莫布林，從澤華，李 偉

（1.國家電投集團揭東能源有限公司，廣東 揭陽 522000；2.國能吉林新能源發(fā)展有限公司，長春 130022；3.華能吉林發(fā)電有限公司九臺電廠，長春 130501）

0 引言

智能發(fā)電技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、三維可視化和信息化管理等先進技術(shù)與電力生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)深度融合的產(chǎn)物，是提升發(fā)電廠競爭力的重要手段［1］。實現(xiàn)智能發(fā)電是發(fā)電企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要方向［2］。智能發(fā)電技術(shù)是指以自動化、數(shù)字化、信息化為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等資源，充分發(fā)揮計算機超強的信息處理能力，集成統(tǒng)一的一體化數(shù)據(jù)平臺、一體化管控系統(tǒng)、智能傳感與執(zhí)行、智能控制和優(yōu)化算法、數(shù)據(jù)挖掘以及精細化管理決策等技術(shù)，形成一種具備自趨優(yōu)、自學習、自恢復(fù)、自適應(yīng)、自組織等特征的智能發(fā)電運行控制與管理模式，以實現(xiàn)安全、高效、環(huán)保的運行目標，并具有優(yōu)秀的外界環(huán)境適應(yīng)能力［3］。智能發(fā)電技術(shù)具有自感知、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)、自學習、自組織、自診斷等高級智能功能和高度安全、可靠、靈活等特點［4］。

智能發(fā)電技術(shù)是近幾年來興起的一項新技術(shù)，是發(fā)電廠控制技術(shù)及管理發(fā)展的趨勢，處于初步發(fā)展階段。目前，已經(jīng)建成的智能電廠的數(shù)量不多，絕大部分是以傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)（distributed control system，DCS）為基礎(chǔ)的發(fā)電廠，這些電廠沒有進行智能電廠的規(guī)劃及投資，全面實現(xiàn)智能化的條件不足。根據(jù)智能發(fā)電技術(shù)的技術(shù)特點，傳統(tǒng)DCS具有實現(xiàn)智能化的某些方面的基礎(chǔ)，仍有可能局部實現(xiàn)智能發(fā)電，因此，可以考慮采用智能發(fā)電技術(shù)來提高以傳統(tǒng)DCS為基礎(chǔ)的發(fā)電廠的智能化水平。

本文將智能發(fā)電技術(shù)的數(shù)據(jù)深度挖掘、多數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用、自診斷、狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)警等技術(shù)特征應(yīng)用到以傳統(tǒng)DCS為基礎(chǔ)的發(fā)電廠，在智能預(yù)警方面進行應(yīng)用探索，以期達到提高自動化水平，降低勞動強度，節(jié)省人力，提高發(fā)電廠的安全性和可靠性的目的。

1 數(shù)據(jù)深度開發(fā)

將DCS中的某些數(shù)據(jù)從多角度考量，挖掘出多方面的信息，擴大原有數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍，或從數(shù)據(jù)之間的大小對比結(jié)果中得出一個有用的結(jié)論。某個模擬量的測量數(shù)據(jù)，在以前的應(yīng)用中一般只關(guān)注該數(shù)據(jù)大小，其實還可以利用其數(shù)值變化速率作為測量工況的某方面特征判據(jù)。以往設(shè)置的參數(shù)報警，一般是達到了異常情況，或已經(jīng)不滿足應(yīng)用需求才報警，現(xiàn)在可以利用模擬量數(shù)據(jù)便于設(shè)置多個報警點的優(yōu)點，將報警值提高或降低，實現(xiàn)提前報警，從而有利于提前動作、提前干預(yù)，增強系統(tǒng)的安全性及可靠性。同一類數(shù)據(jù)的對比差異預(yù)示可能出現(xiàn)某些異常情況，可以利用這種對比結(jié)果來警示異常的發(fā)生。

