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從建設方式入手，全面解讀智慧電廠
發布時間 ：2019-09-23
首鋼京唐公司2×300 MW自備電站發電機組的信息化建設經歷了分散控制階段和網絡化階段，目前依然存在許多“電廠孤島”，大量分散的控制系統、現場設備、元器件等局部系統的信息，無法統一納入電廠整體的大數據穩定性分析當中。這些方面的因素嚴重制約了電廠的高效發展，對于它的過程監控、現代化管理、高效執行等十分不利，使得在市場競爭中處于不利地位。為了實現精細管理和高效管理，必須向著智慧化、集優化、系統化的方向發展。
1 智慧電廠的定義
智慧電廠是以物理電廠、數字化電廠為基礎，以發電過程的數字化、自動化、信息化、標準化為基礎，以管控一體化、大數據、云計算、物聯網、AR虛擬現實為平臺，集成智能傳感與執行、智能控制與優化、智能管理與決策等技術，形成一種具備自學習、自適應、自組織、自趨優、自恢復的智能發電運行控制管理模式，實現更加安全、高效、清潔、低碳、靈活的生產目標。達到智能感知、信息融合、智能算法、智能決策、管控一體化、全生命周期管理。采用系統性的理論和內部資源配置優化理念，重新對所有內部資源再認識、再整合，使得電廠運行更加可靠，技術更加先進，系統更加合理，管理更加柔性，發展更加持續，經濟效益和社會效益更加提高。
2 智慧電廠的內容
智慧電廠的建設包含基礎設備、實時控制、系統優化、生產管理和電廠決策等。智慧化電廠在數字化電廠結構內容的基礎上進行了不同程度的豐富和發展。在實時控制層面，包括汽機、鍋爐、電氣、輔機等的DCS一體化控制系統，保證火電廠的平穩安全運行。智能化電廠在此基礎上，通過使用預測控制、模糊控制、神經網絡控制以及遺傳算法等各種智能控制和算法，實現機組的優化控制，從而使機組更加高效和安全，達到節能降耗的目的。在系統優化層面，數字化電廠與智能化電廠均具有廠級監控信息系統（SIS），對廠級生產過程進行監控，分析和優化控制系統和機組性能，并對下層的實時控制層進行指導。智能化電廠在此基礎上，還加入智能化煤場、數字化視頻監控等。在生產管理層，數字化電廠與智能化電廠都以電廠資產管理為主線對電廠的機組性能指標進行優化，實現電廠的經濟、高效和安全地運行。此層根據從上層的電廠決策層取得的經營指標制定生產計劃，并為下層的系統優化層提供指導。智能化電廠在此基礎上，可結合移動互聯網技術搭建移動信息管理平臺，使火電廠的經營管理者可以隨時隨地獲取電廠的相關信息，提高全廠的現代化管理水平。
3 智慧電廠建設的幾個切入點
智慧型電廠，主要是對現有SIS系統和MIS系統的深度利用和升級優化，建立歷史數據庫，增加大數據分析，達到自主分析，機組海量數據將極大地推動人工智能技術在智慧電廠中的落地應用。結合首鋼京唐公司自備電站2×300 MW機組實際情況，立足現場，需求導向，整合資源，先點后面，我們需要用簡單、省力、準確的方法解決現場問題，實現無紙化辦公，釋放勞動力，減少人為干預，可從以下五個方面進行智慧化建設。
3.1 智能監盤
智能監盤系統基于廠級監控系統（SIS）平臺，在深入挖掘和分析SIS的海量歷史運行數據基礎上，建立各類參數的預測模型和評價模型，從設備安全性、系統安全性、經濟性、自動化水平、運行狀態五個維度對機組健康度進行實時量化評價，提前預警故障征兆，輔助并減輕運行人員繁重的監盤工作。采用機組健康度分值顯示，畫面單一，監控簡便。總-分系統健康值得分法，達到智能監盤的目的，例如，在各個分系統均100分的健康情況下，機組的總體健康值100分，當某個分系統的健康值為95分時，則該系統的部分參數在控制線外，可點擊進入該系統，顯示異常參數。在健康值均100分的情況下，無需頻繁翻閱畫面，檢查參數。
