电厂智能化技术研究

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2022 年中国电机工程学会年会论文集 - 1 - 电厂智能化技术研究 樊聪 中国电建集团核电工程有限公司，山东省济南市，邮编：250000 THE RESEARCH OF INTELLIGENT TECHNOLOGY ON POWER PLANT Fan-cong POWERCHINA NUCLEAR ENGINEERING COMPANY LIMITED, Jinan. 摘 要:在全球能源竞争激烈的环境下，全球能源的发展趋于清洁化、电气化、网络化和智能化。智能化技术已经融入到社会各 个领域，电厂智能化的建设，可提升企业管理水平，增强企业核心竞争力。本文对电厂智能化关键技术进行了研究分析。 关键词:智能化；关键技术；节能减排 ABSTRACT: With the background of keen competition in the global energy, the development of global energy trending to be cleaning, electrification, networking and intelligence. Intelligent technology has been applied to all areas of society, The building on intelligent of the power plant can improve the management level of enterprise, enhance core competitiveness. his article carried on the analysis and researches to the key technique of intelligent technology. KEY WORD: Intelligence, key technique, energy conservation and emission reduction 1 引言 能源是人类文明进步的重要物质基础和动 力，攸关国计民生和国家安全。当今世界，新 冠肺炎疫情影响广泛深远，百年未有之大变局 加速演进，新一轮科技革命和产业变革深入发 展，全球气候治理呈现新局面，新能源和信息 技术紧密融合，生产生活方式加快转向低碳化、 智能化，能源体系将逐步向低碳化和清洁化转 型。 随之，能源产业智能化升级进程加快。互 联网、大数据、人工智能等现代信息技术加快 与能源产业深度融合。智慧电厂、智能电网、 智能机器人勘探开采等应用快速推广，无人值 守、故障诊断等能源生产运行技术信息化智能 化水平持续提升。 2 电厂智能化关键技术 2.1 设计采用 3D 模型 电厂项目设计采用 Smart Plant 3D 等先进 的工厂设计软件系统，借助 3D 模型，对仪表设 备进行定位，然后再对仪表进行优化布置、集 中布置。最后由软件计算后选择最优的电缆敷 设路径，自动完成电缆敷设，达到最优电缆量 的目的。同时节约了施工成本及施工周期，提 高了接线效率，方便了后期仪表调试和维护。 使用 Revit 等 BIM 软件搭建建筑物三维模 型，利用其所见即所得功能复核结构、建筑设 计图纸；通过管线综合排布，消除碰撞点，解 决“错、漏、碰、缺”的问题；同时可合理调 整各管线的走向、标高及管件、阀门的位置等， 整体优化综合管线的布局，使之更加整齐美观、 方便安装、便于操作。 2.2 现场总线技术 2022 年中国电机工程学会年会论文集 现场总线是自动化系统中一种把大量现场 级设备和操作级设备相连的工业通讯系统。由 现场总线和现场智能设备组成的控制系统称为 现 场 总 线 控 制 系 统 FCS （ Fieldbus Control System）。现场总线控制技术作为一种新兴技 术，已成功应用在石化、楼宇自动化等领域的 现场智能设备互连通讯网络，近几年在国内一 些大型电厂也开始崭露头角。 现场总线系统，使用数字信号代替了原来 的模拟信号进行信号传输，其控制系统设备、 现场仪表设备和控制电缆都发生了改变。现场 总线控制系统给用户带来本质的优势是使控 制系统数字化，控制系统数字化是电厂智能化 建设的重要基础。现场总线所双向传递的信号 均为数字信号，其数据分辨率、测量精度和稳 定性都优于模拟量仪表和混合式仪表，受到干 扰而产生的精度损失小。 现场总线网络的每一段都可以带数个到 数十个智能仪表设备，将点对点的多电缆连接 方式转变为双绞线/光纤的总线连接方式，必 然会带来电缆数量、敷设工作量和接线调试工 作量的减少。工艺系统分布越广，节省电缆的 优势越能得到体现。 2.3 无线监测技术 在分布式数据采集和控制系统中，数据的 传输是实现自动控制的重要环节。数据的传输 可以简单地分为有线(采用屏蔽双绞线和电缆 等)和无线(建立专用无线数据传输系统或借 用 5G、GSM、CDMA 等公网信息平台)两大方式， 随着无线技术的日益发展，无线数据传输技术 在控制领域也应用越来越广，其安装方便、灵 活性强、性价比高等特性使得很多距离远的监 控系统大多采用无线监控方式。 电厂项目设计采用蒸汽疏水阀无线监测 系统，通过简易的非侵入式安装，在蒸汽疏水 阀上游管道上安装检测探头，它可以通过“听” 疏水阀在运行中的声音信号来检测。