李長春

（大唐江蘇發(fā)電有限公司，江蘇南京210011）

熱電聯(lián)產(chǎn)機組實時監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性診斷

李長春

（大唐江蘇發(fā)電有限公司，江蘇南京210011）

提出了一種熱電管理信息系統(tǒng)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性診斷方法，依據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒等基本原理，利用熱力系統(tǒng)各參數(shù)之間的關聯(lián)性，及時對系統(tǒng)在線采集的異常數(shù)據(jù)進行辨識診斷并發(fā)出提示，在此基礎上再由專業(yè)人員進行人工確認與處理。對熱電機組信息管理系統(tǒng)相關參數(shù)測量儀器的故障診斷和維護有輔助作用，具有良好的實用和推廣價值。

熱電聯(lián)產(chǎn)；在線監(jiān)測；有效性

江蘇省熱電機組運行管理信息系統(tǒng)通過各種網(wǎng)絡技術(shù)手段，實時采集省內(nèi)所有并網(wǎng)熱電機組的運行參數(shù)，監(jiān)測其發(fā)電和供熱情況，對熱電比和熱效率進行跟蹤計算［1］，按照國家規(guī)定的統(tǒng)一評價指標進行全省熱電廠的發(fā)電計劃管理和費用結(jié)算，從而達到優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、科學合理引導的目的，支持和促進熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)的健康發(fā)展。

1　系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)及常見問題

熱電機組管理信息系統(tǒng)實時采集的數(shù)據(jù)有各臺鍋爐的主汽流量、主汽壓力、主汽溫度，各臺汽機的進汽流量、供熱抽汽壓力、供熱抽汽溫度、供熱抽汽流量，各臺發(fā)電機的有功功率等，如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)采集的主要參數(shù)

在系統(tǒng)日常運行過程中難免會出現(xiàn)儀表故障、變送器飄移、數(shù)據(jù)傳輸?shù)犬惓?。這就會造成系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)失真或中斷，導致部分時段系統(tǒng)統(tǒng)計結(jié)果與實際情況不完全相符，嚴重時甚至會造成達標考核結(jié)果不可靠。因此對從分布于各個熱電廠的子站實時采集數(shù)據(jù)進行有效性診斷，及時分析數(shù)據(jù)異常原因并進行處理，就成為系統(tǒng)維護過程中必須解決的首要問題。

2　有效性診斷的方法

系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)有效性診斷，包括3方面內(nèi)容：數(shù)據(jù)檢測、不良數(shù)據(jù)定位和重構(gòu)。隨著計算機信息技術(shù)發(fā)展，不良數(shù)據(jù)檢驗引起了國內(nèi)外學者和研究人員的重視，并發(fā)展了多種方法：（1）基于硬件冗余的實踐互相判別法；（2）由統(tǒng)計學發(fā)展而成的基于采樣數(shù)據(jù)時間序列關系的AR，ARM及Kalman等時間序列預測模型法；（3）基于采樣數(shù)據(jù)的相關性分析PCA方法等。

基于硬件冗余的實踐互相判別法的應用前提是需要增加一次元件，這樣會增加監(jiān)測系統(tǒng)投資，對開發(fā)本文所述的監(jiān)測系統(tǒng)顯然不適用；對于AR，ARM及Kalman和PCA方法，雖然它們已經(jīng)形成了較為成熟的預測模型和計算軟件，但由于前置處理軟件需要耗費大量的計算用時，且這些方法有的僅僅適用于關鍵參數(shù)的校驗，對電站熱力系統(tǒng)參數(shù)之間普遍存在的相關性，不能完全滿足數(shù)據(jù)檢驗要求，而根據(jù)電站對象物理機理模型建立的基準參數(shù)預測法克服了上述方法的不足，能較好解決電站熱力系統(tǒng)不良數(shù)據(jù)的校驗問題，如對汽輪機熱力系統(tǒng)各參數(shù)和通流部分熱力數(shù)據(jù)的有效性診斷等。

3　診斷依據(jù)及主要步驟

3.1理論依據(jù)

進行測點數(shù)據(jù)有效性診斷的理論依據(jù)主要有閾值分析方法、質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律。

