摘要：本文介绍超临界火电机组（2*600MW）厂级监控信息系统（SIS）的应用，对机组硬件部署、网络通信结构、系统主要功能和应用情况进行了详细说明。SIS系统的投运，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。
关键词： SIS；网络结构；硬件部署；功能应用
1 概述
电厂厂级实时监控信息系统（Supervisory Information System，以下简称SIS系统）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，通过厂级生产过程的实时信息监控和调度，提高机组运行的可靠性。它为电厂管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据，为市场运做下的企业提供科学、准确的经济指标。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，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、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 SIS系统网络构建
2.1 SIS系统介绍
SIS是建立在DCS网络和MIS网络之间的一个高速度、高可靠性、超大数据容量的网络系统，该网络运行针对全厂范围的实时监控、优化控制和全厂负荷优化调度等软件，实现在整个电厂范围内充分发挥主辅机设备的潜力，达到使整个电厂工艺系统运行在最佳工况的目的。同时，在确保生产安全的要求下，将原本相互独立的、在可靠性、安全性和实时性等方面存在着明显差异的机组DCS和全厂MIS有机的连接在一起，在整个电厂范围内实现生产信息和管理信息共享。
2.2 SIS系统网络结构
SIS的网络设计和功能配置，一般根据电厂自身功能需要同时结合整个MIS网络规划进行设计。以图1中超临界机组SIS的网络结构为例。
图1
图中网络结构采用了分层分布式设计，SIS所需的所有实时信息和过程参数均从下层控制网络中以通讯方式获取，数据单向传输。整个SIS系统分为上中下三层。
下层为SIS接口层网络，采用独立接口机连接各个独立控制系统进行数据采集。接口机在给SIS区发送数据时，先通过各自的防火墙再由二级交换机与主干网连接。
中间层为SIS功能实现层，同时也是SIS的主干网络。两台实时数据库服务器、一台综合管理站、一台计算分析站、通过两条千兆双绞线与冗余配置的两台核心交换机连接。
上层为SIS应用层网络，通过正向隔离装置，中间层核心交换机与MIS侧子交换机连接，EDNA数据库服务器将数据送给MIS侧EDNA镜像服务器（MIS-DATA），MIS-DATA服务器与MIS侧 WEB服务器通过100M双绞线连接在MIS侧子交换机上面。MIS侧开启授权的用户可通过子交换机访问MIS WEB服务器。
通过分层式设计，一方面便于分散通讯负荷，提高各层通讯效率和网络可靠性；另一方面也可以通过数据服务器进行技术和通讯协议。上层技术选择强调开放性，而下层则更强调与下层各控制网络的互通性。
2.3 SIS系统硬件部署
根据等级防护划分，SIS系统拓扑图中DCS/PLC接口机以下控制网络为Ⅰ类信息安全区，SIS侧为Ⅱ类安全区，MIS侧为Ⅲ类安全区。下面分区介绍硬件部署。
Ⅰ区：8台接口机采用稳定的研华工业控制计算机，操作系统为正版微软的XP系统。
Ⅱ区：在两台IBM实时数据库服务器中安装微软2003server中文企业版操作系统并采用集群技术，每台服务器通过HBA卡及多模光纤跳线连接磁盘阵列构成服务器错误接管集群。实时数据库软件采用美国Instep的eDNA数据库产品实现数据存储功能；计算站服务器实现SIS的计算功能；综合管理服务器通过HBA卡及光纤跳线连接磁盘阵列实现备份数据功能，同时综合管理站上部署了赛门铁克防病毒软件服务器端、网管软件、备份软件、GPS软件，实现应用管理功能。
Ⅲ区：使用EDNA桥接服务，将SIS侧实时数据同步到EDNA镜像数据库。通过MIS侧WEB服务器发布实现SIS系统收集的生产过程等数据展示功能，发布系统基于Sqlserver2005关系库构建。
