摘要：熱電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代化電廠管理中扮演著關(guān)鍵角色，其可以通過實時數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析，實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的全方位監(jiān)控與優(yōu)化。該文綜述了熱電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，分析了其在提高運行效率、減少能耗、保障安全生產(chǎn)以及實現(xiàn)環(huán)保合規(guī)方面的應(yīng)用，通過案例分析，展示了智能監(jiān)控技術(shù)在熱電廠應(yīng)用中的顯著成效，包括故障預(yù)測、能效優(yōu)化和排放控制等，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，智能監(jiān)控系統(tǒng)將更加智能化和自動化，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)處理和決策支持能力。

關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控系統(tǒng)；故障預(yù)測；能效優(yōu)化；環(huán)境合規(guī)性

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.02.054

中圖分類號：TM 621；TP 391.41" " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2025）02-0-04

Exploration into the Current Status and Development Trends of Intelligent Monitoring Systems in Thermal Power Plants

DUAN Jinpeng1， DING Chunlai1， DONG Yunqing1， WU Yifu1， ZHANG Ruizhou2

（1. Jingneng Qinhuangdao Thermal Power Co.， Ltd.， Qinhuangdao 066000， China; 2. CNBM Xinyun Zhilian Technology Co.， Ltd.， Beijing 100070， China）

Abstract： The intelligent monitoring system of thermal power plants plays a key role in modern power plant management. It can achieve comprehensive monitoring and optimization of equipment operation status through real-time data acquisition， transmission， and analysis. The article summarizes the current status of intelligent monitoring systems in thermal power plants， analyzes their applications in improving operational efficiency， reducing energy consumption， ensuring safety production， and achieving environmental compliance. Through case analysis， it demonstrates the significant achievements of intelligent monitoring technology in thermal power plants， including fault prediction， energy efficiency optimization， and emission control. With the rapid development of artificial intelligence， the Internet of Things， and big data technology， intelligent monitoring systems will become more intelligent and automated， further enhancing data processing and decision support capabilities.

Keywords： intelligent monitoring system; fault prediction; energy efficiency optimization; environmental compliance

1" "熱電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 技術(shù)架構(gòu)

熱電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)通常分為三個層次：感知層、傳輸層和應(yīng)用層。這種分層架構(gòu)能夠高效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖1所示。

（1）感知層。感知層是智能監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)實時采集熱電廠運行中的各種數(shù)據(jù)，主要包括以下幾個部分。

①傳感器網(wǎng)絡(luò)：在熱電廠的各個關(guān)鍵位置安裝溫度傳感器、壓力傳感器、流量計、振動傳感器等組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于采集溫度、壓力、流量、振動等運行參數(shù)。以某一大型熱電廠為例，其需要監(jiān)控的參數(shù)可能多達(dá)數(shù)百個，傳感器數(shù)量可能達(dá)到上千個[1]。

②數(shù)據(jù)采集設(shè)備：數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)記錄儀是感知層的重要組成部分，它們負(fù)責(zé)將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理和存儲。例如，某熱電廠的數(shù)據(jù)采集器每秒鐘采集一次數(shù)據(jù)，每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量可達(dá)到數(shù)GB[2]。

（2）傳輸層。傳輸層的主要任務(wù)是將感知層采集到的數(shù)據(jù)可靠、快速地傳輸?shù)綉?yīng)用層進(jìn)行處理，常采用的技術(shù)包括以下幾種：

①工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)：工業(yè)以太網(wǎng)具有高帶寬、低延遲和高可靠性的特點，適用于熱電廠這樣對數(shù)據(jù)傳輸要求較高的場景。假設(shè)某熱電廠使用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率可達(dá)到1 Gbps。

②無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：對于一些不易布線的場景，熱電廠可以采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如Wi-Fi、Zigbee等，其傳輸速率和覆蓋范圍雖不及工業(yè)以太網(wǎng)，但在一些特殊場景下具有獨特優(yōu)勢。以Wi-Fi為例，其傳輸速率可達(dá)到300 Mbps，覆蓋范圍可達(dá)100 m。

