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晋能控股集团大土河热电苏冠旗:发电企业基于智能化的一体化决策管理平台的开发与应用

北极星电力网新闻中心  来源:北极星电力网    2021/4/28 11:09:46  我要投稿  

北极星火力发电网讯:“利用5号皮带的巡检机器人系统、燃油库区的红外热成像的全覆盖,包括空冷巡检机器人,代替了人员进行简单、重复、高强度的危险工作,有效降低了安全风险,同时也减少了巡检作业人员,经过统计,降低人力成本费用约80万元每年。”

——晋能控股电力集团大土河热电有限公司设备管理部信息主管苏冠旗

4月27-28日,华北电力大学技术转移转化中心与中关村华电能源电力产业联盟联合主办的2021年智慧电厂论坛(第一期)在广东深圳成功举办。晋能控股电力集团大土河热电有限公司设备管理部信息主管苏冠旗主旨发言。

苏冠旗.jpg

直播专题:2021年智慧电厂论坛(第一期)

文字实录如下:

苏冠旗:各位嘉宾、各位领导,大家上午好!今天我要讲的题目《发电企业基于智能化的一体化决策管理平台的开发与应用》。

我们的智能化电厂投资并不大,想通过这个机会跟大家分享一下我们建设智慧电厂的整体思路和框架,以及应用。

晋能控股电力集团大土河热点有限公司于2014年12月11日由晋能电力集团有限公司与山西大土河矿业投资有限公司按照99%比1%的股比合资组建。负责晋能离石大土河2×35万千瓦低热值煤热电联产项目的投资、建设、运营,公司位于陕西省吕梁市离石区信义镇回龙塔村北侧,占地面积311亩,事故灰场占地214亩,建设内容包括2台35万千瓦超临界循环流化床锅炉、直接空冷发电供热机组,同步建设达到超低排放标准的烟气脱硫、脱硝、除尘装置,每年可发电35亿度,消耗热值煤266万吨,利用城区污水处理厂中水169万吨,形成1566万平方米的供热仍然,双机分别于2017年和2018年通过168H并正式转入商业运营,项目获得2020年中国安装之星奖。

项目在2018年投资建设,根据晋能集团的智能化能源发电管理系统的规划方案指导,结合公司的实际情况,在集团内先行先试。

从项目的建设背景、方案、目标和建设内容、实施效果,以及经济和社会效益对智慧电厂的应用做简单介绍。

项目建设背景

电厂智能化要解决的问题,归纳为灵活性、可靠性、经济性和安全性。灵活性主要指如何能够灵活满足不同的要求,调整相应的发电策略。可靠性是指如何延长设备的使用寿命,如何能够在故障发生前提前预防,保障设备可靠的运行。经济性是指如何优化运行的参数,降低能耗的同时提高运行的灵活性。安全性是当我们变得更加数字化时,如何保障人员、设备以及数据的安全。

智能化电厂是以集团框架进行指导开展,集团智能化电厂的建设规划右图所示,标黄的部分是本期建设的内容,我们也想通过智能化建设,从生产、培训、安全、燃料、经营决策等方面打通数据,为全面场地智能化创造条件。

建设目标

打造两个中心,一个是安全生产可视化的管控中心,一个是主动安全的监管中心。

通过打造智能化的一体化平台,采集各种数据,进行智能分析、集中处理,实现集中的存储、联网管理,还有智能化管控应用,还有建设智能化的电子大屏,作为安全生产可视化的管控中心,也作为公司安全生产层面的集中管理中心,也是应急指挥中心。全方位的预判整体的安全情况、生产状况,辅助公司的领导和各级安全生产管理人员,对安全生产做出正确、符合实际情况的决策指导意见。

建设集成多个管控子系统的智能化电厂,也是想通过集中管理、多级联网、信息共享、互联互通、多业务融合提高安全管理水平,提升安全生产能力,降低安全风险、减轻劳动强度、提高工作效率,最后实现经济效益的最大化,增强公司的整体竞争能力。

建设方案,依托现在比较流行的云、大、物、移、智的技术,搭建一个智慧电厂的平台。

(见PPT)从这张图可以看出,通过经典的三层架构(数据层、应用层、展示层),展示层构建了两个平台和多模块化的应用,两个平台是指一体化工作管理平台和一体化数据资源管理平台。一体化工作管理平台包括门户首页、权限、数据展示、报警、事件、消息等等。数据资源平台就是数据的主要来源,比如DCS系统、MIS、SIS等等。最后根据这两个平台搭建多模块化的应用,包括巡检机器人、视频识别、燃料智能化等等。

现阶段建设内容及实施效果

公司的建设内容包括五个方面:安全管理、培训管理、生产管理、燃料管理、经营决策管理。这也是我们建设智能化的思路,从这五个方面入手,搭出框架,根据现场实际情况添加内容。

