建設電廠SIS系統(tǒng)的意義及認識

　　1.概述
　　
　　電廠的廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)（簡稱SIS系統(tǒng)-SupervisoryInformat*tem）屬于廠級生產過程自動化范疇，實現(xiàn)電廠管理信息系統(tǒng)與各種分散控制系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換的橋梁。廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)以分散控制系統(tǒng)為基礎，以經濟運行和提高發(fā)電企業(yè)整體效益為目的，采用先進、適用、有效的專業(yè)計算方法，實現(xiàn)整個電廠范圍內信息共享，廠級生產過程的實時信息監(jiān)控和調度，同時又提高了機組運行的可靠性。它為電廠管理層的決策提供真實、可靠的實時運行數(shù)據(jù)，為市場運作下的企業(yè)提供科學、準確的經濟性指標。因此，它是電廠生產的成本信息和報價信息的基礎。從管理角度來看，它為控制企業(yè)成本、為提高生產力提供重要而真實的運行數(shù)據(jù)。同時，通過數(shù)據(jù)的分析和比較，能提出科學的、合理的決策方案，使企業(yè)管理層的經營決策更具科學性。廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)實現(xiàn)了全廠范圍內的管控一體化，為實現(xiàn)全廠整體效益的提高、信息技術的提升和穩(wěn)定、經濟運行的根本目的打下堅實基礎。
　　
　　2.廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)的功能
　　
　　廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)對于電廠的安全穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。主要集中各單元機組的參數(shù)及設備狀態(tài)信息、從廠級管理的高度對各機組運行工況進行監(jiān)視、分析和判斷，并做出決策，指揮機組運行。廠級負荷自動分配系統(tǒng)經通訊接口站接收電網中調負荷指令，依據(jù)本廠各機組運行狀態(tài)，自動對機組的負荷分配進行優(yōu)化、管理，及動態(tài)負荷*配置，并向各單元機組發(fā)出給定負荷指令，以求得到*的電力生產安全性及經濟效益。電廠SIS系統(tǒng)的主要功能：
　　
　　2.1監(jiān)視、指導機組的運行
　　
　　當機組在一定的負荷下運行時，各種參數(shù)存在著與負荷及其他運行條件對應的理想值，通常稱之為目標值。這些目標值是根據(jù)設計、運行、熱力實驗等技術參數(shù)確定的，機組在運行過程中，如果這些參數(shù)偏離了目標值，就會造成熱經濟損失。因此SIS系統(tǒng)應具有監(jiān)視機組的運行參數(shù)，在其發(fā)生偏離時，及時警告并對偏離進行分析計算，得出調整的操作方式，以指導機組的運行優(yōu)化。
　　
　　2.2降低發(fā)電企業(yè)的火電煤耗
　　
　　電廠SIS系統(tǒng)應根據(jù)適時調整和負荷調度建議，對機組運行進行調整、及時優(yōu)化機組運行條件，減少損耗，降低機組運行的成本，從整體和全局觀點出發(fā)，降低發(fā)電企業(yè)的生產成本。
　　
　　2.3科學分配機組負荷
　　
　　根據(jù)電網中調所下達的全廠發(fā)電總負荷，對各機組出力實施不同的負荷分配方式，為發(fā)電企業(yè)帶來的效益*不同。因此，電廠SIS系統(tǒng)應進行科學合理的負荷分配，在滿足廠級總負荷時，以大偏差優(yōu)先，小偏差負荷優(yōu)化為原則，同時，根據(jù)各單元機組負荷響應性能，盡可能滿足單元機組負荷優(yōu)化操作條件，以獲取整體的zui大經濟效益。
　　
　　2.4降低成本、提益
　　