3.2 智能運行
3.2.1 智能燃燒
通過自動調整風量、風速、氧量、風煤比等參數，實現智能燃燒。可減輕受熱面金屬高溫腐蝕、減少鍋爐結焦；提高負荷響應速度；降低穩燃負荷、飛灰含炭量；降低排煙溫度；煙氣量減少的同時也降低了引風機出力，廠用電率可得到降低；提高鍋爐效率，降低污染物排放。
3.2.2 智能噴氨（脫硝系統）
采用NOx/O2濃度分布式巡測和混合采樣測量、氨氮摩爾比分區在線調平以及多維度決策的噴氨總量控制等技術，通過“總量控制閥+分區調平閥+支管調節閥”三級閥門的串聯控制和調節，使SCR性能適應NOx超低排放的要求。
3.2.3 凝汽器清洗機器人和冷端優化
通過在凝汽器水側加裝在線清洗機器人，兩種運行模式：
一、可以實時在線清潔冷凝管管壁，使之時刻清潔，提高換熱效果，進而提高真空降低汽耗，對夏季尤為重要；
二、可以通過在線監測凝汽器清潔系數，在判斷其低于某限值后自動觸發清洗系統。
3.3 智能設備
3.3.1 設備大數據臺賬
設備基礎臺賬、設備日常維護記錄、事故事件記錄、專項檢修記錄、設備異動記錄、特種設備記錄、技術監督記錄、潤滑油脂記錄等，均系統錄入，具有可追溯性，可查詢，實現無紙化辦公。
3.3.2 精益檢修管理
固化檢修業務流程，實現管理復制，避免重復的事情重復做。按照A、B、C各級年修，根據年度機組檢修計劃，實現“一鍵啟動”檢修項目，機組檢修項目啟動，根據套用的模板，自動推送標項清單，同時關聯對應的標準規程和文檔。精益檢修管理，在線洞悉機組檢修工程范圍、進度、質量、成本等要素變化。（可減少必要的檢修的會議。）
3.3.3 預知性維護
分專業統計預防性維護指標，包括執行率、及時率、合格率等，并進行追溯挖掘。從被動維護，到預防維護，再到預測性維護。通過連續的測量和分析，預測性維護能夠預測諸如機器零件剩余使用壽命等相關指標。關鍵的運行參數數據可以輔助決策，判斷機器的運行狀態、優化機器的維護時機，從而做到設備的可控、在控。做到檢修前心里有數，檢修時得心應手，檢修后高枕無憂。
3.4 智能巡檢
3.4.1 智能機器人、設備二維碼應用
在一些固定的區域，設置巡檢機器人，減少人員巡檢。使用機器人+視頻圖像結構化技術，實現關鍵區域巡檢和故障預警，關鍵區域如：輸煤皮帶、制粉、變壓器、GIS、汽機。
運用智能點檢儀，編制設備二維碼，實現智能巡檢，借助手機APP，對設備進行二維碼的掃碼，逐條進行設備巡檢項目的檢查，并進行數據的記錄和上傳。發現設備異常時，可直接通過手機APP進行缺陷登記，同時可上傳聲音、視頻、圖片等。智能識別、快速執行巡點檢任務，集數據采集、分析于一身。
3.4.2 智能眼鏡（AR）應用
采用可穿戴智能眼鏡（AR），通過接口和無線通信服務，與ERP系統無縫對接。實現無紙化辦公，安全高效。建立完整的標準操作票庫，操作票實現全程標準化、流程化、移動化、可視化、實時化、智能化操作。通過二維掃碼與機械鎖結合，確保操作過程安全無誤，并且現場操作結果實時回傳ERP系統。
3.5 智能安全
智能安全管理主要是從技術手段上實現外來人員管控、智能安全防護、風險預控、關口前移，可作為實現本質化安全的輔助功能。
3.5.1 智能安全識別與分析
