積累—特征值的提取—推理機(jī)推理—診斷結(jié)果(診斷報(bào)告)。

知識(shí)庫(kù)是故障類(lèi)型與故障征兆之間關(guān)系表，它描述了某種故障所表現(xiàn)的所有征兆，以及各種征兆之間的權(quán)重關(guān)系或邏輯關(guān)系。知識(shí)庫(kù)的獲取需要專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的積累，知識(shí)庫(kù)的全面準(zhǔn)確與否，將直接影響故障診斷的準(zhǔn)確性。

推理機(jī)是根據(jù)所提取的征兆樣本，推理得出該樣本所屬的故障(原因)類(lèi)型及故障(原因)概率，其所采用的數(shù)學(xué)方法(模塊)，稱(chēng)之為推理機(jī)。推理機(jī)一般采用的數(shù)學(xué)方法有：基于規(guī)則的邏輯推理法；基于空間矢量的模糊數(shù)學(xué)法；基于神經(jīng)元的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。本項(xiàng)目研究開(kāi)發(fā)的是基于模糊數(shù)學(xué)的邏輯推理機(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

火電機(jī)組性能監(jiān)測(cè)與指標(biāo)分析系統(tǒng)一方面建立了一套基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)(包括原始數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù))，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)接口對(duì)原始測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的讀取功能，使其具有了更為完整的歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、更為便捷的趨勢(shì)曲線查詢(xún)方式、更為高效的節(jié)能指標(biāo)分析指導(dǎo)功能以及更符合電廠實(shí)際使用人員需求的功能設(shè)計(jì)；另一方面該系統(tǒng)通過(guò)拓展相關(guān)性能計(jì)算模型，再結(jié)合專(zhuān)家系統(tǒng)(知識(shí)庫(kù)、推理機(jī))，實(shí)時(shí)分析每個(gè)指標(biāo)偏離標(biāo)桿值(基準(zhǔn)值)的原因及發(fā)生的概率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)標(biāo)；并通過(guò)月度統(tǒng)計(jì)結(jié)合離線指標(biāo)推理，實(shí)現(xiàn)月度對(duì)標(biāo)，觸發(fā)生成月度對(duì)標(biāo)報(bào)告。指標(biāo)分析這項(xiàng)工作對(duì)改善運(yùn)行、完善設(shè)備、提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性起到了積極的推動(dòng)作用，但這項(xiàng)工作需要每個(gè)電廠配備多個(gè)業(yè)務(wù)能力強(qiáng)、專(zhuān)業(yè)面寬的專(zhuān)家型技術(shù)人員，同時(shí)需要投入大量的工作時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析，而性能監(jiān)測(cè)與指標(biāo)分析系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)最終生成相關(guān)報(bào)告的方式很好地解決了這一問(wèn)題，進(jìn)一步減輕節(jié)能管理人員工作量，提高工作效率。

[1]王印松,房方等.電廠SIS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及應(yīng)用[J].電氣時(shí)代,2006,(10):116-118.

[2]黃新,王健,等.火電機(jī)組節(jié)能對(duì)標(biāo)管理系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[J].華東電力,2011,39(10).

[3]王炎玉.液壓故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2004,32(5):17-18,31.

蔣歡春(1983—),男,工程師,主要從事火電機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化及能耗診斷系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)工作。