在扩建电厂项目中智能水务信息管理系统的建设与应用

在扩建电厂项目中智能水务信息管理系统的建设与应用

刘林

(陕西国华锦界能源有限公司 陕西神木 719300 )

【摘 要】 ：本文基于某电厂三期扩建工程建设过程中，搭建智能水务信息管理系统，根据电厂实际情况，因地制宜采取相应对策，采集并综合分析流量数据及水质数据，提供电厂水管网优化运行的对策，以求为在扩建电厂项目中智能水务系统的建设提供借鉴与参考。

【关键词】 ：智能水务管理；在线仪表设备；计量数据采集与分析；水质监测与分析；管理平台功能设计；

1. 引言

某电厂规划容量为6*600MW，一二期建设规模均为2*600MW亚临界燃煤机组，三期工程建设规模为2*660MW高效超超临界燃煤空冷机组，同步建设烟气脱硫、脱销、高效除尘装置。

本文基于某电厂三期扩建工程建设，如何根据电厂实际情况，综合老厂区DCS系统建设现状和扩建工程的智能水务监测需求，搭建智能水务系统平台，采集并综合分析流量数据及水质数据，提供电厂水管网安全运行的对策，以求为在扩建电厂项目中智能水务系统的建设提供借鉴与参考。

2. 在线仪表设备的选择

在扩建项目中，在线仪表的选择需要综合考虑多种因素，具体包括：电厂目前DCS系统和PI/SIS系统建设现状；目前在用仪表的种类、位置分布以及使用状态；现场工艺管路的材质、水质、流量以及防冻等多种因素；工艺流程的监测点位分布；扩建工艺以及设计的测点分布；未来需要监测分析的课题以及逻辑等。

2.1前端监测设备及监测点选定原则

首先绘制全厂的水系统工艺流程图，包括扩建部分。在工艺流程图上确定水系统监测节点分布。

工艺上的监测点选定后，要进一步确定监测点的安装位置，需要考虑如下几个因素：工艺计量条件是否满足要求；仪表种类和计量精度；计量仪表的通讯方式；电源路径和远近；备选位置。

位置选择要考虑到对各系统水量统计分析的需求，选择方便安装、容易测量、安装作业对正常工艺运行影响较小的直管段，且前后有阀门；避开可能会因为工艺启停、水温等因素造成水流逆流管段；避开大管径、大流量、高质水管道。对重要节点进行非计量监测与数据采集。参照就近、便利的原则确定供电位置。

如果为地下管道，可通过非开挖或有限开挖的方式探明，对厂区井内和建筑物进行初步勘查，确定测量仪表或其他监测设备的最佳安装位置。

在计量仪表配备上，采用分级管理的方法。在流量计的选择上根据现场条件进行规划，考虑流量计本身的特性及计量条件，选用符合现场安装条件的流量检测装置。

表1—流量计清单列表

通过实地勘察后，综合考虑某电厂现场安装条件，核实确定各子系统表计逻辑关系，列出表计清单，确定每台表计的选型、现场安装方式、取电位置、线缆敷设路径等。

3. 数据采集与上传

数据采集包括新增表计、现有表计和其它无装表条件的关口计量的二次计算。从表计至DCS信号接口，在DCS控制系统中完成新增表计的流量接入和数据计量。所有数据从生产区直接进入DCS系统，通过厂区的DCS-网闸-PI系统—管理网的安全链路，将数据送至管理网PI系统中。

智能水务系统部署在管理网内，通过PI系统接口软件获取数据。部署方式由电厂信息部门分配网络地址和线路接口，并提供PI系统访问权限，以及所需数据点位寄存器地址表。完成从PI系统数据采集数据的接口软件开发，所读取的数据存入系统数据库内。

3.1厂区流量数据采集

厂区内新增表计采用4~20mA形式接入现有DCS系统，经由DCS系统进行二次计量计算后，将瞬时和累计数据送入PI系统。

3.2水库取水远程数据采集

瑶镇水库取水点和某电厂之间约15公里直线距离且有山阻隔，需要在满足电厂信息安全的前提下将数据传输至PI系统，采用中国移动APN物联网定向点对点通讯。在水库和厂区内各设置一台数据远传终端（4G DTU），两个DTU通过APN 4G网络组成一条点对点RS485通讯链路。

厂区内采集终端中的西门子PLC，通过点对点链路，直接与水库流量计通讯，获取实时数据，并通过AO模块，将采集到的数据通过模拟量输出给电厂DCS系统，并由DCS将数据送至PI系统。

该线路完全独立，APN网络为高安全等级的无线网络，二次AO转换又进一步隔离无线网络，可以满足电厂信息安全要求。

3.3数据处理平台软件

数据处理层软件包括数据采集软件、数据处理平台软件、计量统计软件。

PI系统数据采集软件：建立数据服务器与电厂局域网直接的双向数据链路。采集PI通讯状态、数据标签、实时数据、数据时间戳等信息。

数据处理平台软件：将数据采集软件采集到的数据，按照分类和报警设置进行历史存储、报警处置。

计量统计软件：将采集到的计量数据，按照分区、分系统，以小时和日为单位进行计量数据的统计计算，并将数据按照设定分类存储。用于报表、曲线以及后台分析工具使用。

组态软件包括iConics 组态软件和OPC软件。

iConics 组态软件：iConics SCADA Server 、iConics C/S客户端；集HMI/SCADA系统、三维 (3D)虚拟现实系统、和GIS SCADA于一体的GENESIS 64 组态软件。除过程数据外，支持信息集成、支持数据管理和报警管理等功能。

Kepware OPC通讯软件：选择Kepware OPC V5.5(ODBC协议)作为数据库和iConics组态软件之间的数据桥梁。OPC负责从数据库中挖掘数据，传递给iConics平面、报警、趋势、实时历史数据库、统计分析等组件。

