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建设电厂SIS系统的意义及认识 |
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| 建设电厂SIS系统的意义及认识 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2009-3-5 9:15:07  |
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1. 概述
电厂的厂级实时监控信息系统（简称SIS系统-Supervisory Information System）属于厂级生产过程自动化范畴，实现电厂管理信息系统与各种分散控制系统之间数据交换的桥梁。厂级实时监控信息系统以分散控制系统为基础，以经济运行和提高发电企业整体效益为目的，采用先进、适用、有效的专业计算方法，实现整个电厂范围内信息共享，厂级生产过程的实时信息监控和调度，同时又提高了机组运行的可靠性。它为电厂管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据，为市场运作下的企业提供科学、准确的经济性指标。因此，它是电厂生产的成本信息和报价信息的基础。从管理角度来看，它为控制企业成本、为提高生产力提供重要而真实的运行数据。同时，通过数据的分析和比较，能提出科学的、合理的决策方案，使企业管理层的经营决策更具科学性。厂级实时监控信息系统实现了全厂范围内的管控一体化，为实现全厂整体效益的提高、信息技术的提升和稳定、经济运行的根本目的打下坚实基础。
2. 厂级实时监控信息系统的功能
厂级实时监控信息系统对于电厂的安全稳定运行具有十分重要的意义。主要集中各单元机组的参数及设备状态信息、从厂级管理的高度对各机组运行工况进行监视、分析和判断，并做出决策，指挥机组运行。厂级负荷自动分配系统经通讯接口站接收电网中调负荷指令，依据本厂各机组运行状态，自动对机组的负荷分配进行优化、管理，及动态负荷最优配置，并向各单元机组发出给定负荷指令，以求得到最佳的电力生产安全性及经济效益。电厂SIS系统的主要功能：
2.1监视、指导机组的运行
当机组在一定的负荷下运行时，各种参数存在着与负荷及其他运行条件对应的理想值，通常称之为目标值。这些目标值是根据设计、运行、热力实验等技术参数确定的，机组在运行过程中，如果这些参数偏离了目标值，就会造成热经济损失。因此SIS系统应具有监视机组的运行参数，在其发生偏离时，及时警告并对偏离进行分析计算，得出调整的操作方式，以指导机组的运行优化。
2.2降低发电企业的火电煤耗
电厂SIS系统应根据适时调整和负荷调度建议，对机组运行进行调整、及时优化机组运行条件，减少损耗，降低机组运行的成本，从整体和全局观点出发，降低发电企业的生产成本。
2.3科学分配机组负荷
根据电网中调所下达的全厂发电总负荷，对各机组出力实施不同的负荷分配方式，为发电企业带来的效益完全不同。因此，电厂SIS系统应进行科学合理的负荷分配，在满足厂级总负荷时，以大偏差优先，小偏差负荷优化为原则，同时，根据各单元机组负荷响应性能，尽可能满足单元机组负荷优化操作条件，以获取整体的最大经济效益。
2.4降低成本、提高效益
降低成本，提高经济效益是所有企业追求的目标，也是电厂SIS系统所要实现的目标。通过调整机组的运行状态，使之能更经济、更可靠、更稳定运行，对全厂的发电负荷进行科学合理分配，以获取最大的经济效益，也是降低发电企业的电力生产成本和提高效益的具体表现。
2.5管控一体化
