SIS在热电冷联供联合循环电厂的应用

　　摘要：介绍厂级监控信息系统（SIS）在北京太阳宫燃气热电冷联供联合循环系统中的应用情况。重点阐述针对联合循环电厂开发的SIS各应用软件模块，如性能计算软件实现了机组性能实时监测、部件损耗计算，指导优化运行；负荷与燃气预测软件对机组实时zui大出力进行预测，并进行天然气用
　　
　　引言
　　
　　北京太阳宫燃气热电冷联供工程是北京2008奥运配套项目，采用了具有先进水平的二拖一燃气-蒸汽联合循环机组，实行热、电、冷三联供。全厂在设计工况下的发电出力为706.12MW，供热能力为465.2MW。
　　
　　北京太阳宫燃气热电冷联供工程采用了北京同方电子科技有限公司自主研发的厂级监控信息系统-TYG-SIS[1]。TYG-SIS针对太阳宫燃气热电冷三联供工程的特殊性，以降低成本、节能减耗，成为电厂生产专家级助手为目标进行开发，以厂级性能计算和分析、负荷燃气预测、燃气轮机寿命管理等运行优化软件为支撑，在太阳宫电厂信息管理与自动控制一体化中起着重要作用。系统投运以来，指导优化运行的效果已初步显现，现已成为将太阳宫电厂建设成为绿色、节能、环保的数字化电厂的好帮手。
　　
　　一、TYG－SIS及其功能
　　
　　作为电厂信息化建设的纽带和桥梁，TYG－SIS系统首先要保证自身系统的安全、可靠[2]，主要途径为：（l）采用正向隔离网闸进行有效的物理隔离（隔离参数为lb）：对底层控制系统、厂级监控信息系统、管理信息系统进行隔离，有效保证控制系统及SIS的安全性；（2）部署Symante。防病毒软件进行有效的网络安全防护；（3）选用高可靠性的网络设备和的网管系统保证系统的可靠性等。
　　
　　有了良好的安全性、可靠性保证，SIS才能稳定、地进行数据采集、存储、分析和传输。TYG-SIS首先采用标准的网络接口及通信协议进行实时数据采集；然后采用PI实时历史数据库进行数据存储；zui后通过具有针对性的燃气轮机电厂应用软件[3-4]实现各种功能，并将通信数据传输到管理信息系统。TYG-SIS系统针对热电冷三联供的联合循环电厂开发了包括厂级性能计算、负荷与燃气预测、燃气轮机寿命管理等功能模块，为全厂生产过程的运行和管理提供决策依据。
　　
　　1.1性能计算和分析
　　
　　TYG-SIS采用上联合循环机组性能监测和损耗分析软件，在线监测每台机组的燃气轮机、蒸汽轮机和辅助设备的性能，并将实际数据与根据性能验收试验（或设计数据）推导出来的基准值相比较，计算出所有可计算的损耗。追踪电厂较长一段时间的主要损耗或增益，并给运行人员提供这些损耗所造成的输出损失，从而指导电厂的优化运行，提高经济效益。
　　
　　1.1.1性能监测
　　
　　性能监测不仅监测机组的总体性能，而且还对燃气轮机、燃气轮机各部件（进口空气进气滤、压气机、燃气透平）的性能进行监视，同时对汽轮机、凝汽器、冷却塔进行监测，在线计算各部件的效率和热耗率。燃气轮机和汽轮机性能监测见图1、2。
　　
　　1.1.2损耗分析
　　
　　TYG-SIS不仅对燃气轮机各部件进行详细的损耗分析，还对厂用电、凝汽器损耗进行分析，对联合循环机组可能存在的损耗进行的计算和分析。图3为燃气轮机损耗分析总图，把进口空气进气滤、压气机、燃气透平等性能参数与目标值进行比较，分别计算出各部分因性能下降造成的发电损失和经济损失，便于运行人员针对影响机组经济运行的主要设备，集中精力采取措施改进其性能。
　　
　　表1为某时刻的燃气轮机损耗分析。系统对燃气轮机各部件的参数目标值和实际值进行比较，得到各部件的实时发电损失，结合上网电价，得到实时货币损失，并以当前工况为前提估算出机组年度损失。借助于直观的画面和详细的数据，运行人员能有效了解机组各部件的损耗情况，并根据当时的状态及时对机组及设备进行优化。
