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建设数字化电厂示范工程 加快火电厂信息化进程 |
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| 建设数字化电厂示范工程 加快火电厂信息化进程 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2009-3-5 9:13:11  |
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作者：侯子良1，潘 钢2
摘要：
一、信息化是发电企业生存的战略决策
21世纪进入信息化时代。随着我国电力体制改革的深化，电力行业市场经济的逐步形成，发电企业必将加速进入信息化时代。电力市场有秩竞争将更加激烈，追求投资效益最大化已成为投资主体的内在动力，可以断言，再过若干年就会看到，有的电厂用大力气扎扎实实抓好信息化，实现生产过程高度自动化和管理现代化，企业的安全和经济效益将遥遥领先；相反，如果一个电厂没有通过信息化实现生产过程高度自动化和管理现代化，它必将在电力市场竞争中处于十分被动的局面。因此，要对党中央提出的“信息化带动工业化，工业化促进信息化”的方针进行深刻领会和坚决贯彻，一定要从企业生存的战略决策高度来看待火电厂信息化。
二、什么是火电厂信息化
火电厂信息化包含2层含义，即火电厂生产过程监控和企业管理需要的所有必要信息均应无重复地得以采集和通过数字网络共享，信息的采集、处理和反馈应最大限度自动化，减少繁重的人工信息采集、处理和反馈的工作量；同时，采集和存储的海量信息必须经过数据挖掘技术，使信息浓缩和智能化，成为有用的知识。
三、火电厂数字化是信息化的基础
根据火电厂信息化的定义，火电厂数字化、网络化是火电厂信息化的基础，火电厂数字化的广度和深度直接影响火电厂的信息化水平。
火电厂控制和管理系统分为3级：（1）厂级(SIS、MIS、BPS)；（2）机组(车间)级（DCS、PLC）；（3）现场设备级。20世纪90年代，经过努力，机组(车间)级控制系统已全部实现数字化，控制水平有了飞跃发展。近六七年中，数字化正迅速向厂级发展，新建电厂普遍建立了厂级SIS和MIS的网架，并配置了故障诊断、状态检修及性能优化等监控和管理软件。厂级信息化的要求，很快推动了厂级数字化和网络化的形成。
但火电厂最基础的现场设备级的数字化进程却步履艰难、进展缓慢，基本上依靠一对一的模拟量信号或开关量信号传递，采用传统现场监控设备，采集的信息很少，仅能满足低水平监控要求，一个电厂成千台现场监控设备（包括被控阀门、电气开关等），满足其故障预测、诊断和状态检修及远程调校和维护等要求所必要的信息不是无法提供出来，就是无法采集到系统里去，据初步统计，每台300MW机组此类信息量将达到14000点(几乎是原先DCS 的I/O点的1倍)，用人工采集或模拟技术采集是完全不可行的。因此，要提高火电厂信息化水平，必须把数字化扩展到现场设备级，实现火电厂3级控制和管理系统全面数字化，即建设数字化电厂。
数字化、网络化是一种计算机技术手段，目的是为了信息化。而数字化过程总是伴有信息化的内容。火电厂信息化是一个长期任务，它随着火电厂控制和管理系统的每一级任一部分数字化的出现而开始，即使3级全部实现数字化后，信息化工作仍会不断丰富和发展。但当前的突出任务是推动现场设备级数字化，使火电厂控制和管理3级系统全面数字化。这类似于提出SIS时，先建设平台和基本功能，以后再逐步增加其它高级应用功能一样。如果现在不抓现场设备级数字化，不仅当前信息化的范围受到限制，且传统的现场设备级系统一旦建成，四五年后感到迫切需要数字化时，二次改造不仅浪费大量资金，且有些甚至是不可能的。正因为如此，应将建设数字化电厂作为信息化向前发展的一个近期阶段性目标，且愈快实施愈好。
四、建设数字化电厂的意义
目前新建电厂开始建设的SIS和MIS已为火电厂提供了一个综合优化控制和管理的数字化平台，可有足够的事实说明，如把国内外经实践证明有实效的优化软件集成到这个平台上，仅从直接经济效益计算，每年为电厂节省上千万元是完全可能的。如考虑故障预测和诊断等提高安全性、防止重大设备损坏或不必要的非计划停运，其经济效益将更大。
如果进一步实现现场设备级数字化，推广应用现场总线及相应的现场总线智能监控设备(包括变送器、执行器、电动门和开关柜等)，还可进一步提高运行的安全可靠性，适应现代化管理的要求，减少运行维护成本，降低工程费用，此内容在文献[1]中已作了详细论述。由此可见，火电厂数字化对电力企业追求投资效益最大化具有重要意义。
五、建设数字化电厂的可行性
当前火电厂控制和管理技术的发展令人十分鼓舞：
（1）机组(车间)级应用DCS，实现数字化，经过10多年已走向成熟。
（2）厂级SIS和MIS自1997年提出“2000年设计新思路”以来也积累了一些成熟经验，大唐盘山电厂的SIS率先于2004年6月通过了由陆延昌同志任主任委员的高级别鉴定，并给予了高度评价。一些2000年示范电厂的SIS工程也已取得成功应用，有的不久也将进行鉴定。第1个电力行业的SIS标准《火力发电厂厂级监控信息系统技术条件》已经过审批，将由国家发改委颁发。经过7年的奋斗，已初步形成了一支SIS开发和应用队伍，这为建设数字化电厂，进一步发展SIS的应用打下了良好基础。