随着中国国家电力公司体制改革的深入发展，厂网分开，竞价上网已经成为电力系统顺应经济改革的必然发展趋势。由于电力市场的出现，使电力调度、运行方式、决策管理、计划和财务各部门围绕发电企业最大利益目标而工作，就必须加快企业信息化建设，高度重视整合企业的软、硬件资源，生产过程实时信息资源。综合考虑管理信息系统和生产过程控制系统的整合，加快电厂SIS系统的应用及IT技术的提升，以实现全厂范围内的管控一体化提供了坚实基础。
3. 建设电厂SIS系统的一般设计原则
3.1实时信息共享
厂级各生产部门的实时信息应该共享。集中控制室运行值长可全面了解各单元机组运行情况，一旦发现异常状态或事故现象，能及时作出分析判断、决策并迅速处理。
3.2网络合理规划
对信息系统网络实现总体的合理规划，避免重复设置，节约投资及工程量。实现电厂管理信息网与DCS实时数据网及相关辅助系统数据网的隔离，同时构筑网络之间信息交换的桥梁。既保证了单元机组网络运行的安全性，又有利于网络间数据信息流的共享与交换。电厂SIS系统采用单独的网络架构。
3.3标准化
全厂计算机系统的软、硬件接口统一、规范化，将有利于系统的应用及开发。系统软件平台开放，能与第三方软、硬件兼容，实施时工作量小，安全性能高。接口间的通讯能较好的实现无缝连接。
4. 实现电厂SIS系统的功能模块
电厂热力系统中设备多而复杂，许多设备常处于高温、高压、高应力条件下工作，发生异常事故或故障现象的概率较高。按传统的操作管理方式，运行人员无法清楚、正确地掌握热力设备的运行状况，只能根据设备制造厂或电厂运行经验制定规程操作，电厂各机组热力系统的经济性和安全性往往达不到要求，甚至发生运行事故。电厂SIS系统的引入，是通过将各机组控制系统及相关辅助系统和公用系统等联成一体的通讯网络，组成厂级管控一体化的实时监控信息系统。从厂级管理的高度对各机组实现参数监测、机组振动检测、故障诊断及性能计算和耗差分析等指导机组运行，有效地提高机组运行的安全性、经济性和可靠性。延长设备使用寿命，减少重大事故的发生，及由此带来巨大的经济效益，从根本上保证了电厂的安全运行及经济利益。
4.1热力参数实时监测及图形显示模块
以画面、曲线、棒图、趋势等形式，实时显示全厂各热力系统中锅炉、汽机、发电机及其辅助系统，包括输煤、除灰、除渣、除尘、化水等辅助系统的设备运行状态、运行参数、系统图，为厂级生产管理人员及其运行人员提供形象直观、界面友好，实时更新的数据信息，帮助了解整个系统的运行情况及各测点间的关系。
4.2经济分析模块
电厂各机组处于稳态运行时在线性能优化计算、分析和操作指令。以主要给出高压缸、中压缸、低压缸效率和整机效率，热耗，各加热器参数及性能分析、机组工作过程的热力过程线，计算值和设计工况的偏差值以及这些偏差值引起的能量损耗等等。据此评价运行的质量及机组设备的完好程度，对提高机组的管理和适时安排机组的检修具有重要意义。
4.3寿命管理模块
寿命监测的主要功能是在汽轮机起停过程和甩负荷等负荷激烈变化过程中，在线计算和监测汽轮机转子由于受到交变热应力作用而产生的低周波疲劳损耗，该模块对保证汽轮机在役期内的安全、机组运行以及延长老机组的寿命具有重要的指导作用。
4.4负荷最优分配模块
根据电厂各机组间热耗、升降负荷特性、设备寿命损耗和燃料价格等因素，对机组间的负荷进行优化分配（包括启停），使整个电厂可以在最低的成本下运行。如果再附加一些其它的成本因素就可以形成电厂竞价上网的成本核算模块或报价系统。
4.5启动指导模块
将机、炉起停及负荷变化时的主要参数清晰地显示在屏幕上，并根据运行规程及运行经验，利用实测参数，对本次操作作出评价及对下一步操作作出提示。同时，对不符合操作规程的操作或寿命消耗记录下来，供分析故障时参考。该模块对用手动操作的或半自动操作的机组运行人员特别具有实用价值。
4.6振动监测与故障诊断模块
本模块着重对汽轮发电机组的振动参数及相关参数引入计算站进行分析，对汽轮机采用热力参数诊断法进行诊断。对于高温、高压部件，其热应力是设备安全运行的一个重要指标，故温度、压力等值要设定严格的限值范围，一旦发生越限情况，系统便会发生报警。若发生报警，系统还会自动进入模糊故障诊断模块，进行引起该越限原因的诊断计算，从而判别可能发生的故障。