　　
　　1.2负荷和燃气预测
　　
　　1.2.1负荷预测
　　
　　与常规火电厂汽轮机组不同，燃气一蒸汽联合循环机组发电负荷随大气环境（温度、压力、相对湿度）的变化而变化。如太阳宫电厂二拖一型联合循环机组，冬季zui大负荷可达824.61MW（无供热），而夏季zui大负荷为726.85MW（无供热），如表2所示。
　　
　　图4、5为联合循环机组出力随环境温度和压力变化的曲线，由图可知，联合循环机组发电负荷受环境因素的影响较大，因此，预测机组在当前大气环境下的zui大发电出力，可避免由于不符合发电合同造成的不平衡费用，并对机组的优化运行具有一定的操作指导作用。
　　
　　负荷预测以机组出力随环境因素变化规律为依据，对当前大气环境下的机组zui大出力进行估算，电厂运行人员根据调度指令，参考估算的负荷进行升、降负荷操作，避免机组长时间处于超负荷或低负荷工况运行，降低了机组的寿命损耗，初步实现机组的经济、优化运行。
　　
　　1.2.2天然气用气量预测及报警
　　
　　燃气电厂采用以气定电／热的方式，即需制定较详细的日、周、月甚至年的天然气用气量计划，若实际情况与计划偏离较大，就会给天然气公司造成一系列问题。如电厂实际用气量远低于计划用气量，就会造成燃气存放空间紧张、压力增大导致燃气泄露等问题。目前，我国部分燃气电厂和天然气公司已制定了用气量违约协议，对发生的天然气超提或欠提等情况进行处罚。
　　
　　为实现全厂天然气用气量的实时监视、用气量超限报警提示，有效防止超提、欠提的发生，避免由此造成的经济损失，TYG－SIS开发了天然气用气量预测及报警软件，积极为电厂运行人员提供参考和建议，天然气预测及报警画面如图6所示。
　　
　　1.3燃气轮机寿命管理
　　
　　燃气轮机是联合循环机组的核心设备，因此，对于燃气轮机设备的检测和寿命管理就尤为重要。燃气轮机寿命管理软件用于验证燃气轮机制造商的当量运行时间，并计算2次大修间燃气轮机和其他部件的运行时间，监测设备部件使用情况和状态，保持合理的备品备件量及采用安全、经济的检修模式，对部件进行合理调配，变计划检修为状态检修，实现了优化燃气轮机检修、降低维护费用的目的。
　　
　　1.3.1状态监测
　　
　　状态监测是对用户关心的系统主、辅设备状态进行显示，实现对设备状态检测查询功能。如对设备运行小时数、启动次数、累计运转时间等的检测、查询，可使检修人员方便、清晰地查看设备运行状况，并根据设备状态进行设备的更换和检修，初步实现变计划检修为状态检修。表3为对机组部分设备的运行参数统计。
　　
　　1.3.2寿命管理
　　
　　影响燃气轮机设备寿命的因素很多，如启动周期、功率设定、燃料和注人的蒸汽或水的量都是决定维护间隔的关键因素，因为这些因素直接影响燃气轮机及关键零件的寿命。参考GE的规定，燃气轮机寿命管理软件把不注人水或蒸汽的连续作业的燃气机组确立为设定zui大推荐维护间隔的基本条件。燃气轮机各部件的基本检修间隔和更换间隔如表4所示，可见，各部件的基本检修间隔及更换间隔都不尽相同。
　　
　　机组的实际运行工况多受启动周期、功率设定、燃料和注人的蒸汽或水的量等众多因素的影响，因此，对不同于基本条件的实际运行工况，需确立维护系数以决定如何提高维护水平，从而得到根据机组实际运行情况得出的计算运行时间和计算剩余检修时间等。以计算燃烧系统检修间隔（以运行小时数为基准）为例：
　　
　　ha=f（i）（l）
　　
　　hi＝f（ki×fi×pi×ti）（2）
　　
　　式中：ha为实际小时数；i为离散运行模式（或操作规程或时间间隔）;hf为系数小时数；ki为水／蒸汽注入严酷性系数沃为燃料严酷性系数（干式）;Pi为负载严酷性系数；ti为给定运行模式下负载运行小时数。
　　
