摘 要：针对燃煤火力发电站，分析输煤系统存在的问题，基于输煤栈道智能巡检机器人，打造无人输煤安全管控系统，动态感知落煤管堵塞、皮带撕裂、皮带跑偏、燃煤体积流量、现场温度，并及时、精准、自动推送报警，以提高输煤运行过程的安全风险管控和应急处置能力。结果表明无人输煤系统的功能包括落煤管堵塞感知、皮带撕裂感知、皮带跑偏感知、现场温度感知、视频监视和动态追踪。无人输煤系统由智能机器人代替人工巡检作业，巡检速度提高了3倍以上，可实现全天候无间断的巡检，全面提升了落煤管堵塞、皮带撕裂、皮带跑偏、现场起火等现场不安全事件的感知识别能力。输煤系统的可靠性、报警及时性提高了一倍以上，准确度达到90%以上。
关键词：燃煤火力发电；无人输煤系统；输煤栈道巡检机器人；皮带跑偏和撕裂感知；智能报警；安全风险管控
1引 言
输煤系统是燃煤火力发电厂重要组成部分，负责将煤场或卸煤沟的煤炭通过输煤皮带，输送至原煤仓[1-4]。如果输煤系统发生安全事故，将影响机组上煤，一旦原煤仓的煤被烧空，机组只能被动停机，对燃煤电站的安全稳定运行造成极其恶劣的影响[3-6]。目前输煤系统仍然采用人工巡检的模式，工作劳动强度大，容易巡检不及时和不到位；工作现场的条件和环境恶劣，对人身安全和健康造成不良影响[4-7]。由于巡检不到位，危险发现不及时，造成事故扩大化，个别电厂甚至发生了输煤栈桥的皮带着火事故，严重威胁电厂的安全[5-9]。因此，有必要结合工业互联网、物联网、机器人、人工智能等技术，尝试实现无人输煤系统，用机器人巡检和算法识别代替人的巡检功能，实现现场危险、复杂环境的安全态势感知和智能报警，提高火电站风险管控和应急响应能力。
本研究针对燃煤火力发电站，分析输煤系统存在的问题，基于输煤栈道智能巡检机器人，打造无人输煤安全管控系统，动态感知落煤管堵塞、皮带撕裂、皮带跑偏、燃煤体积流量、现场温度，并及时、精准、自动推送报警，以提高输煤运行过程的安全风险管控和应急处置能力。本文的分析有助于了解燃煤火力厂输煤系统存在的问题，通过设计无人输煤系统，实现多种危险复杂工况的实时态势感知，及时推送报警，降低现场工作人员的劳动强度和危险性，实现更安全、更高效的无人输煤运行。
2输煤系统现状
输煤系统存在的问题包括：
（1）人员需24小时值班，劳动劳动强度大。输煤系统目前都是有人值守，防止皮带跑偏、撕裂，煤粉自燃，并及时人工干预。由于存在人员疲倦或巡检不及时等因素，可能造成人员巡检不到位的现象，造成输煤系统的缺陷发现不及时，故障扩大化。
（2）输煤系统工作环境差，影响巡检人员的人身安全和健康。输煤系统的噪音大，煤粉污染严重，且存在转动机械，容易造成人员受伤。
（3）输煤系统存在煤粉自燃等火灾隐患。已经有电厂发生过输煤系统着火事故，造成重大的损失，也给电厂输煤系统安全稳定运行造成不安全的隐患。某电厂输煤栈桥的皮带发生着火事故，也说明仅靠人员的高强度巡检，并不能快速、及时发现现场超温和过热等隐患，并不能完全保证输煤系统的安全性。
3无人输煤系统
无人输煤系统的功能包括落煤管堵塞感知、皮带撕裂感知、皮带跑偏感知、现场温度感知、燃煤体积流量识别和计算、视频监视和动态追踪。无人输煤系统的组成包括：
（1）智能巡检机器人。图1示出的智能巡检机器人搭载的传感器包括高清摄像头、红外热像仪、激光器等。智能巡检机器人在传动系统的牵引下，沿轨道往复移动进行全方位地扫描和监测。
