电厂智慧化建设方案及收益分析

电厂智慧化建设方案及收益分析

马继业

中电投电力工程有限公司上海200233

摘要：所谓智慧电厂，是通过数字化、信息化、网络化技术实现全厂范围各控制系统、控制设备等互联互通；通过虚拟化技术实现电厂的三维虚拟可视化；综合运用大数据、智能优化控制、智能决策支持等智能化技术手段，最终实现电厂全生命周期内的企业资产最优分配、生产质量最优控制、经济效益与社会效益的最优实现。

关键词：电厂智慧化；建设方案；收益

1导言

智慧电厂是在数字化电厂的基础上，利用物联网的技术和设备监控技术，加强信息管理和服务；清楚掌握生产流程、提高生产过程的可控性、减少人工干预、及时正确地采集生产过程数据，从而科学地制定生产计划，构建高效节能、绿色环保、环境舒适的人性化工厂。

因此实现智慧电厂首先要实现数字化，将电厂内部所有信息用数据形式将其呈现出来，表征各个元器件运行状态及寿命分析，实现实时在线监控，预防相关问题发生。但建成数字化电厂是一个庞大工程，其中包括汽轮机、锅炉、发电机等等诸多设备及人员。

2智慧建设方案

智慧建设主要包含以下三个方面：智慧安全生产管理建设、智慧生产运行建设（汽轮机发电机方面）、智能点检建设。

2.1智慧安全生产管理建设

利用设计院与设备厂家二维、三维图纸，通过对主辅机设备进行三维建模，运用现有的三维设计软件形成高精度、等比例的三维模型，与实际厂区布置、运行设备高度吻合，形成三维电厂。

利用现代人员定位系统，现场人员佩戴特定的定位标签在三维场景中对人员进行精准定位的展示。观看利用虚拟的三维电厂实现对整个生产区工作人员整个活动区域行动轨迹的监控及安全生产管控。实现人员定位。

利用全厂的三维模型进行人员三维行动轨迹展示，当人员进入危险区域或者进入明显的区域时，会实时显示该人员靠近危险源的距离信息。当到达警戒区域时，三维画面上会发出报警信号，结合人员定位技术，对靠近危险源的人员进行实时振动提示，提醒该人员远离该区域。

以人员定位为基础，通过对人员标签的授权，与三维虚拟设备、视屏监控的联动，对人员位置、工作状态显示出来。部门负责人若想查看工作人员状态，通过定位系统就可快速找到该人员。同时可以对工作区域进行设定授权，当未授权人员进入工作区域时，可通过三维虚拟电厂画面监视到，及时通知相关人员，提醒未授权人员离开。

2.2智慧生产运行建设（数字汽轮机方面）

汽轮机模型建设即就是采用三维实体设计软件，对整个汽轮发电机组进行实体设计、实体装配。将每一个内部元件进行三维设计，将所有部件建立成三维模型，实现了汽轮机所有部件的三维可视化。利用监视画面、三维装配、三维拆解等手段，强化了设备信息的规范管理和设备隐患的实时监督。实现了安全生产、安全装配、安全运行。对整个电厂建立模型，模拟各个单元，三维装配、三维拆解，做到实时监控。

通过利用已建成的三维实体模型，并在汽轮机系统上加装试验测点，远端传输在集控室和工程师站上，集成在DCS系统上，实现在线实时监控，对运行数据进行有效采集，形成在线计算。

性能计算模块可以实现以下功能计算：汽轮机热耗率、汽轮机内效率、高压缸效率、中压缸效率、机组补水率、凝结水过冷度、凝汽器端差等；厂用电率；主要辅机电耗率；主要辅机的单耗。供热量、供热比、热电比等。

而这些性能计算均可在汽轮机机组上增加测点，通过实时在线监测，对所出数据进行及时计算分析，得出计算结果。

通过对性能计算数据积累和采集，对数据进行深刻挖掘，并进行耗差分析，分纵向比较和横向比较，纵向比较即通过机组性能实现数据进行比较，评判出目前电厂的优劣，横向比较即通过一段时间的数据采集和分析，得出汽轮机发电机机组在不同负荷和工况下，对整个热力系统进行耗差分析，判断由于热力系统设计、设备状况、运行环境（负荷和背压）、运行方式及控制五大类原因造成的效率损耗，并作出精准分析和判断。

根据性能计算和耗差分析控制单元，运行人员根据其数据进行运行优化主要包括：工况分析、启停优化两个部分。不同机组及时是相同设计，在实际运行过程中，由于所处的状态不同，及时在相同负荷条件下，机组运行效率也不尽相同，这样非常有必要对机组进行工况分析，根据上网负荷，合理分配两台机组发电量，实现最优运行。

能根据工艺系统和设备本体参数的变化，对工作在恶劣环境下的重要部件和设备进行应力计算、分析和预测；也可按一定周期对过程的历史数据进行评估并将计算结果存储、积累起来，以便从中推导出总体损坏因数，为机组（设备）状态检修提供参考。设备应包括转子、汽缸、螺栓等。针对电厂汽轮机改造工程，可以实现以下关键部件寿命评估，有效对高温部件进行分析，防止安全事故发生。

提供基于数据库和专家系统的主机和主要辅机以及辅助系统故障诊断功能，通过实时分析出主机设备的故障原因、故障点，并提供排除故障的处理办法，通过诊断软件，能够实时分析出主、辅机设备的故障原因，故障点并提供排除故障的处理办法。