　　系统以机组的实际运行参数和计算运行参数为基础，对各部件的状态进行实时监测，并提示维护人员进行设备检修和更换。燃气轮机部件运行参数如表5所示。
　　
　　系统还提供了对燃气轮机个别部件进行检修或更换的处理方式，如当燃气轮机的第3个火焰筒部件更换后，负责人员仅需点击对应的“更换’，按钮，即可对此部件的运行参数重新计算。
　　
　　二、TYG－SIS的创新
　　
　　2.1理念创新
　　
　　TYG－SIS针对2008年奥运配套项目——北京太阳宫l×700MW级二拖一联合循环电站燃气热电冷联供工程，以降低成本、节能减耗，成为电厂生产专家级助手为目标进行开发，现已成为国内*基于9F*燃机的燃气热电冷联合循环机组的厂级监控信息系统，并成为切实体现“绿色奥运”理念，将太阳宫电厂建设成为绿色、节能、环保的数字化电厂的重要手段。
　　
　　2.2软件创新
　　
　　TYG－SIS针对*台二拖一燃气一蒸汽联合循环热电冷联供机组，进行了创新性的软件开发：
　　
　　（l）采用上联合循环机组性能监测和损耗分析软件，实时地为生产运行、检修决策和生产管理提供机组当前和过去的性能情况，及机组各部分性能的相关参数，有效帮助生产人员诊断问题，作出决策。
　　
　　（2）针对燃气轮机的特殊性，开发燃气轮机寿命管理及设备状态监测模块，有效地对燃气轮机整体及部件的运行状况进行监测，变计划检修为状态检修，降低设备维护成本。
　　
　　（3）针对燃气轮机受环境影响的特性及天然气用量限制的特殊性，开发了负荷与燃气预测模块，负荷预测对联合循环机组的实时zui大负荷进行预测，有效预防机组的超限或低负荷运行，优化运行调度，响应电网负荷要求；对天然气实时用量进行监测和预警，有效防止超提和欠提，根据剩余天然气量，预测机组在当天剩余时间的可运行时间，也能积极地为运行人员提供参考和建议，具有很强的实用性。
　　
　　（4）针对天然气燃料价格的实时性，开发了燃料成本分析模块，对日、周、月、年的发电成本进行实时统计和监测，为燃料结算、企业资金的运作，为全面的数据统计和分析提供基础信息和依据。
　　
　　2.3硬件创新
　　
　　TYG-SIS由独立的通信工作站采用GSM（GEIndustrialSsystemsStandardMessages）规约与MarkVI系统的PDH（PlantDataHighway）进行通信。GSM规约是基于TCP/IP、面向连接的以太网应用层通信协议，描述了MarkVI燃气轮机控制系统与厂级DCS之间的通信过程及各种信息格式。TYG-SIS针对GSM规约进行了专门开发，实现了SIS与MarkVI系统之间的可靠通信，通信工作站接收GSM格式的数据报文，经格式转换及相应处理后，以TCP方式穿越隔离网闸，再由专门的通信工作站接收处理后，写入SIS的PI数据库。实际运行情况表明，该通信方式实时、可靠，既实现了SIS的数据完整性、一致性，又保证了通信过程中MarkVI系统的安全性，尤其是针对GSM规约的开发．在国内同类燃气轮机电站的515实现中尚属。
　　
　　三、结语
　　
　　经北京太阳宫电厂联合循环机组的实际运行验证，TYG－SIS能*达到预期的效果，有效地指导了机组及全厂的优化运行，已成为电厂生产的专家级助手，真正实现了优化运行、节能降耗、降低发电成本、提高整体效益的目的。
　　
　　[参考文献]
　　
　　[1]侯子良．再论火电厂厂级监控信息系统[J]．电力系统自动化，2002,26（15）:l-3.
　　
　　[2]苟建兵．电厂sis系统安全可靠性设计探讨[EB/OL].[2004－07－12].http://.cn
　　
　　[3]马欣欣．火电厂优化软件的应用及前景[J]．中国电力，1999,32（6）41-44.[4]马欣欣．火电厂优化软件的应用及前景（续）[J]．中国电力，1999,32（7）:52-56.