　　降低成本，提高經濟效益是所有企業(yè)追求的目標，也是電廠SIS系統(tǒng)所要實現(xiàn)的目標。通過調整機組的運行狀態(tài)，使之能更經濟、更可靠、更穩(wěn)定運行，對全廠的發(fā)電負荷進行科學合理分配，以獲取zui大的經濟效益，也是降低發(fā)電企業(yè)的電力生產成本和提益的具體表現(xiàn)。
　　
　　2.5管控一體化
　　
　　隨著中國國家電力公司體制改革的深入發(fā)展，廠網分開，競價上網已經成為電力系統(tǒng)順應經濟改革的必然發(fā)展趨勢。由于電力市場的出現(xiàn)，使電力調度、運行方式、決策管理、計劃和財務各部門圍繞發(fā)電企業(yè)zui大利益目標而工作，就必須加快企業(yè)信息化建設，高度重視整合企業(yè)的軟、硬件資源，生產過程實時信息資源。綜合考慮管理信息系統(tǒng)和生產過程控制系統(tǒng)的整合，加快電廠SIS系統(tǒng)的應用及IT技術的提升，以實現(xiàn)全廠范圍內的管控一體化提供了堅實基礎。
　　
　　3.建設電廠SIS系統(tǒng)的一般設計原則
　　
　　3.1實時信息共享
　　
　　廠級各生產部門的實時信息應該共享。集中控制室運行值長可全面了解各單元機組運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)或事故現(xiàn)象，能及時作出分析判斷、決策并迅速處理。
　　
　　3.2網絡合理規(guī)劃
　　
　　對信息系統(tǒng)網絡實現(xiàn)總體的合理規(guī)劃，避免重復設置，節(jié)約投資及工程量。實現(xiàn)電廠管理信息網與DCS實時數(shù)據(jù)網及相關輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)網的隔離，同時構筑網絡之間信息交換的橋梁。既保證了單元機組網絡運行的安全性，又有利于網絡間數(shù)據(jù)信息流的共享與交換。電廠SIS系統(tǒng)采用單獨的網絡架構。
　　
　　3.3標準化
　　
　　全廠計算機系統(tǒng)的軟、硬件接口統(tǒng)一、規(guī)范化，將有利于系統(tǒng)的應用及開發(fā)。系統(tǒng)軟件平臺開放，能與第三方軟、硬件兼容，實施時工作量小，安全性能高。接口間的通訊能較好的實現(xiàn)無縫連接。
　　
　　4.實現(xiàn)電廠SIS系統(tǒng)的功能模塊
　　
　　電廠熱力系統(tǒng)中設備多而復雜，許多設備常處于高溫、高壓、高應力條件下工作，發(fā)生異常事故或故障現(xiàn)象的概率較高。按傳統(tǒng)的操作管理方式，運行人員無法清楚、正確地掌握熱力設備的運行狀況，只能根據(jù)設備制造廠或電廠運行經驗制定規(guī)程操作，電廠各機組熱力系統(tǒng)的經濟性和安全性往往達不到要求，甚至發(fā)生運行事故。電廠SIS系統(tǒng)的引入，是通過將各機組控制系統(tǒng)及相關輔助系統(tǒng)和公用系統(tǒng)等聯(lián)成一體的通訊網絡，組成廠級管控一體化的實時監(jiān)控信息系統(tǒng)。從廠級管理的高度對各機組實現(xiàn)參數(shù)監(jiān)測、機組振動檢測、故障診斷及性能計算和耗差分析等指導機組運行，有效地提高機組運行的安全性、經濟性和可靠性。延長設備使用壽命，減少重大事故的發(fā)生，及由此帶來巨大的經濟效益，從根本上保證了電廠的安全運行及經濟利益。
　　
　　4.1熱力參數(shù)實時監(jiān)測及圖形顯示模塊
　　
　　以畫面、曲線、棒圖、趨勢等形式，實時顯示全廠各熱力系統(tǒng)中鍋爐、汽機、發(fā)電機及其輔助系統(tǒng)，包括輸煤、除灰、除渣、除塵、化水等輔助系統(tǒng)的設備運行狀態(tài)、運行參數(shù)、系統(tǒng)圖，為廠級生產管理人員及其運行人員提供形象直觀、界面友好，實時更新的數(shù)據(jù)信息，幫助了解整個系統(tǒng)的運行情況及各測點間的關系。
　　
　　4.2經濟分析模塊
　　