1.1 潤滑油箱油位監(jiān)測報警

潤滑油箱油位關(guān)系到轉(zhuǎn)動設(shè)備的安全運行，潤滑油系統(tǒng)泄漏或進水都會威脅到轉(zhuǎn)動設(shè)備軸承瓦塊的安全，因此潤滑油箱油位測量及保護系統(tǒng)的可靠性顯得非常重要［5］。除了原有的油箱油位“三取二”聯(lián)鎖跳閘主設(shè)備保護的設(shè)置之外，還要設(shè)置油位變化速率和油位提前報警，使得潤滑油系統(tǒng)漏油或進冷卻水的異常情況被早發(fā)現(xiàn)、早干預(yù)，以提高潤滑油及主系統(tǒng)的安全性。

油箱油位變化速率報警應(yīng)能自動分辨并剔除油泵剛啟動時造成油位較快變化的正?，F(xiàn)象，并自動識別出油泵運行中系統(tǒng)泄漏或進水的異常情況，避免不必要的誤報，以達到正確報警的目的。油箱油位提前高報警和低報警分別設(shè)置得比原有報警值稍高和稍低的一個合理值，實現(xiàn)提前報警，邏輯見圖1。

圖1中，在高限報警和低限報警功能塊中分別設(shè)置高報警和低報警的預(yù)報警值，油位速率報警增加一個油泵起動延時接通的條件，是為了剔除油泵剛起動時油位變化較快的正常情況。

1.2 壓縮空氣母管壓力監(jiān)測報警

壓縮空氣系統(tǒng)作為發(fā)電廠的輔助系統(tǒng)，起到為主系統(tǒng)提供氣源的作用。壓縮空氣母管失壓對于主系統(tǒng)的運行是嚴重的異常事件，系統(tǒng)壓力恢復(fù)不及時就有可能造成機組停運事件，因此，壓縮空氣系統(tǒng)的缺陷或異常情況被早發(fā)現(xiàn)和早處理，對主機的穩(wěn)定運行起到非常重要的作用［6］。圖2是壓縮空氣母管壓力變化速率及壓力低提前報警的邏輯。虛線框內(nèi)的邏輯實現(xiàn)壓力降低速率過快報警的功能，經(jīng)過純滯后運算的值與當前的壓力值相減，若該值大于高限報警功能塊里的設(shè)定值，說明壓力處于降低趨勢，該設(shè)定值的大小與純滯后時間的比值反映出壓力降低速率的大小。通過設(shè)置一個經(jīng)過試驗得出的速率報警的設(shè)定值，該邏輯能夠自動屏蔽掉空氣壓縮機加載時壓力上升較快及正常用氣時壓力緩慢下降引起的變化速率誤報，避免不必要的報警，增加了預(yù)報警的可信度。通過圖2邏輯的實施，達到了故障自診斷、自報警目的，能夠提示操作維護人員提前處理異常情況，極大地提高了壓縮空氣系統(tǒng)的可靠性。

圖2 壓縮空氣母管壓力低預(yù)警邏輯

1.3 爐膛局部結(jié)焦預(yù)警

爐膛結(jié)焦對于鍋爐穩(wěn)定運行的危害極大，若發(fā)現(xiàn)得晚，處理不及時，就有可能造成停爐事件。目前沒有直接測量出爐膛結(jié)焦的手段，只能通過爐膛內(nèi)部溫度和壓力進行間接判斷爐膛是否結(jié)焦［7］。由于爐膛內(nèi)部有關(guān)的測量參數(shù)眾多，靠人工去觀察參數(shù)并判斷爐內(nèi)的結(jié)焦情況非常耗費人力，會造成運行人員監(jiān)盤強度大，高度緊張的局面，也容易造成疏忽漏判斷的情況。而爐膛結(jié)焦只有早發(fā)現(xiàn)、早處理，才能夠有效避免因結(jié)焦面積擴大造成停爐事件。通常情況下，爐膛結(jié)焦區(qū)域流化風受阻流化不良，該區(qū)域的溫度一般偏低。