.png)
图1 输煤栈桥智能巡检机器人
（2）巡检轨道和高速驱动系统。高速驱动系统负责驱动机器人高速、可靠、稳定、精确地运动，与智能集中管控系统连接。可通过智能集中管控系统远程操控，支持定位运动、定量运动等方式，同时可以对运动速度、运动周期进行自定义，最高速度可达4 m/s，最大爬坡能力20°。
（3）皮带感知识别系统。皮带感知识别系统负责从上部和下部实时监测皮带表面的状态，并将监测数据实时传输给智能集中管控系统。皮带感知识别系统需采用激光实时扫描、皮带电机电流实时监测和视频监视等多种方式，感知识别皮带的运行状态。采用先进算法，确保从复杂的皮带表面快速、准确地提取撕裂特征，计算皮带上的燃煤体积流量。
（4）通讯系统。通讯系统主要包括信号转换器、直流稳压电源、定向天线、光缆、光纤分线盒、交换机等。信号转换器主要用于搭建无线通讯网络平台，实现整个系统中控制上位机与巡检机器人之间的信息传输。
（5）智能集中管控系统。图2所示的无人输煤系统后台软件，作为无人输煤系统的智能集中管控系统，是整个系统的大脑，负责接收、处理、计算、分析和识别红外仪、激光器、传感器等现场设备的数据和控制整个系统的运行。智能集中管控系统支持灵活的巡检模式，包括人工远程操控巡检、任务计划型巡检、重点区域巡检、定时定点监测、皮带联动巡检等模式。系统可以定点或动态实时显示制定位置的皮带上燃煤的横截图形，并计算出体积流量。
当落煤管发生堵塞时，系统可在10 s之内确定感知，并发出预警，可关联皮带，自动停止。当皮带发生撕裂时，系统可在5 s之内确定感知，并发出预警，可关联皮带，自动停止。当皮带发生跑偏时，系统可在5s之内确定感知，并发出预警，可关联皮带，自动停止。当现场温度发生超高时，系统可在10s之内确定感知，并发出预警，可关联皮带，自动停止。可切至手动模式，自动灵活操控巡检机器人，通过无死角的视频，第一时间掌握现场实际情况。当现场出现堵塞、撕裂、跑偏、温度超高时，可自动跟踪锁定异常位置，将现场画面第一时间展示在控制台。
.png)
图2 基于输煤栈桥巡检机器人的无人输煤系统后台软件
4实施效果
无人输煤系统由智能机器人代替人工巡检作业，巡检速度提高了3倍以上，可实现全天候无间断的巡检。无人输煤系统不受白天黑夜和雨雾影响，能进行全天候巡检，并将巡检数据自动上传至远端服务器。巡检机器人在传动系统的驱动下沿轨道往复行驶，实时采集运行区域中的各项监控数据，并通过信号转换器搭建的无线网络传输到显示控制箱，在监控界面实时显示整个设备运行状况。信号可传输至输煤程控室，进行实时监视、远程操控和自动预警，实现现场画面的动态追踪，辅助集控运行人员在第一时间掌握现场情况。
无人输煤系统全面提升了落煤管堵塞、皮带撕裂、皮带跑偏、现场起火等现场不安全事件的感知识别能力。输煤系统的可靠性、报警的及时性提高了一倍以上，准确度达到90%以上。
5结 论
针对燃煤火力发电站，分析输煤系统存在的问题，基于输煤栈道智能巡检机器人，打造无人输煤安全管控系统，动态感知落煤管堵塞、皮带撕裂、皮带跑偏、燃煤体积流量、现场温度，实现及时、精准、自动推送报警，以提高输煤运行过程的安全风险管控和应急处置能力。结果表明：