（1）閾值分析方法。根據(jù)數(shù)據(jù)本身所代表的物理意義，確定數(shù)據(jù)的有效性范圍。

（2）質(zhì)量守恒定律。穩(wěn)定工況下，進入汽輪機系統(tǒng)的總質(zhì)量流量與流出汽輪機系統(tǒng)的總質(zhì)量流量相等。

（3）能量守恒定律。能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消滅，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量不變。

3.2主要步驟

3.2.1數(shù)據(jù)量程校驗

中國互聯(lián)網(wǎng)絡信息中心(CNNIC)報告數(shù)據(jù)顯示，截至2017年12月，網(wǎng)絡直播用戶達到4.22億，幾乎占了網(wǎng)民總體的一半，其中，主要是游戲直播用戶和真人秀直播用戶。2016年網(wǎng)絡直播進入商業(yè)化模式，越來越多的企業(yè)也采用網(wǎng)絡直播等營銷手段。網(wǎng)絡直播不僅僅可以讓學生張揚自己的個性，很多學生也利用網(wǎng)絡直播這個平臺賺取了不少費用，為父母減輕了部分經(jīng)濟壓力。所以，網(wǎng)絡直播很受大學生的歡迎。

應用于電站系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的壓力、溫度、流量、液位、功率、閥位、電量等輸出信號均可以轉(zhuǎn)化為4～20 mA信號或數(shù)字信號，對應該參數(shù)的工程單位量程范圍，數(shù)據(jù)校驗的第一步就是對這些參數(shù)進行量程校驗。如果該參數(shù)不在量程范圍內(nèi)，則給出不合格標志（越上限、越下限）。

例如，某個時段采集的供熱蒸汽流量為-20 t/h，則該測點存在異常。供熱蒸汽流量的范圍應在0到最大設計供熱量之間。再如某機組額定主汽溫度為450℃，則供熱蒸汽溫度的范圍應100～450℃，如抽汽供熱蒸汽溫度長期超過450℃，則該測點可能存在異常。

3.2.2時間序列檢查

根據(jù)數(shù)據(jù)的時間序列進行檢測，機組的運行具有連續(xù)性，表現(xiàn)為參數(shù)的變化亦具有時間上的繼承性，利用時間序列集群動態(tài)冗余互備技術(shù)［2］，可以對數(shù)據(jù)的異常跳變予以剔除。對于流量、壓力等熱力參數(shù)，實際運行過程中，即使工況穩(wěn)定，數(shù)值也不可能一成不變，而是存在小幅波動，若數(shù)據(jù)一直恒定不變，則很可能是測點存在異常。

3.2.3數(shù)據(jù)關聯(lián)校驗

基于機組運行中工況參數(shù)之間的動態(tài)關聯(lián)的邏輯關系，進行數(shù)據(jù)驗證和判斷，分析設備運行的狀態(tài)，對異常數(shù)據(jù)進行報警［3］。由于熱力系統(tǒng)運行工藝的關系，工況參數(shù)相互之間存在著物理關聯(lián)性，在正常的生產(chǎn)過程中，工況參數(shù)實時動態(tài)變化，相互之間也能保持邏輯上的關聯(lián)性。正是由于這些工況參數(shù)之間的關聯(lián)，可以建立可靠的動態(tài)分析驗證模型，及時發(fā)現(xiàn)單個熱工異常參數(shù)并可以通過分析進行定量監(jiān)管。

每臺供熱機組都有與之對應的運行工況圖，它表示供熱機組的電功率、主蒸汽流量及供熱抽汽流量之間的相互關系及全部可能發(fā)生的工況范圍。單抽汽式供熱汽輪機工況圖如圖2所示。

圖2單抽汽式供熱汽輪機工況圖

圖2中，橫坐標為發(fā)電機電功率，縱坐標為蒸汽流量。De=x為抽汽流量定值工況線；De=0為凝汽工況線；為鍋爐最低穩(wěn)燃蒸發(fā)量；最大進汽流量；DⅡ=為凝汽量定值工況線；DⅡ=0為最小凝汽量工況線。系統(tǒng)采集的汽輪機進汽量、供熱抽汽量與汽輪發(fā)電機組電功率3者的關系與工況圖基本對應，則數(shù)據(jù)有效，若嚴重偏離工況圖，則必定存在異常。

從工程實際采集的數(shù)據(jù)計算等式不可能完全相等，系統(tǒng)設定若等式兩邊數(shù)值相差超過一定限值，則系統(tǒng)判斷測點數(shù)據(jù)有異常。