　　電廠各機組處于穩(wěn)態(tài)運行時在線性能優(yōu)化計算、分析和操作指令。以主要給出高壓缸、中壓缸、低壓缸效率和整機效率，熱耗，各加熱器參數(shù)及性能分析、機組工作過程的熱力過程線，計算值和設計工況的偏差值以及這些偏差值引起的能量損耗等等。據(jù)此評價運行的質量及機組設備的完好程度，對提高機組的管理和適時安排機組的檢修具有重要意義。
　　
　　4.3壽命管理模塊
　　
　　壽命監(jiān)測的主要功能是在汽輪機起停過程和甩負荷等負荷激烈變化過程中，在線計算和監(jiān)測汽輪機轉子由于受到交變熱應力作用而產生的低周波疲勞損耗，該模塊對保證汽輪機在役期內的安全、機組運行以及延長老機組的壽命具有重要的指導作用。
　　
　　4.4負荷*分配模塊
　　
　　根據(jù)電廠各機組間熱耗、升降負荷特性、設備壽命損耗和燃料價格等因素，對機組間的負荷進行優(yōu)化分配（包括啟停），使整個電廠可以在zui低的成本下運行。如果再附加一些其它的成本因素就可以形成電廠競價上網的成本核算模塊或報價系統(tǒng)。
　　
　　4.5啟動指導模塊
　　
　　將機、爐起停及負荷變化時的主要參數(shù)清晰地顯示在屏幕上，并根據(jù)運行規(guī)程及運行經驗，利用實測參數(shù)，對本次操作作出評價及對下一步操作作出提示。同時，對不符合操作規(guī)程的操作或壽命消耗記錄下來，供分析故障時參考。該模塊對用手動操作的或半自動操作的機組運行人員特別具有實用價值。
　　
　　4.6振動監(jiān)測與故障診斷模塊
　　
　　本模塊著重對汽輪發(fā)電機組的振動參數(shù)及相關參數(shù)引入計算站進行分析，對汽輪機采用熱力參數(shù)診斷法進行診斷。對于高溫、高壓部件，其熱應力是設備安全運行的一個重要指標，故溫度、壓力等值要設定嚴格的限值范圍，一旦發(fā)生越限情況，系統(tǒng)便會發(fā)生報警。若發(fā)生報警，系統(tǒng)還會自動進入模糊故障診斷模塊，進行引起該越限原因的診斷計算，從而判別可能發(fā)生的故障。
　　
　　4.7熱力狀態(tài)參數(shù)真?zhèn)伪鎰e模塊
　　
　　利用熱力狀態(tài)參數(shù)進行性能分析和故障診斷涉及到近200~300個點的數(shù)據(jù)，該模塊利用參數(shù)的時間和空間兩個序列進行在線參數(shù)真?zhèn)伪鎰e。
　　
　　4.8報表輸出模塊
　　
　　狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測日報表模塊可以將計算機采集來的數(shù)據(jù)進行自動分類、歸檔，將8小時或24小時的監(jiān)測數(shù)據(jù)每隔一小時為一組打印報表輸出。同時有關的運行經濟性技術指標也以報表形式打印輸出，對機組在整個運行期內的壽命累計損耗以曲線及數(shù)據(jù)方式打印輸出、故障以曲線或報告形式打印輸出供管理人員和技術人員分析、決策、保存使用。
　　
　　4.9實時/歷史數(shù)據(jù)處理模塊
　　
　　完整的系統(tǒng)必須對機組各參數(shù)進行長期的監(jiān)測和管理，采用實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，為機組建立、保存運行、故障檔案、保存機組運行的歷史數(shù)據(jù)。必要時，可檢索機組各類歷史數(shù)據(jù)檔案，進行分析、研究。
　　
　　主要內容有：
　　
　　1、機組歷史報警檔案
　　
　　2、機組歷史事故記錄檔案
　　
　　3、機組運行狀態(tài)歷史趨勢檔案
　　
　　機組正常運行時，系統(tǒng)能自動為機組建立運行檔案、歷史趨勢等，按規(guī)定時間、格式要求保存數(shù)據(jù)資料，根據(jù)需要可查閱24小時、一周、一個月、一個季度、一年的參數(shù)變化趨勢，以了解機組設備的完好度，以便合理安排機組的設備維修及保養(yǎng)，逐步過渡到狀態(tài)檢修，提高機組的可用度。
　　
　　4.10遠程故障診斷
　　
　　通過網絡通信方式，將電廠的數(shù)據(jù)傳給研究開發(fā)中心或運行專家，及時了解并解決電廠各機組運行中出現(xiàn)的問題。
　　
　　5．廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)的構成