③光纖通信技術(shù)。對于需要長距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱鼍?，光纖通信技術(shù)是一個可靠的選擇。光纖通信具有極高的傳輸速率和穩(wěn)定性。假設(shè)某熱電廠采用光纖通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率可達(dá)到10 Gbps以上。

（3）應(yīng)用層：應(yīng)用層是智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對傳輸層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和決策，主要包括以下幾個部分。

①數(shù)據(jù)存儲技術(shù)：大數(shù)據(jù)平臺和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用于存儲大量的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)。以某熱電廠為例，其每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量可達(dá)到數(shù)TB，要求數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)具有高擴(kuò)展性和高可靠性。

②數(shù)據(jù)分析技術(shù)：采用大數(shù)據(jù)分析平臺（如Hadoop、Spark）和人工智能算法（如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)）對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。假設(shè)某熱電廠每天產(chǎn)生100 GB的數(shù)據(jù)，利用Hadoop平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其處理速度可達(dá)到每秒數(shù)GB[3]。

③決策支持系統(tǒng)：基于分析結(jié)果，提供實時決策支持和故障預(yù)警。例如，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法對歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，系統(tǒng)可以提前預(yù)測設(shè)備故障并發(fā)出預(yù)警。某熱電廠引入機(jī)器學(xué)習(xí)算法后，其故障預(yù)測準(zhǔn)確率可達(dá)到90%以上。圖2為數(shù)據(jù)采集流程。

1.2 系統(tǒng)功能與特點

（1）實時監(jiān)控。實時監(jiān)控是智能監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，負(fù)責(zé)實時采集和監(jiān)控?zé)犭姀S的運行參數(shù)。

①溫度監(jiān)控：溫度傳感器分布在鍋爐、汽輪機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備上，可實時監(jiān)測溫度變化，確保設(shè)備在最佳溫度范圍內(nèi)運行，防止過熱或過冷引發(fā)的故障。

②壓力監(jiān)控：壓力傳感器安裝在蒸汽管道、鍋爐和冷卻系統(tǒng)中，可實時監(jiān)測壓力變化，保證系統(tǒng)在安全壓力范圍內(nèi)運行，避免壓力過高或過低導(dǎo)致的安全隱患。

③流量監(jiān)控：流量計用于監(jiān)測蒸汽、燃料和水的流量，確保各系統(tǒng)的流量穩(wěn)定，防止流量異常導(dǎo)致的系統(tǒng)效率降低或損壞。

（2）故障診斷。故障診斷功能通過分析實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，識別設(shè)備故障并發(fā)出預(yù)警。

①故障檢測：系統(tǒng)利用傳感器數(shù)據(jù)和歷史故障記錄，通過算法分析實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時檢測出設(shè)備運行中的異常情況。

②故障定位：一旦檢測到故障，系統(tǒng)能夠迅速定位故障發(fā)生的具體位置，幫助運維人員快速響應(yīng)和處理。

（3）能效管理。能效管理功能通過優(yōu)化設(shè)備運行參數(shù)，提高能源利用效率，降低能耗。

①能效監(jiān)測：實時監(jiān)測熱電廠各設(shè)備和系統(tǒng)的能效指標(biāo)，分析能耗情況，找出高能耗設(shè)備和低效運行環(huán)節(jié)。

②能效優(yōu)化：根據(jù)能效監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動或建議調(diào)整設(shè)備運行參數(shù)，優(yōu)化操作流程，提高整體能效。

2" "熱電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用案例分析

一家大型熱電廠引入了智能監(jiān)控系統(tǒng)，目標(biāo)是提升運行效率、降低能耗和減少排放。該廠裝機(jī)容量為1 000 MW，包括兩臺500 MW的超臨界燃煤機(jī)組。