4　實施情況及效果

4.1故障診斷示例1

某熱電企業(yè)，3爐2機母管制運行，2臺機組的抽汽量分別為53.3 t/h和48.9 t/h，而全廠對外供熱母管的蒸汽流量卻顯示為0 t/h，如圖3所示。數(shù)據(jù)有效性系統(tǒng)診斷為質(zhì)量不守恒，并發(fā)出報警。

圖3　數(shù)據(jù)采集故障示例1

經(jīng)專業(yè)人員現(xiàn)場確認為母管流量變送器在室外遭受雷擊損壞，使得流量顯示為0。利用各供熱支管關口計量的蒸汽流量求和，推算得母管的流量為101.4 t/h，與2臺機組抽汽量之和一致。

4.1故障診斷示例2

某熱電企業(yè)，2號汽輪機進汽量為167.7 t/h，抽汽供熱流量為67 t/h，而2號發(fā)電機有功功率卻為0 MW，如圖4所示。根據(jù)采集的2號汽輪機進汽、抽汽蒸汽參數(shù)推算，2號發(fā)電機功率應在26 MW左右，數(shù)據(jù)有效性診斷系統(tǒng)發(fā)出能量不平衡報警。

圖4　數(shù)據(jù)采集故障示例2

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該機組EMS功率采集系統(tǒng)故障，導致采集數(shù)據(jù)顯示為0 MW。當時機組處于并網(wǎng)運行狀態(tài)，發(fā)電機的實際有功功率為26.8 MW。EMS功率采集系統(tǒng)故障消除后，數(shù)據(jù)傳輸正常。

通過熱電機組管理信息系統(tǒng)實時采集數(shù)據(jù)的有效性診斷，實現(xiàn)對異常數(shù)據(jù)的監(jiān)控和分析，有效提高了系統(tǒng)維護人員在處理故障時的針對性，協(xié)助維護人員在第一時間發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，及時分析處理。確保系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠、客觀、公正，最大限度避免了事后申訴。

5　結(jié)束語

熱電機組信息管理系統(tǒng)實時采集數(shù)據(jù)有效性診斷的方法，使得系統(tǒng)的計算精度和可靠性有了很大的提高。采用本文方案構(gòu)建的熱電聯(lián)產(chǎn)機組性能實時采集數(shù)據(jù)有效性診斷，己經(jīng)成功應用于江蘇省熱電機組運行管理信息系統(tǒng)，并取得了良好的連續(xù)運行業(yè)績。機組實時采集數(shù)據(jù)有效性診斷方法，還可以用在燃煤鍋爐煙氣脫硫、脫硝以及除塵監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)診斷之中，與傳統(tǒng)的只監(jiān)測排放口參數(shù)相比，對脫硫、脫硝以及除塵系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)有效性進行診斷，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)及時發(fā)出提醒，從而實現(xiàn)了由結(jié)果監(jiān)管向過程監(jiān)管的轉(zhuǎn)變。

［1］郭振宇，司風琪，徐治皋，等.跨地域熱電聯(lián)產(chǎn)機組實時監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與應用［J］.電力系統(tǒng)自動化.2010，34（3）：107-111.

［2］彭 暉，趙家慶，王昌頻，等.大型地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)海量歷史數(shù)據(jù)處理技術(shù)［J］.江蘇電機工程，2014，33（5）：11-14.

［3］梁 棟，張宇峰，袁慎芳，等.基于異常識別和關聯(lián)分析的橋梁數(shù)據(jù)復合診斷［J］.振動、測試與診斷，2012，32（3）：402-407.

李長春（1980），男，江蘇鹽城人，工程師，從事設備管理工作。

Data Validation Diagnostic of the Real-time Supervising System for Cogeneration Units

LI Changchun
（Datang Jiangsu Power Generation Co.Ltd.，Nanjing 210011，China）

This paper proposed an on-line data validation diagnostic method on thermoelectric information management system，based on the principle of the conservation of mass and energy.With the relations among parameters of thermal system，the method can diagnose and warn of the on-line acquired abnormal data，then the validation and treatment can be made by professionals.The method proposed was useful to fault diagnose and maintain the measurement instruments of information management system of thermal power units，which has high practical value.

cogeneration；on-line monitoring；effectiveness

TM621

B

1009-0665（2016）04-0098-03

2016-04-07；修回日期：2016-05-20