4.7热力状态参数真伪辨别模块
利用热力状态参数进行性能分析和故障诊断涉及到近200~300个点的数据，该模块利用参数的时间和空间两个序列进行在线参数真伪辨别。
4.8报表输出模块
状态参数监测日报表模块可以将计算机采集来的数据进行自动分类、归档，将8小时或24小时的监测数据每隔一小时为一组打印报表输出。同时有关的运行经济性技术指标也以报表形式打印输出，对机组在整个运行期内的寿命累计损耗以曲线及数据方式打印输出、故障以曲线或报告形式打印输出供高级管理人员和技术人员分析、决策、保存使用。
4.9实时/历史数据处理模块
完整的系统必须对机组各参数进行长期的监测和管理，采用实时数据库系统，为机组建立、保存运行、故障档案、保存机组运行的历史数据。必要时，可检索机组各类历史数据档案，进行分析、研究。
主要内容有：
1、 机组历史报警档案
2、 机组历史事故记录档案
3、 机组运行状态历史趋势档案
机组正常运行时，系统能自动为机组建立运行档案、历史趋势等，按规定时间、格式要求保存数据资料，根据需要可查阅24小时、一周、一个月、一个季度、一年的参数变化趋势，以了解机组设备的完好度，以便合理安排机组的设备维修及保养，逐步过渡到状态检修，提高机组的可用度。
4.10远程故障诊断
通过网络通信方式，将电厂的数据传给研究开发中心或运行专家，及时了解并解决电厂各机组运行中出现的问题。
5． 厂级实时监控信息系统的构成
考虑到目前国内电力企业的实际运作模式，电力技术发展水平和电厂SIS系统在国内尚处在起步阶段。因此，新华公司根据各电厂机组控制方式和电力企业综合管理的实际需求结合新华XDPS－400分散控制系统及电厂SIS系统的技术特点，在网络设计和功能配置上需符合实际需求，并结合厂级SIS网络规划设计，将SIS系统接口层网络和应用层网络合并成一个网络，提出实施电厂SIS系统的技术方案及硬件配置。
5.1 网络结构一体化布局
新华公司在构筑SIS系统时按照全厂网络统一布局的原则进行网络拓扑结构和设备标识的设计，基本设计原则：
1. 全厂各楼群间的信息主干网采用1000Mbps光纤以太网相连；
2. 楼层之间和各机组的控制系统之间采用100Mbps光纤以太网相连；
3. 全厂房各控制室之间采用10/100Mbps光纤以太网相连；
全厂网络系统采用一体化布局的优点是：系统稳定，网络性能可靠，
易于维护和应用功能扩充。
5.2 多层分布式结构
采用多层分布式C/S结构，最大限度的减少系统间的通讯转接，平衡服务器和不同客户机之间的数据流量，开发了服务器端和客户端应用软件包。
5.3 实时数据库管理系统
实时数据库是实时监控信息系统的核心。实时监控信息系统的主要功能之一就是将相对专用的DCS、DEH、远动数据、关口电量、全厂电量、电缆故障监控系统及电器故障录波器的大量实时数据采集并存储起来，从而满足全厂实时监控和在线性能计算分析和耗差分析等计算的需要。因此，实时数据系统的数据库平台必须满足二点：
－系统具有高度的性能稳定性，能满足海量资料的存储和检索的需要；
－系统具有高度的开放性，具备和不同系统及设备的成熟接口，支持各种标准的数据传输标准。
因此，实时数据库是保证电厂SIS系统成功投运的关键，它包括了一整套中间件产品，是专业应用的基础并提供资料服务功能，不仅能将全厂生产过程的实时数据采集上来，还要将它们以其基本形式保存下来。然后对这些生产数据进行二次处理和分析；逐步实现在线操作指导和故障防护；生产计划和维护管理以及工厂资源优化分配和经济评估等专家应用功能，从厂级管理的高度对各机组运行工况进行监视、分析和判断并作出决策。
5.4实时信息监管