　　
　　考慮到目前國內電力企業(yè)的實際運作模式，電力技術發(fā)展水平和電廠SIS系統(tǒng)在國內尚處在起步階段。因此，新華公司根據(jù)各電廠機組控制方式和電力企業(yè)綜合管理的實際需求結合新華XDPS－400分散控制系統(tǒng)及電廠SIS系統(tǒng)的技術特點，在網絡設計和功能配置上需符合實際需求，并結合廠級SIS網絡規(guī)劃設計，將SIS系統(tǒng)接口層網絡和應用層網絡合并成一個網絡，提出實施電廠SIS系統(tǒng)的技術方案及硬件配置。

　　
　　圖5.1電廠SIS系統(tǒng)拓撲結構示意圖
　　
　　5.1網絡結構一體化布局
　　
　　新華公司在構筑SIS系統(tǒng)時按照全廠網絡統(tǒng)一布局的原則進行網絡拓撲結構和設備標識的設計，基本設計原則：
　　
　　1.全廠各樓群間的信息主干網采用1000Mbps光纖以太網相連；
　　
　　2.樓層之間和各機組的控制系統(tǒng)之間采用100Mbps光纖以太網相連；
　　
　　3.全廠房各控制室之間采用10/100Mbps光纖以太網相連；
　　
　　全廠網絡系統(tǒng)采用一體化布局的優(yōu)點是：系統(tǒng)穩(wěn)定，網絡性能可靠，易于維護和應用功能擴充。
　　
　　5.2多層分布式結構
　　
　　采用多層分布式C/S結構，zui大限度的減少系統(tǒng)間的通訊轉接，平衡服務器和不同客戶機之間的數(shù)據(jù)流量，開發(fā)了服務器端和客戶端應用軟件包。
　　
　　5.3實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
　　
　　實時數(shù)據(jù)庫是實時監(jiān)控信息系統(tǒng)的核心。實時監(jiān)控信息系統(tǒng)的主要功能之一就是將相對的DCS、DEH、遠動數(shù)據(jù)、關口電量、全廠電量、電纜故障監(jiān)控系統(tǒng)及電器故障錄波器的大量實時數(shù)據(jù)采集并存儲起來，從而滿足全廠實時監(jiān)控和在線性能計算分析和耗差分析等計算的需要。因此，實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫平臺必須滿足二點：
　　
　　——系統(tǒng)具有高度的性能穩(wěn)定性，能滿足海量資料的存儲和檢索的需要；
　　
　　——系統(tǒng)具有高度的開放性，具備和不同系統(tǒng)及設備的成熟接口，支持各種標準的數(shù)據(jù)傳輸標準。
　　
　　因此，實時數(shù)據(jù)庫是保證電廠SIS系統(tǒng)成功投運的關鍵，它包括了一整套中間件產品，是專業(yè)應用的基礎并提供資料服務功能，不僅能將全廠生產過程的實時數(shù)據(jù)采集上來，還要將它們以其基本形式保存下來。然后對這些生產數(shù)據(jù)進行二次處理和分析；逐步實現(xiàn)在線操作指導和故障防護；生產計劃和維護管理以及工廠資源優(yōu)化分配和經濟評估等專家應用功能，從廠級管理的高度對各機組運行工況進行監(jiān)視、分析和判斷并作出決策。
　　
　　5.4實時信息監(jiān)管
　　
　　廠級SIS系統(tǒng)是全廠實時監(jiān)控信息的中心，通過與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體的通訊網絡。本站點將以畫面、曲線、棒狀圖等形式，分別顯示全廠各臺機組的鍋爐、汽機等熱力設備的運行狀態(tài)流程圖、棒狀圖、參數(shù)表和趨勢圖。另一方面，將生成各類生產報表，記錄生產過程中的各種數(shù)據(jù)和經濟指標統(tǒng)計，按要求的格式和內容生成所需要的報表，并能按不同要求進行查詢和顯示。
　　
　　本站點設有幾十幅動態(tài)畫面不斷地實時顯示各子系統(tǒng)熱力狀態(tài)，畫面包括各部位的當前參數(shù)值的系統(tǒng)模擬圖，棒圖，趨勢圖表等形式，閥門的開關狀態(tài)也
　　
