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气电样本：国华京燃热电的智和能
首都东麓,作为北京四大热电中心的东北热电中心,神华国华（北京）燃气热电厂（下简称“国华京燃热电”）与北京京能热电厂比邻而居,而前者更为出名的则是因为其号称国内最智能化的电厂.
国华京燃热电在建厂之初的目标是建设一个低碳环保技术领先的世界一流的数字化电站,一键启停、无人职守、全员值班的信息化平台.“电厂的自动化和信息化为什么能做的比较好,就是因为我们从开始策划建设时,就提出需求从下往上提,建设从上往下推,业务向上整合,资源向下集中.”国华京燃热电党建行政部主任闫计栋告诉《能源》记者.
那么,国华京燃热电到底有哪些过人之处？经过近三年的发展之后,下一步发展的方向又有哪些呢？
走进国华京燃热电的电厂首先映入眼帘是几栋不规则的黑色建筑和密布的绿植,没有噪音和烟气,仿佛走进了一个博物馆或者图书馆.
时值春末,记者实地探访电厂时正是机组检修的最后阶段,随后即将进入夏季的用电高峰,而这里也将源源不断地向北京输送电力.工作人员告诉记者,检修是人员最多的时候,平时全厂定员只有30人,但是放眼望去,最为热闹的季节里整个厂区仍然显得有些空旷O
据了解,国华京燃热电现在一共有三台机组,采用燃气蒸汽联合循环二拖一.属于三菱技术,东方制造,总容量95万千瓦,包含两台燃机分别是32.2万千瓦,一台汽机是30.6万千瓦.全场水源来源于城市中水,天然气来源于天然气管网.
输出有两个,一个是电,一个是热,分别进入电网和供热管网.2017年,发电量达到42亿千瓦时,利用小时数4400小时,供热400万吉焦,也是历年来最好的供热水平.主要是负责冬季供热,迎峰度夏顶高峰,在春秋季进入检修或者深度调峰.
时任当班值长告诉《能源》记者：“智能化对生产的帮助非常大,一个是要保发电,一个是要保供热,以及机组和人员的安全.通常要填许多的报表,同时负责对外联系,电网方面主要是市网和华北网的两级调度联系,还有气调和水调.”
以前电厂的报表首先需要抄表,然后进行计算,之后值长在进行审核,审过之后再一一填报.而现在采用了智能报表,通过自动采集装置自动采集数据,并在后台运算,形成文件后保存发送即可.“我们自己开发的首先是一个核心数据报表,通过计算之后获得近千个基础的数据,生产、经营、安全等不同部门可以从中提取自己需要的数据.”值长介绍道.
而数据的采集离不开总线技术,总线是控制器的一个个测点,相当于一个小终端,目前全厂的智能设备和现场总线的技术应用的比例达到了64%.以电动门为例,以前的电厂只能进行开关的控制,门开的程度不可知,而现在的电厂可以控制电动门开的程度,对于阀门阻塞、报警都能进行预报.现场总线就对于实现智能化十分重要,是最基础的一环.
同样作为电厂最为特色的当属一键启停.事实上,许多电厂都提出过一键启停的概念,但是真正能实现无断点的并不多.国华京燃热电解决了很多比如说测量偏差的问题,还有执行机构的问题,满水检测的自动排空等问题,做了八项的技术攻关,最后实现了冷热态全过程设备启停.
核心的参数都显示在大屏幕上,专业的人员可以清晰地知道哪些参数异常,中间是燃机的一些主要参数,所有参数以曲线的形式呈现,如果有剧烈的波动监盘人员能够明显的发现.
“目前监盘需看曲线,但是显然不可能把所有的曲线都放到屏幕上,我们部门正在开发一个自动监盘系统,进一步减少监盘人员的工作量,模拟需要监测的参数.”值长透露.
“我们有一套故障预警分析诊断系统,分为主机的和辅机.”在开放式的办公环境里,主控旁边的负责分析诊断的工作人员告诉记者.
主机采用的是三菱的技术所配套的系统.由于燃机比较精密,在正常运营中,无法看到里面的参数信息,需要通过去对里面的测点进行参数分析,提前判断出是否产生了故障.比如说燃烧,燃机里面一圈有20个燃烧器,利用燃烧器燃烧排烟温度,来监控燃烧器的运行状态虽然主机在总控的大屏幕上也有一个报警,但是我们另外还有一套故障预警,主机先于机组的报警产生一个预报警,相当于提前发现一些隐蔽性的问题.
辅机则是另外一套针对水泵、风机、油泵等转动设备的故障系统,工作原理与主机一样,如果正常的控制系统中参数出现问题会报警,但是故障系统会更早的报警.比如说某一设备的参数是是50度是正常,突然升到60度,可能还没到设备损坏的报警值70度,但是由于变化幅度大所以系统也会报警,提前告知设备可能有有劣化的趋势,然后维护人员便及时去对设备进行隐蔽性缺陷的消除.