3 SIS应用功能
开封发电目前主要应用有：全厂生产过程监视、全厂生产数据趋势查询、机组信息分析与统计、机组性能计算、机组性能实验、机组指标分析与诊断、机组优化运行等。
3.1全厂生产过程监视
该功能通过Web方式显示全厂各生产系统实时信息，为厂级生产管理人员提供全厂各生产系统实时信息，供信息分析人员使用。可以显示锅炉、汽机、发电机及辅助生产系统的设备运行工况、主要参数、各项性能指标、效率、分析结果、操作建议、以及工艺系统图等，而这些生产实时数据信息均集中在一个功能强大的eDNA数据库中。该功能模块便于生产管理人员掌握设备的运行状况。以单元机组主系统为主，覆盖输煤、除灰、化学水处理等公用系统。运行监视系统通过模拟图、趋势图、表格和文字等形式直观显示到开启授权的终端及SIS工作站。
生产过程监视中主要有全厂信息、负荷协调控制、锅炉主保护、汽水总貌、过热蒸汽系统、凝结水系统、厂用电系统-公用、厂用电系统-单元、电气主接线、发电机励磁系统、起备快切系统、UPS系统、炉电除尘监控系统、工业废水系统、输煤程控系统、GGH系统、循环水过滤器系统等。下图2显示的是#1机组风烟系统流程画面实时显示运行参数及阀门的运行状态。
图2
3.2趋势曲线及数据查询
该功能实现厂级和机组级生产实时数据趋势、性能指标、考核指标、异常数据、统计数据的查询与回放。趋势画面可方便实现历史数据的查询。生产监控人员或管理人员可根据需要定义时间、区间、显示方式来了解关注数据的过程信息，并且根据系统计算出的过程数据趋势的变化情况进行对比分析。有助于专业管理人员完成设备运行的可靠性、经济性分析。下图3显示的是功率煤耗：
图3
3.3 信息分析与统计
该功能通过定义算法计算和统计，最终以Web表格等方式显示主要设备的运行状态、报警、事件、厂级和机组级的有关报表。生产报表及事件管理功能介绍如下。
信息分析和统计有厂级报表（包括全厂耗差分析日报、周报、月报、全厂单耗月报），机组锅炉、汽机专业运行指标报表，机组机炉电运行人员运行日报。2号机组运行日报(汽机三)如图4：
图4
事件管理对机组主要设备运行状态、启停次数、运行时间、停止时间进行统计，这些设备主要包括：送风机、引风机、汽泵、凝泵、磨煤机、给煤机等设备。同时也包括机组、锅炉、汽机系统的运行状态统计。主要统计的有动作次数、运行累计时间、停止累计时间及明细等。
3.4 性能计算
该功能实现实时对机组和设备的运行性能和经济性指标进行计算。火电厂运行性能在线计算模块的设计思想基于下列两方面的可靠性和准确性，第一个是实时在线数据的可靠性和准确性，它来源于机组DCS系统和计算中需要的其它人工数据，是系统的基础；第二个是机组性能计算模型的正确建立。两者互为支持，缺一不可。
性能计算分为：
1.厂级性能
根据来自各机组性能计算的数据和经济性分析评估，进行全厂机组经济性指标的计算功能。
包括机组性能系数、汽机热耗率、锅炉热效率、发电煤耗率、厂用电率、供电煤耗率、累计发电量、累计燃煤量、燃煤成本等。厂级性能展示如图5：
图5
以全厂平均供电煤耗率的计算为例：
2.锅炉性能
包括锅炉热效率、排烟损失、机械未完全燃烧热损失、磨煤单耗等性能指标。锅炉性能如图6：
图6
锅炉效率，排烟损失，机械未完全燃烧损失按照GB10184－88标准的规定进行计算。基准温度取空气预热器进口温度，最终锅炉效率修正到保证温度。灰、渣比率取9：1。
(1)机械未完全燃烧损失q4：
其中：Ay—燃料应用基灰分，%
Cfh—飞灰可燃物，%
Clz—炉渣含碳量，%
Qr—输入热量，kJ/kg
(2)排烟损失q2：
其中：αpy—排烟空气过剩系数，%；
tpy—排烟温度，℃；
tsf—送风温度，℃；
K1, K2—和煤种有关的系数。
(3)散热损失q5
其中：q5e—额定蒸发量下的散热损失，%；
De—锅炉的额定蒸发量；t/h；
D—锅炉的实际蒸发量；t/h；
(4)锅炉效率
对于大容量燃煤锅炉，可燃气体为完全燃烧热损失所占的比例很小，往往忽略不计，同时忽略排出石子煤的热损失，一般在计算中取为0.5。