这个声音 信号并通过 2.4GHz 无线网络传递至上位机， 并由监测管理系统来判断疏水阀的状态，并精 确计算疏水阀泄漏时的蒸汽损失，来实现精确 的无线检测和报告，从而提高蒸汽系统的性 能。 2.4 智能集中监控中心 建立全厂炉、机、电、辅、燃、网控集中 监控运行模式。并通过网络优化，使各系统操 作界面统一友好，实时有效，数据统一。主辅 系统采用 DCS，可减少备品备件所占用的资金， 以及运行人员培训费用，提高辅助车间自动化 和信息化水平。 机组和辅助系统的控制操作员站集中布 置在智能控制中心，形成实现统一运行管理， 达到减员增效的目的，提高全厂生产管理水 平。智能控制中心集中布置，可使智能控制中 心内运行人员和设备免受粉尘、噪音、震动的 影响，给运行人员带来宽敞、明亮、舒适的工 作环境。 2.5 阀门性能监测技术 2022 年中国电机工程学会年会论文集 阀门的阀体泄漏情况及执行机构的健康 状况直接影响机组的安全性和经济性，其可靠 性和可控性对提高调节品质、减少事故发生有 着关键的作用，因此实现阀门的自动在线性能 监测具有十分重要的意义。 电厂项目现场总线阀门在采购时要求设 备具有故障诊断记录仪、高压辅助阀门关断控 制装置等，使阀门在现有传感器种类及个数的 基础上，控制器具有常规故障诊断功能，如阀 门卡涩、连杆脱落、反馈杆脱落、调门线性度 劣化、阀门内漏、负载阻力增加、活塞前后端 漏气等故障诊断。一旦出现故障问题，阀门会 自动显示报警，报警方式可通过屏幕显示、蜂 鸣器、警示灯等形式。特别重要阀门（如旁路 阀等）具有存储模块长期记录系统相关数据的 功能，并可根据客户需求，将反馈数据通过大 数据处理软件阶段性为用户生成阀门运行报 告。 管理人员也可以通过历史数据统计计算， 对阀门的工作状态、工作时间统计、诊断维护 信息、线性度实时计算并监控，运行和检修人 员通过数据分析，快速排除故障，使仪表与控 制设备状况始终处于维护人员的远程监控之 中。线性度的监测及实时校正，可进一步提升 自动控制回路的控制效果，提升机组稳定性或 运行效率，阀门内漏监测可及时避免泄漏状态 下工质对隔离元件的长时间高速吹扫造成的 损坏，降低设备检修成本。 2.6 机组自启停控制系统（APS） 机组自启停控制系统（APS），控制器单独 设置，采用分级控制结构，通过设备级、子组 级、功能组级和单元级的协作，实现无断点的 智慧生产，实现全程自动化、少（无）人值守 的智能智慧电厂。APS 系统的实质是电厂运行规 程的程序化，按照优化的程序自动执行机组启 动、停止步序，可以减轻运行人员的工作强度， 规范机组启停控制标准程序，提升机组整体自 动化水平，避免人为操作中的各种不稳定因素， 有效减少误操作事故发生，提高机组运行的安 全可靠性。 基于业主对控制系统高度自动化的要求， 经过调试人员及业主对 APS 系统的连续测试， 模拟测试完毕后，将在单元机组进行 APS 系统 测试，最后在智能控制中心集中控制管理，实 现机组一键启停。 2.7 智能吹灰控制技术 不同受热面采用直接测量和间接软测量计 算，以各受热面清洁因子作为污染监控对象、 基于模糊控制的吹灰判定方法给出吹灰建议。 通过采集实时/历史数据，对其进行计算与分 析，在此基础上发送和接收智能吹灰控制指令， 建立优化控制系统。结合主汽温度、再热汽温、 排烟温度等锅炉运行状态，确定各受热面最佳 吹灰频次，实现“按需适量”的智能吹灰模式。 此技术通过监测受热面污染程度，实现按 需吹灰，降低吹灰频次；减少连续吹灰过程中 锅炉主、再热蒸汽温的欠温情况，有效维持了 汽温稳定；有效防止受热面过度吹灰，缓解高 温高压吹灰蒸汽对管壁的磨损。 2.8 数字化视频技术与 DCS 一体化 2022 年中国电机工程学会年会论文集 电厂在锅炉、汽机等各区域设置数字摄像 机，通过 DCS 网络连接到 CCR（中央控制室， 集成信号、画面、报警，报表、曲线报告等在 DCS 操作站上，实现集中控制管理）的 DVM 服 务器，通过 DVM 和操作站的通讯网络，实现在 操作站上的实时监视和安全有效的操作。如图 2.8.1 所示。 图 2.8.1 电厂项目数字化视频技术系统图 3 节能减排及经济效益 通过对电厂智能化技术研究分析，将先进、 成熟可靠、科学合理技术应用到未来电厂建设 中，不仅提高了电厂的智能化水平和安全系数， 而且节约了施工和调试成本，节省了后期运行 维护人员投入，提升了机组稳定性及运行效率， 降低了设备运行损耗，达到了节能减排的效果。 电厂智能化技术更大程度的提高了社会效益与 经济效益。 4 结束语 为了加快信息技术和能源产业融合发展， 推动能源产业智能化升级，加强新一代信息技 术、人工智能、大数据等新技术在能源领域的 推广应用。电厂智能化建设将成为发电自动化 领域的主要发展方向。企业依托新机组的建设， 在机组自启停(APS)、现场总线、智能控制等先 进技术及智能化相关技术的应用方面进行了积 极有益的探索。在现代数字信息处理和通信技 术基础上，集成智能的传感与执行、控制和管 理等技术，达到更安全、高效、环保运行。先 进的智能化技术，将为机组安全运行提供有力 保障，大大提升电厂智能化管理水平。 收稿日期： 作者简介： 樊聪 （1988.08.12）， 男 ，山东省邹城市，本科，工程师， 主要从事 EPC 设计管理、电厂热控安装及调试技术管理工作。