数据的处理分析则根据岗位职责进行划分,假如主机出现报警,那么在广东的三菱监控中心也会收到一个实时邮件,在那边的后台进行分析之后实时的发回邮件,返回各个设备责任人,根据他们分析的结果,我们去判断这个设备有没有问题.辅机的故障预警同样会根据专业和设备的负责人向各个部门发送邮件,然后进行分析、返回、判断和处理.
事实上,尽管有强大的分析诊断系统,但是国华京燃热电自2015年投产至今只有三年的历史数据,数据收集相比大数据计算的要求还比较有限.而各大燃机厂商由于积累了多年的历史数据,在算法上有很大的优势.
“但是我们的优势在数据的点比较全,原始点多,我们全厂有原始点1万多个.此外,电厂的辅助系统特别少,采点有限,但是能采到的点,蒸汽压力、温度、环境温度湿度全部采集进数据系统,能为辅助判断提供最底层最真实的数据.在底层数据加工上,需要长期的数据累积,随着历史数据逐渐增多,准确性会得到提高.”上述工作人员谈到.
此外,国华京燃热电的在线仿真系统也让人叹为观止.电厂的在线仿真系统与实际运行的控制系统实施匹配,画面相同,实际运行显示的参数可以显示并进行任意截取.此外,在线仿真系统还存储了将近一千个历史工况,可以从中匹配实际运行的工况,一模一相似度在95%以上.这个功能可以在进行某些新的操作时避免在实际运行上演示的风险,系统会自动找寻到最合适的工况,在这样的情况下完成操作.
“虽然没有真正的设备,但是在线仿真系统中的控制的条件和逻辑与实际情况完全相同,每次进行设备改造,我们都会在这儿进行逻辑验证.比如几个水泵之间怎么联系？开始在真正的设备上可能做不了实验,且成本代价也比较高,便通过仿真系统来做.通过这套仿真系统,也实现了一部分故障诊断和预警的功能.所以说故障预警的关键是落地以后怎么实现、怎么与业务关联.”上述工作人员解释到.
高精度在线仿真系统通过(TCS& DCS)双虚拟包激励型仿真技术,接入全部实时数据,打破了仿真机与机组实际运行之间的壁垒,实现现场参数的全面采集与实时传输,包括系统各阀门状态、工况参数,状态点参数等,涉及电厂运行系统156个,设备1100台,通讯点6876个,实现生产运行的全景呈现、故障回放及操作预演,把仿真机从服务于培训升华为运行管理的手段.
在实际使用过程中,通过高精度的在线仿真系统,发现了多个机组的逻辑控制问题,避免了主要辅机、燃机等重大设备因控制逻辑问题出现非停、设备损坏事故.仿真系统调试运行期间,共发现各运行设备系统控制逻辑问题12项,以燃机为例,由于燃机精密高,因此控制逻辑和保护尤其复杂,逻辑图逾1000张,主保护超过200个,且由于燃机属于进口机组,存在技术保密,燃机的控制逻辑生产人员相对比较陌生,通过高精度的仿真系统,我们可以尝试多角度的试验,在机组事故试验过程中,发现了RB,自动停机等控制逻辑存在问题,有可能导致机组保护动作,经过和燃机厂商沟通后进行了完善,而这些问题在实际运行中是很难经历所有的工况,在发现时也就为时已晚,凸显了高精度的仿真系统的价值.
记者还看到,除了没有实际的设备,在线仿真系统和实际的运行系统几无差别.一屋子的电脑和服务器较之楼上闪烁的屏幕只多不少,如果说实际系统有÷万个点,那么在线仿真系统可能就会有5万个点,因为实际运行的许多东西都要用在线仿真系统服务器中的东西代替.
投入上,普通的仿真机可能需要一百多万,而在线仿真机可能是普通的两到三倍.投入并不是最重要的,重要的是花费精力去调试,而且在使用过程中不断优化和完善的过程.在线仿真系统的另一个难点在于调试难度大,这套系统比机组调试时间还长,调试整整花费了一年的时间,甚至超过了机组调试所花费的七八个月的时间.
据了解,国华京燃热电的在线仿真系统虽然较传统仿真系统的投入要高,且效益并不容易量化,但是发现问题、解决生产却实实在在为运行管理带来了便捷.
走进工作的区域,流动的小河,红色的鲤鱼,典雅的亭台,开放式的办公环境让记者眼前一亮.这一切的正对面则是闪烁着光点的主控大屏幕,身穿白衣的值长向记者详细介绍了电厂的智能化情况.
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