其中：η—锅炉效率，%。
3. 汽轮机性能
包括汽机热耗率、高压缸效率、中压缸效率、厂用电率、供电煤耗率等性能指标。汽机性能如图7：
图7
汽轮机性能计算
汽轮机性能计算参照下列标准：
a美国机械工程师协会《汽轮机性能试验规程》（ASME PTC6-1996）；
b《电站汽轮机热力性能验收试验规程》（GB8117－87）
c《凝汽器性能试验规程》（JB3344-93）
d水和水蒸汽性质表：国际公式化委员会1997年工业用IFC方程；
下面介绍下2种重要参数的计算方法：
(2)汽轮机电效率
HR—热耗率，kJ/kg；
—汽轮机电效率，%。
4. 凝汽器性能
包括循环水温升、凝汽器端差、凝汽器热负荷、传热系数等性能指标。性能展示如图8：
图8
5. 空预器性能
包括空预器漏风率、空预器效率、露点温度等性能指标。性能展示如图9：
图9
6. 加热器性能
包括加热器温升、上端差、下端差、进汽流量、疏水流量等性能指标。性能展示如图10：
图10
3.5 性能试验
该功能是为了电厂专业技术人员及管理人员准确掌握机组的运行状况，了解机组各部分效率，常常会针对一些重要指标或是在大小修前后进行热力试验。实践证明，热力试验在电厂起着不可替代的作用。但是由于热力试验涉及的指标较多，计算复杂繁琐，建议热力试验不能够很频繁的进行。
系统提供有5种性能实验，包括锅炉性能、汽轮机性能、凝汽器性能、空预器性能、真空严密性。
3.6 指标分析和诊断
该功能提供给管理人员当前机组运行经济性和设备存在问题及解决问题的指导方向。通过对机组经济性指标进行科学分析，发现由于机组复杂系统中某个设备运行参数的偏差带来的能耗增加，并为解决问题提供有力依据。机组经济性指标分析来源于机组耗差分析，耗差由两部分组成：
可控耗差有：
主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热汽温度、排烟温度、烟气排烟氧量、飞灰含碳量、厂用电率、真空、凝汽器端差、最终给水温度、各加热器端差、过热器减温水流量、再热器减温水流量、低位发热量、炉渣含碳量；
不可控耗差有：
再热器压损、高压缸效率、中压缸效率、辅汽用汽量、机组补水率、凝结水过冷度。
根据机组耗差计算，系统能完成机组的性能分析。实时统计排序各实际性能值与目标性能值之间的偏差，确定偏差的原因和参数，提供偏差产生的原因，并实时显示改进措施。同时，通过棒图和饼图将耗差分析结果直观的展示给生产及管理人员。下图11为#1机组的耗差饼图。
图11
3.7 机组运行优化
该功能实现在优化运行曲线界面上可以看到机组实际运行工况点偏离优化运行曲线的程度，产生的耗差，以及目标值和实际值随时间的变化曲线。提供机组运行参数优化曲线，包括主汽压力、主汽温度、再热汽温度、排烟温度等，并且显示在线的目标趋势。如图12：
图12
对主要参数进行了优化操作指导，根据机组全面性优化调整试验和工况分析结果，帮助运行人员通过运行方式和参数调整来使得机组在最佳工况下运行，达到最大限度提高机组运行经济性的目的。主要包括：主蒸汽压力、主汽温度、低压缸排汽压力、再热汽温度、排烟温度、排烟氧量等。如图13：
图13
4 结语
厂级监控信息系统的应用使超临界机组各控制系统有机地结合在一起，从以往仅仅局限于保证工艺系统安全、正常运行的旧模式走向在安全的基础上通过优化控制和管理使整个电厂机组运行保持在最佳、最稳定、最经济的新模式。厂级监控信息系统的建设必然能提高超临界机组的综合经济效益。同时SIS系统的建设也不是一蹴而就的，它需要在使用中不断推广，不断完善。当前主流超临界机组容量已上升至1000MW,机组设备的自动化程度也在不断提高。因此超临界机组发电企业建立一套厂级监控信息系统将有助于提升企业科学管理水平，有助于企业的竞争力和发展后劲，同时也是当前电力企业推行管控一体化中信息建设不可或缺的一部分。
论文作者:吕善卿
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：机组论文; 厂级论文; 性能论文; 系统论文; 全厂论文; 锅炉论文; 实时论文; 《电力设备》2019年第16期论文;