厂级SIS系统是全厂实时监控信息的中心，通过与控制系统联成一体的通讯网络。本站点将以画面、曲线、棒状图等形式，分别显示全厂各台机组的锅炉、汽机等热力设备的运行状态流程图、棒状图、参数表和趋势图。另一方面，将生成各类生产报表，记录生产过程中的各种数据和经济指标统计，按要求的格式和内容生成所需要的报表，并能按不同要求进行查询和显示。
本站点设有几十幅动态画面不断地实时显示各子系统热力状态，画面包括各部位的当前参数值的系统模拟图，棒图，趋势图表等形式，阀门的开关状态也
在系统模拟图上显示，图中数据和变化曲线均随参数采集不断滚动更新。监控人员通过这些画面能形象、逼真、直观地了解整个系统的运行工况及各测点间的相互关系。
5.5 在线性能计算分析站
在发电机组处于稳态运行时，针对单元机组进行在线性能计算和热经济性分析。可给出锅炉设备和汽轮机高压缸、中压缸、低压缸的效率和整个机组效率、热耗，各加热器参数及其性能分析，机组工作过程的热力过程曲线、计算值和设计工况的偏差值以及这些偏差值引起的能量损耗等等。工程技术人员可据此评价运行的质量及机组设备的完好程度，这对提高机组的管理和安排机组的检修具有重要的意义。
在线性能计算站将从实时数据库中读取所需的数据，完成锅炉热经济指标的计算和分析、汽轮机热经济指标的计算以及机组运行热经济指标的计算和分析，并可将计算的结果提供给值长查询，也可根据需要通过统一的客户端软件发布到MIS网络上。
5.6 热参数偏差分析站
用于热参数偏差分析计算。当机组在一定的负荷下运行时，其各种参数存在着与此工况及其相应的运行条件对应的理想值，称之为目标值。这些目标值是根据设计、运行和热力试验等技术参数确定的。电厂实际运行中，单元机组经常在变动工况下运行，此时运行参数偏离设计值。当这种偏差随特性决定或在允许范围内时，对机组的安全和经济运行影响不大，但当这种变化超过了允许范围或这些参数在一定程度上偏离了目标值，小则影响其经济性造成热经济损失，严重时还会危及到机组的安全。所以机组变工况运行时，研究参数如何变化是合理的，各个参数单独对热耗的影响程度有多大，哪些参数对热经济性的影响较大，如何调整能达到经济性最佳，这就是本站点要完成的内容。并且监视机组的这些运行热参数，在其发生偏离时及时警告并针对偏差分析出调整的调度建议，指导机组最优经济运行，以便为现场经济性运行调控提供参考。
（1）小指标分析：小指标管理是根据电力工业的特点，将国家下达的标准煤耗率、厂用电率等大的计划指标，按运行岗位分解成具体的技术经济指标，并落实到各值、班组以及个人，定期检查与评比。小指标定值的高低及完成的好坏，直接反映管理水平和运行人员的技术水平。小指标分析是将各个参数作为孤立的因素进行考核，往往为追求某一指标的高低而影响整个系统经济效益。小指标方法简单易行，实施后可取得一定的效益。
（2）基准热偏差分析（目标值分析法）：基准偏差分析方法是对机组关键性运行参数进行监督分析，根据这些参数的实际运行值和基准值(目标值)之间的偏差，计算出对机组热耗率的影响以及由此偏差所引起的运行损失。这样，运行管理人员根据损失的大小进行适当调整，节能降耗，取得最佳的经济运行效益。由于热偏差分析法的参数基准值是在实验的资料和计算结果求得的机组在某特定的运行条件下的运行参数曲线，它可以随机组负荷和环境温度的变化而变化。特点是热偏差分析比较接近于生产实际，以曲线形式考核机组的技术经济指标，可用于指导运行人员调整各项运行参数，使机组处于最佳运行状态。
6. 结束语
电厂SIS系统的推广应用尚处在起步阶段，其系统功能、监控方式、系统管理范围等在具体的应用实践中，将顺应电力市场的发展趋势，不断总结经验、逐步完善。但在未来的十年中，随着电力技术的发展日趋成熟，电厂SIS系统的建立，在厂网分开，竞价上网的电力市场中，将有助于电力企业的科学化管理，有助于建立适合我国电力企业的生产管理决策支持系统。
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