通过对设备参数的全过程监控与故障诊断，为设备状态检修提供决策支持。

具体功能如下：

●应进行设备启/停统计，累计运行时间；监测设备参数变化情况，应包括：历史记录、参数曲线等，应根据累计运行时间、劣化状况，提供状态检修决策支持，设备检修提示。

●设备性能预测，应进行安全余量计算以及劣化分析，结合各主要部件的原始资料、历次缺陷情况、有无返修情况等设备基础资料，分析主机和主要辅机设备的故障原因，并能通过设备基础资料的分析预测可能出现的故障情况，通知运行操作人员。并进行设备故障预报警；

●主机和主要辅机故障诊断，应监视主、辅设备运行参数，当运行参数偏离正常值时，分析其原因，以此为基础进行在线运行故障的诊断，提供具体对策和处理措施，指导运行人员进行运行调整和处理；

●将某电厂已具备的功能如汽机推力瓦磨损，汽机振动分析（TDM）分析等整合到系统中。

●故障诊断系统应汽轮机的主要部件，尤其是转子。

TSI系统能连续地监测汽轮机的各种重要参数，例如：可对转速、超速保护、偏心、轴振、盖（瓦）振、轴位移、胀差、热膨胀等参数进行监测，帮助运行人员判明机器故障，使得这些故障在引起严重损坏前能及时遮断汽轮发电机组，保证机组安全。通过对数据的采集，TSI监测信息提供了动平衡和在线诊断数据，维修人员可通过诊断数据的帮助，分析可能的机器故障，帮助提出机器预测维修方案，预测维修信息能推测出旋转机械的检修需要，使汽轮机检修更有计划性，减少检修时间，其结果是减少了检修费用，提高了汽轮机组的可用率。同时，对历史大数据统计，分析出机组运行出现故障时的差异，进行自动选取判断甄别，提取出运行工况不同点，报警提醒运行人员相关设备出现异常，并帮助相关专家判断是由于运行人员误操作导致、还是由于设备老化、设备故障导致的机组运行问题，进行分析判断。

2.3智能点检建设

智能点检通过对比历史记录、设计计算及时发现潜在风险做出更换。不仅如此，对现有数据进行及时上传，在未来以后点检时，可以进行数据下载，清楚掌握了各个设备主要状态。巡检人员可以通过现有的数据与以往数据进行对比，进行更加细致、专业的分析。

检修人员可在点检时实时通过移动APP端调取检修标准资料包（检修设备运行数据、检修工艺工序卡、检修规程、标准工作票、工器具清单、安全文明生产标准化等），避免了检修人员流动性过大造成的检修全过程周期资料碎片化、信息不对称现象，检修标准资料包精准度会随着检修样本基础数据的不断积累而提高。

3收益分析

3.1从安全生产角度

区别于传统电厂安全管理系统通常采用制度或者管理体系的被动式管理体系，而智慧电厂通过三维建模、人员定位的“互联网+”安全管理系统，形成对人员位置、重点设备、敏感区域的监控，从而实现了管理，保证每一个进入电厂人员具体定位，危险区域的保护，解决了现场人员位置与工作状态无法把控，外包工难以管理，危险区域防护不严的问题。可以实现实时对巡检人员、施工人员的位置及工作区域的把控，及时提醒非工作人员离开，或者报警告知相关人员危险区域。

另外，智慧汽轮机建设的实现，有效帮助运行人员进行机组管控，及时发现机组故障，减少机组“非停”事故，一键式启动等功能，缩短运行周期，延长机组寿命。不仅如此，还能够实现焊口焊点位置管控，快速发现漏点，对其对于“四大管道”防爆保护具有重要帮助。

3.2经济效益角度

具相关资料分析，由于采用智慧化建设后，日常电厂相关运行维护人员可减少50%，检修和巡检成本将大幅度降低，简化了运行人员操作，人员成本上将大幅度降低。同时由于优化汽轮机的运行方式，结合电厂通流改造技术，将大幅度降低机组热耗，极大提高机组效率。尤其对于发电负荷较高电厂，经济效应将更加明显。例如，人工成本每年15万元计，若减少50人，至少产生750万元成本收益。同时两套机组的平均负荷率为80%左右，按此工况进行核算，若通过运行优化实现机组的发电热耗约降低30kJ/kWh。一套联合循环机组全年节约的燃料热量为30kJ/kWh×16.25×108kWh=52650000MJ，按天然气低位热值33.7MJ/Nm3计算，一套机组全年节约天然气3278931.75Nm3，改造后年度收益为3278931.75×2.32=335万元。

3.3从时间成本角度

采用了智能点检系统化，检修人员可在检修现场实时通过移动APP端调取检修标准资料包，将大幅度减少巡检人员的维护周期。对于处在大修期时，通过三维可视化培训，提前培训机组安装和拆卸全过程，全面提高检修人员效率，缩短机组检修工期。

4结论

综上所述，实现智慧电厂首先要实现数字化，建成数字化电厂是一个庞大工程，其中包括汽轮机、锅炉、发电机等等诸多设备及人员。将电厂内部所有信息用数据形式将其呈现出来，表征各个元器件运行状态及寿命分析，实现实时在线监控，预防相关问题发生，保障机组安全稳定运行，提高了运行人员的工作舒适性和安全性，降低了电厂运行成本，保障电网的运行稳定性。

参考文献

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