3.4数据上传与软件接口开发

完成智能水务系统平台与PI系统接口软件的开发，通过厂区网络和权限，按照数据点位设定，采集PI系统中与本系统有关的数据，存入智能水务平台SQL数据库。利用OSISoft公司提供的PI SDK开发包与OLEDB接口，结合数据点位编号，从PI中读取数据。读取后的数据立即存入数据库，供数据统计软件、组态软件等软件调取使用。采集的数据包括表计实时数据以及与水系统运行分析有关的机组运行数据，包括发电量、机组负荷、实发功率、除盐水流量、循环水量、水质等。

4. 数据统计分析及平台功能设计

计量数据的采集与分析是电厂安全运行管理工作的重要一环，在系统平台上实现用户水量的在线监测和管理，将水计量数据与大数据分析结果转换成节水、降耗、提升效率中需要的信息，表达计量仪表变化对厂区水务进行监督和管理。

1）状态监测

状态监测主要分为通讯状态、运行状态。通讯状态主要是针对数据长时间不变化。运行状态则是指数据超出设定范围或是其他数据异常。通过状态监测页面，随时查看PI系统接口软件的运行状态和数据更新状态。一旦异常，按照设定报警级别，通过声光报警提示。调度人员能够直观看出表计运行情况，以及故障点的分布。可定位故障点表计查看配置参数信息，为维护人员现场排查故障提供便利，提高通讯质量的监测效率。

2）水平衡动态分析

实现水平衡动态分析，涉及系统的运行数据以可视化的形式加以表达和分析，划分用水系统，表达实时和历史数据趋势，关注系统进出关口的数据变化和通讯质量。具备仪表数据、设备状态、报警功能。通过不同系统的关联数据分析，能够直观判断出其趋势是否存在异常，通过对异常的进一步分析，能够定位水系统水量的差异，进而对差异进一步分析，得出具体用水环节的故障所在。运行人员根据用水点水量变化，指导运行人员及时做出调整，达到整体调配水资源的目的。

3）设备运行参数报警

实现设备运行参数报警，通过水量变化做出判断，具有初步诊断功能，并有相应的告警功能，对各用水系统关口（取水、用水、排水）进行日、月、年及同期比较统计分析。满足异常用水点的定位提示功能。具备历史报警查看和报警线设置功能，具有记忆追溯功能，自动识别各用户在某一时间段达到用水高峰期、用水低峰期、用水平缓期，做出提前预警。

4）水务月度统计分析

实现水务统计分析（具有日、月、季、年度及自定义时间段的统计分析功能），三期工程及全厂公用系统的相关数据实现自动、实时采集数据的功能，并具有自动生成报表的功能。及时掌握水资源消耗的情况，包括用水量实时显示、用水量统计等管理内容，实现用水系统日、月、年统计分析，与定额值/设计值/同期值进行比较，如取水量分析、排放量分析、漏损量分析、补水量分析、回用量分析等，从整体上对电厂的水平衡进动态监控，根据水量变化做出调整，优化配置。

5）水质变化分析

根据水量、水质变化分析，对加药量做出提示，实现精准加药，避免加药过剩、加药不足问题。根据水池液位变化、用水水量变化，合理调配厂区水资源，实现错峰调整功能。

6）三维管网监测

3D组态需要添加表计实时数据及工作状态显示，能够通过界面轮换展示以供实时查看。3D环境下仪表数据与用户水量数据同步、同时链接管网静态信息库。

综上，采用物联网技术、三维技术、大数据分析技术等设计满足电厂长期、高效运行的智能水务信息管理（数据）平台。对现有的测量装置进行完善和升级改造，并搭建覆盖厂区计量仪表的通讯网络，实现将水计量数据转换成节能中需要的信息。并结合数据远传、仪表远控、3D工艺监控等现代技术的应用实现对全厂用水系统监控和管理，有效覆盖各级水系统监控和实施动态管理，规范水务信息化管理工作，有效满足降低发电水耗，最大限度实现降低各级废水排放量工作，降低生产成本需要。

5. 结果与讨论

本文讨论的智能水务系统建成投运至今已有半年的时间，在系统运行时间内整体实时监测、系统通讯、数据上传、数据分析、数据应用以及系统本身运行情况皆良好，对出现的问题能够快速进行解决，并出具了具有优化运行、指导用水作用的结论或报表。系统架构开放，根据使用情况可由使用方不断进行数学模型和分析方法的完善，系统可持续升级。

6. 结语

考虑到环保和经济要求，建设一个能够实时监测和反映水系统运行状况，掌握各系统、各重要水源去向流量，真实反映水系统管网布置情况，能够对运行中的异常实时报警，具备数据分析和应用能力的水平衡管理和分析的的智能水务系统十分必要，通过系统的分析数据结合专家诊断系统为系统运行提供决策数据，优化系统运行，有助于提高管网运维管理水平、发掘节能环保潜力，为智能电厂的建立奠定基础。在水资源日益宝贵的情况下，节约用水和减少水资源的浪费成为发电厂的社会责任，同时也是企业降低发电成本，提高经济效益的途径。随着动态监测项目的开展应用，某电厂将结合实际运行情况不断进行水量数据分析，进一步提高用水管理效能。

【参考文献】

［1］《火力发电厂能量平衡导则 第5部分：水平衡试验》DL/T 606.5-2009

［2］《火力发电厂节水导则》DL/T 783-2018

［3］《节水型企业火力发电行业》GB/T 26925-2011

［4］《火力发电厂水平衡导则》DL/T606.5—2009

［5］《火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定DL/T 5182》

［6］某电厂相关技术规范

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