（1）输煤系统存在的问题包括人员需24小时值班，劳动强度大；输煤系统工作环境差，影响巡检人员的人身安全和健康；输煤系统存在煤粉自燃等火灾隐患。
（2）无人输煤系统的组成包括智能巡检机器人、巡检轨道、高速驱动系统、皮带感知识别系统、通讯系统和智能集中管控系统。智能巡检机器人搭载的传感器包括高清摄像头、红外热像仪、激光器等。智能巡检机器人在传动系统的牵引下，沿轨道往复移动进行全方位地扫描和监测。智能集中管控系统是整个系统的大脑，负责接收、处理、计算、分析和识别红外仪、激光器、传感器等现场设备的数据和控制整个系统的运行。当现场出现堵塞、撕裂、跑偏、温度超高时，可自动跟踪锁定异常位置，将现场画面第一时间展示在控制台。
（3）无人输煤系统的功能包括落煤管堵塞感知、皮带撕裂感知、皮带跑偏感知、现场温度感知、燃煤体积流量识别和计算、视频监视和动态追踪。
（4）无人输煤系统由智能机器人代替人工巡检作业，巡检速度将提高3倍以上，可实现全天候无间断的巡检，并将巡检数据自动上传至远端服务器。无人输煤系统全面提升了落煤管堵塞、皮带撕裂、皮带跑偏、现场起火等现场不安全事件的感知识别能力，输煤系统的可靠性、及时性提高了一倍以上，准确度达到90%以上。
参考文献
[1]邬馗星, 张继东, 陆海涛, 包海斌, 吴豪, 温翔宇, 赵俊杰. 基于锅炉受热面脏污动态监测的吹灰控制策略分析[J]. 中国电业, 2019, 47(15): 382-383.
[2]王政翱, 杨光, 韩啸, 康佳, 柳霞霞, 赵俊杰. 330 MW机组低励限制与失磁保护配合的模型分析[J]. 防护工程, 2017, (36): 153, 155.
[3]沈跃军, 马克, 崔畅元, 周健, 兰俊生, 赵俊杰. 大数据与逻辑故障树在火电厂故障诊断中应用[J]. 电力设备, 2018, (10): 62-63.
[4]贺舒婷, 朱贤伟, 叶启明, 翁天天, 赵俊杰. 火力发电企业EAM系统运行效率分析及优化[J]. 移动信息, 2016, 10(10): 58-60.
[5]赵俊杰, 陆海涛, 包海斌, 吴豪, 赵思嘉, 张继东, 周健. 基于锅炉四管可视化的防磨防爆监测和智能泄漏预警[J]. 神华科技, 2019, 17(8): 47-50.
[6]李孟周, 伏劲宇, 杜杰, 张毅龙, 兰俊生, 赵俊杰. 燃煤火电集控运行精益化管理提升策略研究[J]. 电力设备, 2017, (34): 230, 232.
[7]赵俊杰, 陆海涛, 吴豪, 杨如意, 王利敏, 王献文, 刘强, 胡勇. 基于人工智能算法的智能视频识别燃煤火电厂跑冒滴漏[J]. 神华科技, 2019, 17(9): 40-44.
[8]沈跃军, 马克, 周健, 马俊峰, 张毅龙, 赵俊杰. 基于逻辑故障树的智能DCS早期预警建模与应用[J]. 防护工程, 2018, (9): 470, 472.
[9]王政翱, 韩啸, 杨光, 柳霞霞, 宋歌, 赵俊杰. 330 MW机组电流互感器对保护装置的影响及解决措施[J]. 防护工程, 2018, (2): 202, 205.
论文作者:张二祥
论文发表刊物:《中国电业》2019年20期
论文发表时间:2020/3/10
标签：系统论文; 皮带论文; 机器人论文; 现场论文; 智能论文; 燃煤论文; 实时论文; 《中国电业》2019年20期论文;