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智慧化电厂中的技术应用,除了三维可视化,还有这些

发布时间 :

2019-10-14

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当前电力企业所面临的生产经营环境复杂严峻,正处于变革时期,无论从顺应时代发展、应对形势变化需要,还是满足企业自身需要的角度看,实施“智慧电厂”建设的发展战略,持续提升企业核心竞争力,都十分必要,且正逢其时。

智慧电厂是数字化电厂结合智能系统后的进一步发展,将以新型传感、物联网、人工智能、虚拟现实为技术支撑,以创新的管理理念、专业化的管控体系、人性化的管理思想、一体化的管理平台为重点,具有数字化、信息化、可视化、智能化等特点,将最大限度地实现电厂的安全、经济、高效、环保运行。

当前智慧化电厂在电厂的应用主要体现在以下几个方面:

一、生产自动化

生产自动化是电厂基于DCS基础上,通过对逻辑自动进行优化或增加外置智能优化模块,实现设备启动阶段、正常运行阶段、事故处理阶段的自动控制。最大程度上的降低运行人员工作强度、减少运行人员的数量以及避免由人为操作带来的不确定性。目前生产自动化在常规火电已得到较广泛的应用,运行人员可以通过子顺控系统进行设备及系统的启停。
锅炉燃烧及环保指标的调整由于工况复杂,变量较多,依靠当前有限的测点分布及DCS控制功能,很难实现自动化控制,解决思路如下:
1)对锅炉及烟气的温度场三维建模。
点击查看:三维可视化锅炉防磨防爆系统
拟采用目前已经有应用业绩的声波法炉膛温度在线测量系统,原理是通过测量锅炉内距离已知的一对声波收发装置之间一个声波脉冲的飞行时间,来计算该通道气体平均温度。通过在炉膛及烟气系统布置一定数量的收发器形成一个测量网格,从而测量炉内一个水平面的温度分布情况。目前国内燃煤电厂的三大锅炉厂都是通过声学气体测温技术对炉内温度场进行实测建模。在垃圾焚烧领域,外国也有一定用业绩,是一项比较成熟的技术。 通过建立炉膛及烟气系统的温度场可以准确的获得炉膛的温度分布,识别和减少温度的不平衡,为燃烧的精细化调整提供依据。
2)增加外置智慧化模块分布
当前DCS的控制原理是依靠PID、前馈、置位等方式,DCS虽然具备查询历史曲线功能,但历史数据不能参与到DCS输出指令计算,即DCS不具备智慧判断功能。目前已有外置式的智慧化模块在电厂上得到应用,目前拟和燃烧所、电控所、东南大学、西安热工院等进行技术交流。
二、信息数字化
通过应用新型的智能型硬件设备,安装智能型数字传感器、统一KKS、整合厂级SIS、MIS接口等,实现设备的全寿命周期管理;实现生产信息以及经营信息的精细化管理。通过对电厂进行三维建模,增加GIS定位系统、影像系统,实现电厂三维可视化管理。可实时了解地下管网、地上建筑以及厂区、生活区的地理三维信息、机组设备运行状况和运行参数,从而提高电厂管理质量和运行效率、降低运营成本,为电厂智慧化决策提供数据分析和数据挖掘
1、关于现场总线
现场总线系统作为工厂底层网络,通过工业以太网网络集成而构成的自动控制系统网络,按照公开、规范的通讯协议在智能设备之间、智能设备与远程计算机之间实现数据传输和信息交换,从而实现控制与管理一体化的综合自动控制系统。现场总线智能设备能将大量现场信息送入通信网络,这是 DCS、PLC无法实现的。也就是说现场总线技术,是建设数字化电厂的必要条件。
现场总线存在诸多优点:
1)传输数据更加精确,数据更加接近实际测量值。
2)提供丰富的设备信息数据,可以包含测量值、控制值,也可以包含设备的状态信息、报警信息、维护信息等。
3)节约施工及维护费用,降低生命周期成本。
4)提升设备健康管理能力。
5)提升自动化、信息化、智能化水平。
