供热机组在线实时监测系统的设计和应用

2012-02-08张鹏徐同社

电力建设 2012年6期

张鹏，徐同社

(河北省电力勘测设计研究院，石家庄市， 050031)

0 引言

随着供暖热电联产机组的投运，用电负荷峰谷差不断增大，电网调峰日益困难已成为确保电力系统安全运行的不利因素。我国北方，特别是东北地区冬季供热期较长，供热机组对外网的供热量直接受调峰负荷的影响。目前，电网调度方与电厂方在供热机组调峰特性、热网特性及用户合同需求等方面的信息掌握和沟通存在许多困难和不足，制约了供热期内调峰工作的开展［1-2］。

供热机组在线实时监测系统(简称供热在线监测系统)，是通过抽取机组分散控制系统(distributed control system，DCS)中关于机组采暖、供热的运行参数(如采暖抽气压力、采暖抽气温度等)，分析、优化热网供热参数，实时向电网调度中心传输机组供热数据，从而实现供热机组热负荷实时监测、热电比在线监测、最优化调峰等功能［3］。在目前“竞价上网”、“以热定电”的原则下，供热在线监测系统不仅有助于电网调度方在供热期内的调峰，而且有利于电网调度方合理分配供电负荷，有助于发电方的生产管理。

1 供热机组项目概况

为满足吉林市快速增长的热负荷需求，吉林松花江热电厂扩建1台350 MW国产抽凝汽式汽轮发电机组，配1台1 165 t/h国产亚临界自然循环煤粉锅炉，此工程属于热电联产项目。为了实现供热机组热负荷实时监测、热电比在线监测及最优化调峰等功能，本工程设计、采用了一套供热在线监测系统。

2 供热在线监测系统设计

2.1 供热系统的组成

本期工程采用的抽凝式汽轮发电机组具有在较大范围内同时满足热负荷和电负荷需要的特点，适用于负荷变化幅度较大、变化频繁的区域性热电厂［4］，供热系统如图1［5］所示。对外采暖供热采用厂内设汽水换热首站，对外供高温热水的方式。供、回水温度分别为130、70℃，供水压力为1.6 MPa，热网最大循环水量为2×4 100 t/h，通过热网循环水泵外供高温热水，采暖蒸汽凝结水全部回收。热网系统汽侧采用单元制、一次加热、并列运行方式。热网系统水侧采用母管制，设置5台热网循环水泵(其中1台配变频调速装置)，4台运行，1台备用［6-7］。

图1 抽凝机组供热系统Fig.1Heating-supply system of condensate pumping unit

2.2 在线监测系统硬件设备及网络拓扑

供热在线监测系统硬件设备主要有系统机柜1面(高2 200 mm×宽800 mm×深600 mm)、数据服务器1台(型号dell T610，处理器主频2 GHz，CPU E5504内存4 GB，硬盘容量1 500 GB)、交换机1台(型号H3C)、隔离机3台及客户端PC机1台。系统机柜布置在本期集控楼电子设备间内，通过光缆与一期1、2号机组DCS网络相连。网络拓扑结构［8-9］如图2所示。

图2 供热在线监测系统网络拓扑Fig.2Network topology map of heating-line monitoring system

2.3 在线监测系统主要设计原则

(1)数据传输采用UDP方式。

(2)网络隔离采用硬件防火墙和IP认证系统双隔离。

(3)数据接收存储采用行业标准的编解码方式，数据存储于大型关系型数据库Oracle中。

2.4 在线监测系统功能

(1)核定机组满足供热条件下的最低进汽量。

(2)确定采暖抽汽量。

(3)计算蒸汽做功能力。

(4)建立机组供热调峰特性理论计算数学模型。

(5)监测供热机组供热的主要参数，建立供热电厂与调度中心联网的在线实时监测系统。

(6)根据机组的供热工况图确定机组的调峰范围，对与设计值相差较大的机组通过试验确定其供热特性。

(7)编制供热机组的供热流量与调峰负荷最佳匹配的计算程序，确定不同环境温度下各热网的最佳供热参数。

(8)绘制功率、生产抽汽量、采暖抽汽量三者的关系曲线，可以随时查询在不同抽汽情况下的有关机组调峰数值。

(9)实现电厂DCS数据的单向传输，最终在电网调度中心实时显示。

(10)建立供热机组数据库，实现历史数据的查询和分析。

(11)完成热电比在线监测，并计算出不符合标准的供热机组的超发电量，为供热机组考核提供依据［10-11］。

2.5 软件及画面显示

对于各种工况及各类计算结果，在线监测系统都以画面的形式显示。

(1)发电工况。发电工况画面如图3所示，该画面主要显示电厂各机组供热调峰特性数据，可以实时查看当前时间的机组发电功率、调峰高限负荷、调峰低限负荷、可增负荷、可减负荷和热电比等数据，方便电厂最大程度对调峰负荷进行管理。

图3 发电工况画面Fig.3Power generating conditions

(2)供热工况。该画面主要显示电厂各机组当前时间的供热指标监测数据信息，画面表中各数据均提取于动态。

(3)热电比。该画面可以按选择的时间段显示电厂所有机组的热电比。此模块可以根据任一时间段查询各机组的发电量和供热量，并计算得出机组的电热比和机组的超发电量。

(4)实时数据。系统具有的报表功能可以实时显示机组主要运行参数，这些数据提取于数据库并以报表形式动态显示。实时曲线则能更加清晰明了地显示单线数据的信息，方便对电厂实施监控。在该曲线图中还可以选择查看某台机组某些参数的动态曲线。

(5)历史调峰。该模块以折线图的形式显示某台机组在某一天的调峰信息，在画面中描绘出机组的有功功率、最高调峰和最低调峰数据的曲线。

(6)系统图。该画面显示的系统图动态、实时地呈现出电厂各台机组的主要参数信息，所示数据与工况数据模块中的数据一致。

3 设计注意事项

3.1 机组系统测点

供热在线监测系统的数据来源于机组DCS系统，因此，在设计阶段必须保证系统数据的完整。结合本工程机组运行情况，供热在线监测系统所需测点包括:发电机功率、主汽流量、主汽温度、主汽压力、调节级压力、工业抽汽流量、工业抽汽温度、工业抽汽压力、采暖抽汽温度、采暖抽汽压力、热网加热器入口水温、热网加热器出口水温、热网加热器疏水温度、热网加热器疏水流量、机组供水流量、机组供水温度、机组回水温度、母管供水流量、母管供水温度、母管回水温度。

为保证数据的准确性，汽水温度、压力和流量等参数均应通过测量仪表取得。本工程流量测量装置采用孔板式测量器，为保证数据的精确性，孔板前后直管段的长度应满足安装要求。

3.2 系统间的通讯

作为电网调度与电厂之间的数据传输桥梁，系统间的接口、通讯协议是网络的重要组成部分。本工程由于机组DCS网络机柜与供热在线监测系统机柜都布置在集控楼电子设备间内，因此，系统间采用RS485接线方式，通过串口服务器连接，线缆使用屏蔽双绞线。供热在线监测系统与机组DCS的通讯，本工程采用MODBUS通讯协议，不仅可以保证数据传输的实时性，还可以实现数据的准确性。若供热在线监测系统机柜与机组DCS网络机柜距离较远，传输介质建议采用光缆，以保证数据传输的实时性。