以循環(huán)流化床鍋爐為例，在爐膛的前、后墻分別布置8組床溫測點，每組床溫測點低于床溫平均值或超過某個數(shù)值后均會發(fā)出報警，提醒進行燃燒調(diào)整或測量元件的檢查。當出現(xiàn)相鄰的2點同時偏低報警時，發(fā)出相應(yīng)區(qū)域結(jié)焦報警，此時可以通過加大該區(qū)域流化風量或采用脈動風壓，減少該區(qū)域給煤量來消除或避免擴大結(jié)焦。合理設(shè)置爐膛局部結(jié)焦預(yù)警邏輯可以實現(xiàn)自分析、自判斷、自報警的功能，提高鍋爐運行安全性。

2 多數(shù)據(jù)綜合運用

數(shù)據(jù)綜合運用是指將多個數(shù)據(jù)組合在一起使用，綜合分析多個數(shù)據(jù)，得出一個新的有含義的數(shù)據(jù)，或得出一個有意義的結(jié)論。被選擇的數(shù)據(jù)源作為分析的基礎(chǔ)，應(yīng)當可靠、合理，綜合分析出的結(jié)果才可靠。通過多個相關(guān)數(shù)據(jù)的綜合分析，得出有用的結(jié)論，實現(xiàn)自分析、自判斷、自報警功能。

2.1 設(shè)備聯(lián)鎖開關(guān)未投提示

由于設(shè)備有檢修、退出運行、試驗等狀態(tài)，為了在各種狀態(tài)下正確選擇設(shè)備的工作方式及便于操作，設(shè)置了設(shè)備聯(lián)鎖開關(guān)。設(shè)備聯(lián)鎖開關(guān)作為備用設(shè)備聯(lián)鎖啟動的條件，關(guān)系到備用設(shè)備是否正常投用，同時也影響到機組是否正常運行。所以在系統(tǒng)正常運行以后，設(shè)備聯(lián)鎖開關(guān)必須切換到投入狀態(tài)。由于設(shè)備有多種工作狀態(tài)，在各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換中，客觀上有設(shè)備聯(lián)鎖開關(guān)漏投的風險，特別是在機組啟動階段操作頻繁的時候，更容易造成設(shè)備聯(lián)鎖開關(guān)的漏投。為了避免漏投設(shè)備聯(lián)鎖開關(guān)造成備用設(shè)備不能正常聯(lián)鎖啟動的危險，須對設(shè)備聯(lián)鎖開關(guān)的投切狀態(tài)進行自分析、自判斷、自報警，以提醒運行人員及時投入。

以發(fā)電廠凝結(jié)水泵的聯(lián)鎖開關(guān)為例，當機組正常啟動后，必須將凝結(jié)水泵聯(lián)鎖開關(guān)投入，確保1臺凝結(jié)水泵因故跳閘時，另外1臺自啟動，保障凝結(jié)水系統(tǒng)正常運行。對于機組正常運行的數(shù)據(jù)判斷，應(yīng)該選擇能夠正確反映凝結(jié)水泵各種運行狀態(tài)，或能夠正確區(qū)分凝結(jié)水泵各種運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，特別是選擇凝結(jié)水泵必須要投入備用的工況參數(shù)，以忽略非必要的報警數(shù)據(jù)。圖3為凝結(jié)水泵聯(lián)鎖開關(guān)未投報警邏輯。通過該自分析、自判斷、自報警邏輯，對漏投情況進行報警，提醒運行人員及時投入聯(lián)鎖開關(guān)，極大地降低聯(lián)鎖開關(guān)漏投的風險。