但现场总线的应用也涉及到很多问题:
1)网络通信中数据包的传输延迟,使得控制系统的分析与综合变得更为复杂,影响控制系统的性能。
2)现场总线设备同一线路数台设备采用串接,一旦通讯设备故障或线路故障,将导致数台设备同时失去控制,对设备可靠性要求较高。
3)系统组态参数过分复杂。现场总线的组态参数很多,不容易掌握,且组态参数设定得好坏,对系统性能影响很大,对组态厂家要求较高。
2、三维可视化
点击查看:电厂三维建模
1)设备生命周期可视化管理
对电厂重要设备做资产记录,当点击电厂生产设备,可获取查看该设备的详细资产信息,并对使用期限到期设备弹出预警;点击设备配件,可以查看设备配件生命周期以及配件质量,根据设备使用时长对设备三维模型以颜色暗淡程度显示。对配件周期到期或者产品质量出现问题的配件进行告警、定位。设备管理辅之以直观的三维模型,将有效的提高电厂资产的规划、改造、维修、管理的准确性、先进性、科学性和及时性。设备模型真实显示设备的详细参数信息,包括出厂日期,制造厂商,运行时间,性能参数等。
2)与现有生产业务系统对接
与电厂现有业务管理系统高效集成,实现所有信息实时统一,并把信息通过平台直观可视的展现,包括对接MIS、SIS,采集现有系统的实时数据展现在设备三维视图上,实时监测连接设备运行状态,并对设备的运行维护提供参考和判断
3)视频监控
系统支持接入电厂视频监控系统,在二维/三维电子地图上显示视频监控位置,任意切换调取视频监控。可实现快速查找、单点回放、图像识别等功能。同时可基于人员当前位置自动调取对应的视频监控,对人员行走到其他位置自动切换到相应监控画面。对于发生异常的情况,可基于人员历史轨迹不同位置及不同时段调取相应位置相应时间段的历史视频监控,与历史轨迹联动播放,方便事故分析及责任划定。点击则打开摄像头监控浮标(如果场景中存在摄像头),点击浮标可弹出摄像头配置或者监控画面。
4)电子围栏
虚拟电子围栏将形成自动报警区,借助人员定位和移动手机技术,对两票的工作负责人和工作班成员长时间离开电子围栏区域进行手机的振动或短信等报警提醒,当非工作人员闯入时,不但对闯入人员,同时对工作负责人和值班成员等进行手机的报警提醒,防止非工作人员入设备间造成误操作。当人员接近危险源区域会有明显的报警提醒,提醒该人员远离危险源;同时GIS平台中虚拟电厂系统也会发出警报。三维可视化模型把整个厂区划分为N个作业区域,根据作业区域安全风险的高低做出相应的等级划分,便于重点区域重点监控。
三、决策智能化
在电厂实现了生产自动化及信息数字化的基础上,通过建立大型厂级数据库及利用专业的智慧云平台,实现设备的自我感知、自我诊断、自我求助。通过经营管理云平台在集团或者区域建立经营决策云,可以实现集团层面的资源、技术、管理的协同优化,实现智能电厂与智能电网的互联,实现全面节能减排和效益最大化。
四、结论
1、关于智慧化电厂的方向和范围
智慧化电厂涉及范围很广,目前的火力发电厂仍是把生产自动化作为主要方向。信息数字化与智慧化决策系统,除了个别系统的应用,目前还不是很成熟,由于不需要在初设阶段植入很多的硬件设备这两个方面多数电厂都是在机组投产后和厂家合作逐步开发( 现场总线设备除外 )。
2、关于对设备可靠性的要求
设备的高可靠性是实现生产自动化的前提。例如阀门/挡板卡涩、执行器故障、测点故障都会造成自动逻辑的中断。如要实现生产自动化则必须选择可靠性较高的设备,国内目前的电力制造设备很多都不能满足我们做智能化电厂的需求,我们要尽快开展对高可靠性设备的调研。
3、对人员素质的要求
实现生产自动化,运维人员的数量有一定的减少,但对运维人员素质的要求大幅提高。运行人员必须要看得懂逻辑,要能发现自动化控制系统存在的问题,能够结合运行情况进行一些小的优化。检修人员需要会利用专用软件进行故障分析、诊断等。我们应加紧相关人才的储备和培养。