　　在系統(tǒng)模擬圖上顯示，圖中數(shù)據(jù)和變化曲線均隨參數(shù)采集不斷滾動更新。監(jiān)控人員通過這些畫面能形象、逼真、直觀地了解整個系統(tǒng)的運行工況及各測點間的相互關系。
　　
　　在系統(tǒng)模擬圖上顯示，圖中數(shù)據(jù)和變化曲線均隨參數(shù)采集不斷滾動更新。監(jiān)控人員通過這些畫面能形象、逼真、直觀地了解整個系統(tǒng)的運行工況及各測點間的相互關系。


　　
　　5.5在線性能計算分析站
　　
　　在發(fā)電機組處于穩(wěn)態(tài)運行時，針對單元機組進行在線性能計算和熱經濟性分析。可給出鍋爐設備和汽輪機高壓缸、中壓缸、低壓缸的效率和整個機組效率、熱耗，各加熱器參數(shù)及其性能分析，機組工作過程的熱力過程曲線、計算值和設計工況的偏差值以及這些偏差值引起的能量損耗等等。工程技術人員可據(jù)此評價運行的質量及機組設備的完好程度，這對提高機組的管理和安排機組的檢修具有重要的意義。
　　
　　在線性能計算站將從實時數(shù)據(jù)庫中讀取所需的數(shù)據(jù)，完成鍋爐熱經濟指標的計算和分析、汽輪機熱經濟指標的計算以及機組運行熱經濟指標的計算和分析，并可將計算的結果提供給值長查詢，也可根據(jù)需要通過統(tǒng)一的客戶端軟件發(fā)布到MIS網絡上。
　　
　　5.6熱參數(shù)偏差分析站
　　
　　用于熱參數(shù)偏差分析計算。當機組在一定的負荷下運行時，其各種參數(shù)存在著與此工況及其相應的運行條件對應的理想值，稱之為目標值。這些目標值是根據(jù)設計、運行和熱力試驗等技術參數(shù)確定的。電廠實際運行中，單元機組經常在變動工況下運行，此時運行參數(shù)偏離設計值。當這種偏差隨特性決定或在允許范圍內時，對機組的安全和經濟運行影響不大，但當這種變化超過了允許范圍或這些參數(shù)在一定程度上偏離了目標值，小則影響其經濟性造成熱經濟損失，嚴重時還會危及到機組的安全。所以機組變工況運行時，研究參數(shù)如何變化是合理的，各個參數(shù)單獨對熱耗的影響程度有多大，哪些參數(shù)對熱經濟性的影響較大，如何調整能達到經濟性*，這就是本站點要完成的內容。并且監(jiān)視機組的這些運行熱參數(shù)，在其發(fā)生偏離時及時警告并針對偏差分析出調整的調度建議，指導機組*經濟運行，以便為現(xiàn)場經濟性運行調控提供參考。
　　
　　（1）小指標分析：小指標管理是根據(jù)電力工業(yè)的特點，將國家下達的標準煤耗率、廠用電率等大的計劃指標，按運行崗位分解成具體的技術經濟指標，并落實到各值、班組以及個人，定期檢查與評比。小指標定值的高低及完成的好壞，直接反映管理水平和運行人員的技術水平。小指標分析是將各個參數(shù)作為孤立的因素進行考核，往往為追求某一指標的高低而影響整個系統(tǒng)經濟效益。小指標方法簡單易行，實施后可取得一定的效益。
　　
　　（2）基準熱偏差分析（目標值分析法）：基準偏差分析方法是對機組關鍵性運行參數(shù)進行監(jiān)督分析，根據(jù)這些參數(shù)的實際運行值和基準值（目標值）之間的偏差，計算出對機組熱耗率的影響以及由此偏差所引起的運行損失。這樣，運行管理人員根據(jù)損失的大小進行適當調整，節(jié)能降耗，取得*的經濟運行效益。由于熱偏差分析法的參數(shù)基準值是在實驗的資料和計算結果求得的機組在某特定的運行條件下的運行參數(shù)曲線，它可以隨機組負荷和環(huán)境溫度的變化而變化。特點是熱偏差分析比較接近于生產實際，以曲線形式考核機組的技術經濟指標，可用于指導運行人員調整各項運行參數(shù)，使機組處于*運行狀態(tài)。
　　
　　6.結束語
　　
　　電廠SIS系統(tǒng)的推廣應用尚處在起步階段，其系統(tǒng)功能、監(jiān)控方式、系統(tǒng)管理范圍等在具體的應用實踐中，將順應電力市場的發(fā)展趨勢，不斷總結經驗、逐步完善。但在未來的十年中，隨著電力技術的發(fā)展日趨成熟，電廠SIS系統(tǒng)的建立，在廠網分開，競價上網的電力市場中，將有助于電力企業(yè)的科學化管理，有助于建立適合我國電力企業(yè)的生產管理決策支持系統(tǒng)。