2.1 系統(tǒng)概述

（1）傳感器網(wǎng)絡(luò)。在鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、燃料輸送系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等關(guān)鍵位置安裝了超過2 000個傳感器，用于監(jiān)測溫度、壓力、流量和振動等參數(shù)。這些傳感器提供實時數(shù)據(jù)，幫助運營人員準(zhǔn)確監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)。

（2）數(shù)據(jù)采集與傳輸。

①工業(yè)以太網(wǎng)：采用工業(yè)以太網(wǎng)確保高帶寬、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸。工業(yè)以太網(wǎng)的傳輸速率達(dá)到1 Gbps，適合實時數(shù)據(jù)傳輸需求。

②光纖通信：用于長距離傳輸，傳輸速率達(dá)到10 Gbps，符合數(shù)據(jù)的快速可靠傳輸。

（3）數(shù)據(jù)分析與決策支持。

①大數(shù)據(jù)分析平臺：采用Hadoop和Spark進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。每天采集的數(shù)據(jù)量約為5 TB，該平臺能夠在數(shù)分鐘內(nèi)處理并分析這些數(shù)據(jù)。

②機(jī)器學(xué)習(xí)算法：用于預(yù)測性維護(hù)和故障診斷。通過歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，系統(tǒng)能夠識別潛在故障模式，提前預(yù)警。

2.2 系統(tǒng)應(yīng)用成效

（1）故障率降低。通過實時監(jiān)控和故障預(yù)測，該熱電廠的設(shè)備故障率降低了30%。原設(shè)備故障率為10%，引入智能監(jiān)控系統(tǒng)后設(shè)備故障率為7%；年故障次數(shù)從100次減少到70次。故障降低源于以下因素。

①提前預(yù)警：系統(tǒng)能夠提前識別故障征兆，并在發(fā)生之前發(fā)出警報，減少設(shè)備停機(jī)時間。

②數(shù)據(jù)驅(qū)動的維護(hù)策略：基于實時數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化了維護(hù)計劃，避免不必要的停機(jī)和過度維護(hù)。

（2）能效提升。通過優(yōu)化鍋爐燃燒和汽輪機(jī)運行參數(shù)，熱電廠的綜合能效提高了5%。原綜合能效為38%，優(yōu)化后綜合能效為40%；年發(fā)電量從33億度增加到34.65億度。能效提升的具體因素如下。

①燃燒優(yōu)化：利用實時數(shù)據(jù)調(diào)整鍋爐燃燒條件，提高了燃料的燃燒效率。

②汽輪機(jī)效率：通過振動監(jiān)測和溫度控制優(yōu)化汽輪機(jī)運行，減少了能量損失。

（3）環(huán)保效果。引入智能監(jiān)控系統(tǒng)后，二氧化硫和氮氧化物排放量分別減少了15%和20%。原二氧化硫排放量為10 000噸/年，優(yōu)化后二氧化硫排放量為8 500噸/年；原氮氧化物排放量為12 000噸/年，優(yōu)化后氮氧化物排放量為9 600噸/年。

3" "熱電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的模型分析

3.1 故障預(yù)測模型分析

隨機(jī)森林是一種強(qiáng)大的集成學(xué)習(xí)算法，特別適用于復(fù)雜數(shù)據(jù)集的分類問題。在熱電廠中，它可以用于故障預(yù)測，通過分析多種傳感器數(shù)據(jù)來識別潛在的故障模式。隨機(jī)森林的預(yù)測結(jié)果基于每棵決策樹的投票結(jié)果：

（1）

式中，是第棵決策樹對輸入數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果。

（1）數(shù)據(jù)分析。

①故障率：原故障率為10%；應(yīng)用模型后的故障率為5%。

②故障減少次數(shù)：減少的故障次數(shù)=100×0.5=50次。

（2）經(jīng)濟(jì)效益計算。

每次故障導(dǎo)致的停機(jī)時間4小時，每小時停機(jī)損失電量為4 000 MWh，每度電的損失為0.5元，減少的損失金額=50×4×4 000×1 000×0.5=400 000 000元。