（3）推广应用现场总线系统的条件已经具备。国际上现场总线技术及现场总线智能监控设备的开发和推出已有5～10 年，现场总线标准的纷争也已统一。近三四年，现场总线技术的应用在石油、化工以及电力行业有加快的势头。
国内外石化行业已开始进入推广应用现场总线系统、全面进入企业数字化的阶段。国外也已有一些大中型火电机组成功应用现场总线系统。近二三年，现场总线控制系统在我国大型火电厂的应用也取得了一些可喜的突破，山东莱城电厂、江阴夏港电厂、云南宣威电厂、贵州纳雍电厂、浙江宁海电厂、山东威海电厂等大型火电厂以不同规模和方式应用了现场总线系统。
（1）山东电力工程咨询院于2000年底经充分论证，率先提出在华电山东莱城电厂扩建工程3、4号机组(2×300MW)的380V开关柜(共计160台)应用西门子公司的SIMOCODE电动机控制保护设备，通过PROFIBUS-DP现场总线与西门子TELEPERM-XP分散控制系统通信互联，实现全数字、分层的开环监控，即每个开关的控制、保护及调试、维护由每个SIMOCODE控制保护设备完成，各电动机间的联锁、保护则由DCS控制器实现。该方案随机组于2002年9月投入运行，其间曾作过一些改进，但总体来说应用是成功的。
随后，苏龙发电有限公司江阴夏港电厂经充分调查论证，支持山东电力工程咨询院在该厂三期工程5、6号机组(2×330MW)的380V开关柜采用SIMOCODE电动机保护控制设备(规模比莱城电厂更大)，6kV采用WDZ400系列国产智能装置分别通过PROFIBUS-DP和MODBUS总线、FOXBORO公司的FBM223和FBM224接口模件与该公司I/A分散控制系统的CP控制器通信联接，构成全数字、分层开环监控系统，该系统也已随5号机组于2004年底顺利投入运行。
（2）从2002年开始，先后在云南宣威电厂六期工程(2×300MW)、贵州纳雍二电厂(4×300MW)、甘肃张掖电厂(2×300MW)等成功将国产CSPA-2000系统的现场总线综合保护测控装置分别与多种DCS通信，实现高、低压开关柜的全数字、分层的开环监控，而把上万点的管理信息引入一个独立的网络中进行监控和维护，以减轻DCS负荷，这些系统均已成功投入运行。
（3）国华浙江宁海电厂(4×600MW)会同浙江省电力设计院在考察了德国尼德哈森电厂全面、成功采用现场总线系统(包括变送器、电动门和开关柜等)的实绩后，决定先在电动门范围内采用现场总线（包括34个电动门），通过冗余PROFIBUS-DP总线与TELEPERM-XP的控制器相联。目前该工程正在安装阶段。
（4）山东黄岛电厂4号机组(200MW)早在1999年就已将100台变送器用现场总线成功与DCS(I/A)通信实现对大量变送器的远程调校、维护和故障诊断等的管理;山东威海电厂3、4机组(300MW)也在1998年就已成功应用Hart总线构成AMS系统实现对大量变送器的远程调校、维护和故障诊断等的管理，取得了明显的效益，这也是采用现场总线系统的方案之一。
（5）海南石油化工汽电联产工程中的汽电联产项目采用横河CS3000分散控制系统，并已确定除安全保护系统外，其余的压力、差压、温度变送器及执行器均采用FF现场总线。
开展数字化电厂研究，建设示范工程也已列入根据国家发改委要求正在编制的《关于电力工业“十一五”高技术产业相关领域专项规划》中。综上所述，当前着手建设数字化电厂是完全可行的。
六、建设数字化电厂示范工程 加快电厂信息化进程
全面实现电厂数字化工作，在国内外均处于刚起步阶段，经验不足。为加快电厂信息化进程，少走弯路，建议尽快建设一个数字化电厂示范工程。通过示范工程，从电厂生产的安全可靠性和经济性及管理现代化出发，解决全厂系统和信息的总体规划、现场设备级数字化、厂级SIS和MIS功能要求及完善等问题。
（1）全厂系统和信息的总体规划。电厂数字化和网络化使管理和控制实现真正的一体化，几十个监控和管理系统将集成为1个大系统；全面实现电厂数字化，实现电厂的故障诊断和预测、状态检修、优化运行和控制等，采集的信号将比原DCS的I/O点增加2倍。如此多的信息，必须根据其性质，确定合理的信息流。因此，全厂系统和信息的总体规划将是数字化电厂的新课题，也是数字化电厂示范工程成败的关键。
（2）现场设备级数字化问题。目前现场设备级（包括变送器、执行器、电动门、开关柜等）设备采集的信息较少，无法实现控制系统故障诊断、预测和现代化管理，并改变过去那种发生停机停炉后才知道该设备故障的被动局面。现场设备级数字化要研究解决各种现场智能设备的应用、现场总线规范及与DCS及其它管理系统的接口等问题。
（3）厂级SIS和MIS的功能要求及完善问题。在现场设备级解决了数字化问题后，厂级SIS和MIS等还需进一步完善充实，将有成功应用业绩的优化控制和管理软件集成到厂级SIS和MIS平台上，最大限度地发挥数字化电厂的效益。
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