圖3 凝泵聯(lián)鎖開關(guān)未投報警邏輯

2.2 閥門內(nèi)漏判斷提示

發(fā)電廠中各種閥門內(nèi)漏會造成水、油、空氣、蒸汽和熱量等損失，由于閥門關(guān)行程不到位、閥芯磨損等原因造成內(nèi)漏的現(xiàn)象很普遍。發(fā)電廠的系統(tǒng)龐大，閥門的數(shù)量多，靠人工去監(jiān)控、排查是否有內(nèi)漏現(xiàn)象，工作量很大，會分散運行人員對主參數(shù)監(jiān)控的注意力，也不利于機組自動化水平的提高，所以應(yīng)當通過控制系統(tǒng)自分析、自判斷監(jiān)控閥門的內(nèi)漏情況。實踐證明，閥門后的壓力、溫度、流量等參數(shù)，往往能夠反映出閥門內(nèi)漏情況。由此，可以綜合利用閥門所在系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，來判斷該閥門是否有內(nèi)漏現(xiàn)象。

以某廠供熱系統(tǒng)為例，供熱流程為：1、2號汽輪機高壓缸排汽分別經(jīng)過各自的減壓減溫系統(tǒng)后，高壓缸排汽變成了合格的供熱蒸汽，兩路供熱汽源分別經(jīng)過減壓減溫后電動截止閥及分汽缸前電動截止閥后在分汽缸中匯合，由分汽缸對廠外供熱。當停止對外供熱或某臺機組停機檢修時，若減壓減溫后電動截止閥或分汽缸前電動截止閥泄漏時，高壓蒸汽將流進減壓減溫后管道或供熱蒸汽將倒流進分汽缸前蒸汽管道，造成蒸汽的浪費或形成高溫高壓蒸汽泄漏的安全隱患，對檢修工作有很大的風險。因此，應(yīng)對供熱閥門的嚴密性進行實時監(jiān)視，以便及時消除浪費現(xiàn)象和安全風險。

圖4為該廠1號汽輪機供熱閥門內(nèi)漏判斷邏輯。該邏輯實現(xiàn)了對1號汽輪機非供熱狀態(tài)時閥門內(nèi)漏情況的自動監(jiān)視和報警。當供熱截止閥關(guān)閉后，延時一段時間，等待供熱蒸汽壓力、溫度下降后再開始監(jiān)視壓力及溫度異常升高情況，避免截止閥剛關(guān)閉后的一段時間內(nèi)出現(xiàn)泄漏誤報。在供熱截止閥處于關(guān)閉狀態(tài)時，若供熱蒸汽壓力或溫度升高到特定設(shè)定值后，將會發(fā)出供熱閥門內(nèi)漏報警，提醒相關(guān)人員檢查處理閥門內(nèi)漏缺陷。

圖4 1號汽輪機供熱閥門內(nèi)漏判斷邏輯

3 完善報警系統(tǒng)

報警具有參數(shù)越限、設(shè)備運行狀態(tài)異常提醒的作用，是運行人員監(jiān)盤操作的重要輔助手段，報警的形式有變色、閃光、語音等。報警的項目越齊全越好，將系統(tǒng)可能出現(xiàn)的異常情況均納入報警系統(tǒng)，對各種可能的異常情況通過邏輯組態(tài)進行自分析、自判斷后形成報警信號，不僅降低了運行人員的勞動強度，而且極大地提高了機組運行的安全性。當前，發(fā)電廠普遍推行全能值班員制度，運行人員數(shù)量越來越少，報警系統(tǒng)的作用就顯得更加突出。不斷完善報警項目，是提高機組自動化水平的重要途徑。

3.1 信號偏差報警

對于在同一個測量位置冗余配置的多個測量信號，當測量信號之間出現(xiàn)偏差時，很有可能是由其中的一個或多個信號出現(xiàn)異常引起的，通過監(jiān)測多個測量信號之間的偏差，能夠及時發(fā)現(xiàn)某個信號出現(xiàn)的異常情況，對保障測量系統(tǒng)的可靠性起到非常重要的作用。