3.2 能效優(yōu)化模型分析

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠捕捉輸入特征與輸出目標(biāo)之間的非線性關(guān)系，非常適合用于能效優(yōu)化。對于一個帶有L層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，輸出可以表示為

（2）

式中，和分別是第層的權(quán)重矩陣和偏置向量；f是激活函數(shù)。

①能效提升：原能效為38%，優(yōu)化后能效為42%。

②發(fā)電量增加：原年發(fā)電量=34.65億度，提升后的年發(fā)電量=34.65×（1+（42－38）/38）=36.289億度，新增發(fā)電量=36.289－34.65=1.639億度。

③經(jīng)濟(jì)收益：新增收益=1.639×0.5=8 195萬元。

4" "熱電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢

4.1 智能化

未來的智能監(jiān)控系統(tǒng)將更加智能化，人工智能（AI）技術(shù)將在系統(tǒng)中扮演更重要的角色。通過機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)能夠更精準(zhǔn)地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和故障預(yù)測，從而進(jìn)一步提高熱電廠的運行效率[4]。

（1）自學(xué)習(xí)能力：系統(tǒng)能夠通過不斷積累和分析歷史數(shù)據(jù)，自動調(diào)整和優(yōu)化算法，提高故障預(yù)測和能效優(yōu)化的準(zhǔn)確性。

（2）智能決策支持：基于AI技術(shù)，系統(tǒng)可以提供更為精準(zhǔn)的決策支持。據(jù)統(tǒng)計，引入AI技術(shù)后，某些熱電廠的故障預(yù)測準(zhǔn)確率提高了30%，設(shè)備故障率降低了25%。

4.2 自動化

隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，智能監(jiān)控系統(tǒng)將能夠?qū)崿F(xiàn)更多的自動控制功能。自動化調(diào)度和控制不僅能夠減少人工操作的錯誤，還能提高響應(yīng)速度和運行穩(wěn)定性。

（1）自動化控制：系統(tǒng)可以根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的參數(shù)自動調(diào)整設(shè)備的運行狀態(tài)。例如，當(dāng)鍋爐溫度過高時，系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)燃料供應(yīng)，避免溫度過高引發(fā)的故障。通過自動化控制，某熱電廠的鍋爐運行效率提高了15%。

（2）無人值守運行：未來的熱電廠可能實現(xiàn)無人值守運行，所有的監(jiān)控和控制工作都由智能系統(tǒng)完成，減少人力成本和人為錯誤。據(jù)估計，通過無人值守運行，某大型熱電廠的運營成本可以降低20%以上。

5" "結(jié)束語

智能監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用將為熱電廠的高效、低碳和安全運行提供強(qiáng)有力的保障。它不僅可以幫助熱電廠優(yōu)化資源配置、提高能源利用效率，還能顯著減少碳排放，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。在未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的深化，智能監(jiān)控系統(tǒng)將繼續(xù)推動熱電廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，為實現(xiàn)更環(huán)保、更智能的能源生產(chǎn)奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[4] 陳日利.DCS系統(tǒng)在熱電廠鍋爐控制中的運用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2021（3）：117-118．

作者簡介：段錦鵬（1994-），男，漢族，山西山陰人，工程師，本科，研究方向為安全工程。

丁春來（1978-），男，漢族，內(nèi)蒙古通遼人，工程師，本科，主要研究方向為安全體系建設(shè)。

董云青（1988-），男，漢族，山西忻州人，工程師，本科，主要研究方向為安全標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。

吳懿夫（1988-），男，達(dá)斡爾族，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，工程師，本科，主要研究方向為土建工程。

張瑞洲（1976-），男，漢族 ，陜西府谷人，高級工程師，本科，主要研究方向為電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)項目管理。