(1) 智能門禁做到入場身份識別（人臉識別、指紋識別或語音識別、無線定位）可視化視頻、身份識別、智能鎖控、3D模型。通過人臉識別，對進入廠區人員身份比對，實名上崗實現認證合一驗證；
(2) 對進入廠區的人員行為進行智能識別，對未戴安全帽、高空作業未系安全帶、危險區域動火等進行識別后警告；
(3) 對重點區域進行人員行為的監視、跟蹤、警告。
以上三項安全管理技術在各領域應用較多，技術相對成熟。
3.5.2 工作票電子化、移動化
智能兩票：利用物聯網平臺，將兩票系統與操作過程安全管控實現真正閉環。工作人員（戴安全帽或其他標簽）開票（移動端完成）-行走途中（安全路線指引，危險源提醒）-到達工作區域（人臉識別、穿戴識別）-門禁自動打開（防止走錯間隔）-到達工作地點做防護措施（啟動視頻錄像、自動識別措施是否完善）-開始工作（精確定位保證不走錯間隔，掃碼開柜門，操作過程智能監控）-完成工作（結票，上傳記錄和自動分析結果）。
檢修作業票、動火票、臨時用水用電票、高空作業票、有限空間票等可在線辦理，減少人員跑辦手續，線上審批，實現無紙化辦公。
3.5.3 相關方安全管理
從資格預審、簽訂安全協議、特殊工種登記、入場證辦理、安全教育、安全技術交底、現場安全監督等方面實現在線走流程，同時結合安全管理前三項內容，實現對外包商安全管理無死角。
4 智慧電廠建設的關鍵因素
4.1 推進業務規范和標準化
推進業務規范和標準化，是“智慧電廠”建設的前提。近年來，首鋼京唐公司自備電站在生產管理標準化、規范化上開展了大量探索，也取得了良好成效。要求各部門進一步增強標準化意識，開展標準化梳理，把標準化工作與“智慧電廠”建設結合起來，形成“智慧電廠”建設的標準體系，為數據集成和平臺建設奠定基礎。
4.2 推進數據集成和信息化
推進數據集成和信息化是“智慧電廠”建設的基礎。在生產管理工作中進一步擴大數字化集成范圍，運用數字編碼、自動監測、物聯網等技術，在安全管理、設備運行、環境監測、經營管理等各個環節，有計劃地實施數字化改造，注重信息化系統的集成和融合，進一步發揮各個信息系統的整體合力。
4.3 推進管控集中和智能化
推進管控集中和智能化是“智慧電廠”建設的關鍵。在生產領域，積極應用智能設備設施、智能巡檢系統、移動應用設備等，不斷完善智能異常分析、智能運行優化等功能，大力推動設備狀態監測、故障預警、信息監控與管理一體化等技術研究。在管理領域，要充分運用經營報表指標平臺、管理標準化系統等，提升經營、管理的智能化管控水平，利用好微信APP等各類便攜式智能終端，研究開發各類型業務的智能化應用，深化集中管控、大數據分析、遠程智能辦公等工作，提升管理效能和水平。
4.4 推進整體協同和智慧化
推進整體協同和智慧化是“智慧電廠”建設的目標。通過信息化的手段推動多業務集成，實現企業生產運營全生命周期的協同管理和生產營銷全經營過程的協同管理，建立起與之相適應的智慧化的技術與管理模式。智慧電廠的建設，不僅僅是標準化、信息化建設，而是依托信息化的深層次的管理意識和機制的變革，通過信息化、智能化的推進，使機制流程更加優化、工作效率更加提升。
5 結論
隨著經濟和科學技術的發展，智慧電廠已經越來越受到企業的重視，其發展也是一種必然的結果，它的預期效果也是顯著的。作為電力主要來源的火電廠，智慧電廠的建設必將進一步深入。今后發電企業必將向著智慧電廠的方向發展。“智慧電廠”的建設未來可期。
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