以鍋爐爐膛壓力高保護中的3個爐膛壓力測量開關(guān)量信號為例，3個壓力開關(guān)量信號是否均處于正確的測量狀態(tài)對爐膛壓力高保護動作的可靠性有很大的影響［8］。在實際應(yīng)用中，一般只關(guān)注保護輸出的結(jié)果，容易忽略單個測量信號的異常狀態(tài)（對于爐膛壓力高保護采用的“三取二”算法，當3個壓力開關(guān)量信號中的2個能正確測量，保護輸出的結(jié)果還是正確的，此時出現(xiàn)故障的開關(guān)量信號容易被忽略，但此時保護的可靠性已降低）。對于爐膛壓力采用的是開關(guān)量型測量信號，不容易被實時監(jiān)視到異常情況，因此有必要對3個壓力開關(guān)的測量狀態(tài)進行自動監(jiān)視。圖5為爐膛壓力高保護壓力信號偏差報警邏輯，當出現(xiàn)任意一路信號異?；騼陕沸盘柈惓r，均會發(fā)出信號偏差報警，自動實現(xiàn)了某路信號異常監(jiān)視報警，及時提醒相關(guān)人員消除故障，確保了該保護系統(tǒng)在較高的可靠性狀態(tài)下工作。

圖5 爐膛壓力高保護壓力信號偏差報警邏輯

3.2 設(shè)備運行異常多形式報警

發(fā)電廠生產(chǎn)流程的監(jiān)控畫面數(shù)量少則十幾幅，多則上百幅，數(shù)量眾多的各類泵、風機分布于不同的監(jiān)控畫面中，巡回監(jiān)視一遍設(shè)備，需要較長的時間［9］。對于某些輔機的跳閘，短時間內(nèi)對機組的運行影響不明顯，但時間一長，也會威脅到機組安全運行。對于數(shù)量眾多的輔機，運行人員很難兼顧所有設(shè)備的運行狀態(tài)，不可避免地出現(xiàn)漏監(jiān)視，輔機異常不能及時被發(fā)現(xiàn)的情況。因此自動監(jiān)視輔機運行狀態(tài)并發(fā)出輔機跳閘報警的系統(tǒng)就很有必要。對于分布在多個畫面上的設(shè)備的異常報警，采用語音報警的方式是比較有效的報警形式，在監(jiān)控人員打開其他監(jiān)控畫面的時候，也能夠聽到不是該畫面設(shè)備的跳閘報警，因此建議機組的輔機跳閘均設(shè)置語音報警［10］。另外，將主要參數(shù)的越限、供電設(shè)備的異常狀態(tài)、環(huán)境溫度的監(jiān)視等均列入報警項目，將系統(tǒng)的報警內(nèi)容盡可能地考慮全面，并選用合適的報警方式，不斷完善機組報警系統(tǒng)，降低監(jiān)盤強度，及時發(fā)現(xiàn)并處理異常狀況，保障機組安全穩(wěn)定運行，提高生產(chǎn)自動化水平均起到很大的作用。

4 結(jié)束語

本文將智能預(yù)警技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)DCS，從數(shù)據(jù)深度開發(fā)、多數(shù)據(jù)綜合運用、完善報警系統(tǒng)3個方面進行應(yīng)用研究。經(jīng)過實踐，油箱油位、壓縮空氣系統(tǒng)和閥門內(nèi)漏異常情況得到及時發(fā)現(xiàn)，鍋爐爐膛結(jié)焦預(yù)防取得了較好效果，沒有出現(xiàn)因漏投設(shè)備聯(lián)鎖開關(guān)造成的不安全情況，機組保護系統(tǒng)的可靠性得到提高，輔機異常運行及主要參數(shù)越限得到及早發(fā)現(xiàn)和處理，機組的安全、穩(wěn)定運行水平明顯提高，實現(xiàn)了自分析、自判斷、自報警功能，提高了機組自動化水平。