(见PPT)这个图是智慧电厂的首页,总体展示企业当前安全生产的实时数据、预警的指数,工作票、操作票的办理,还有缺陷的处理情况、全厂人员的出入情况,作业单位,包括检修作业,开出工作票,做出一个统计,终结以及未终结的,还有已验收和正在处理的缺陷,从其它的系统上采集数据,在这上面进行统计,方便管理人员直观地了解生产的情况。还有机组的实时数据,比如发电量、上网电量,以及成本的实时测算、环保指标的监测,以及隐患排查的状态。

(见PPT)三维虚拟可视化和智能视频监控,通过轻量化的三维建模,实现对火电厂全场景的三维虚拟化仿真,同时融合了SIS系统的实时数据和巡检机器人的画面,以及人脸识别、视频结构化分析的结果,实现视频告警数据的可视化管理。第一张图是全场景的三维方针,第二张是输煤系统的三维仿真,第三张图是输煤的巡检机器人的运行轨迹三维图,还有视频产生的告警信息,都会在这个画面上进行推送。

现在看到的是输煤系统巡检机器人的工作状态,从这个画面看,机器人的科技感不是很强,我们也是根据现场的实际情况进行的定制。煤仓间5号皮带有一个特点,它的房顶较高,采用在房顶上布局搭轨道,它的传感器距离皮带过远,有一定的偏差。如果装在皮带的两侧,它本身只够一个巡检人员行走,如果装上轨道,会显得更挤,而且两条皮带,装在两边也会增加造价,需要两台机器人,所以把这个机器人布置在A、B皮带的中间,通过带有24伏电源的钢缆,给它24小时不间断供电。它是利用了5G传输技术,也就是无线传输,搭载了图像、声音、红外、激光等传感器,可以将输煤现场的可见光的照片、视频、红外热成像、声音传回后台,实现煤粉堆积量、煤粉温度、其它机械设备温度、声音的异常产生报警,并直观的呈现在监控人员面前,实现自动巡检。

(见PPT)这还是一个输煤巡检机器人工作的画面展示,我们在AB皮带两侧设置了55个巡检点,机器人到达巡检点后就会停下来,模拟人员的巡检行为,把数据采集,然后产生一个告警。

生产区域进出自动人脸识别。这个人脸识别是装在生产区和生活区,一共有5道门禁系统,每个门禁系统都装有一套门禁人脸的识别。它主要是抓拍人脸,将视频流和图片流通过网络传输至服务器,识别服务器会把厂区人员的图像提取,它是在后台进行分析的,它提取面部特征,记录出入生产区域的时间、人员的姓名,把它存入数据库,一个是方便生产区的人流量的统计,如果有重点人员找不到,也能实时监测他进入生产区的时间。

除了人脸识别,在生产区的门禁还有一个视频结构化的分析功能,它也是在后台进行分析,前端只需要普通的摄像机就可以。它是提取人员的外形、衣服等特征,比如人员佩戴安全帽的情况、携带包裹的信息,发出预警。上面第一张图就是人员没戴安全帽发出的告警,它会形成一个推送画面,推送到平台上。第二张图是人员未穿工服,后面那个人虽然戴了安全帽,但是没穿工服,也会产生一个告警。第三个是携物,生产区有人手里提着任何的物品出入,都会产生告警。最后一个视频结构化是运用在一些重点的生产区域,这个图像展示的是输煤转运站,还有其它的一些重点区域也是有这个功能,对重点区域进行人员进入的告警和推送。

(见PPT)这是油库区,油库区属于一个重大的危险源,在这个区域部署了红外热成像的视频监控,从两个方向进行全覆盖。

这是空冷系统上装的安全巡检机器人,它是位于锅炉的顶部,部署了超远距的红外发光成像仪,它对锅炉顶部的散热器、温度进行监测,它在锅炉顶,安装比较方便,安装以后可以对锅炉进行俯瞰。结合天气的变化及机组运行状态,可以自由地设定温度场的报警阀值,定量指引风机的启停及运转,以达到动机防栋,夏季降耗的目的。通过我们对空冷进气阀的监控,可以判断阀门密闭是否合格。左侧这张图把每个风机对应的区域进行了划分,监测每个区域会产生的最高温度、最低温度和平均温度。

第二项是培训管理。我们的培训管理就是搭建了一个电教室,现在这个电教室还在扩建,将来要把它打造得更加智能化。这个培训室还引入了VR技术,虚拟事故发生的实景,使受培训的人员身临其境,由说教式教育变成体验式教育,效果是比较好的。

这是我们的智能化操作培训平台,它利用了现在流行的数字孪生技术,能够模拟现场各种工况和工艺系统的运行,操作人员在上面跟DCS的操作一模一样,涉及到的32项流程操作考试,以及机组运行过程中可能发生的179恩项异常工况、事故工况进行操作处理,现在我们每一个员工都会来这里进行学习、考试。

第三项是生产管理信息化。可能有些老师对这个画面比较熟习,这是基于西门子的BFS++定制开发的生产管理系统,从工单缺陷、工作票、定期工作、运行日志、物资,所有的生产环境,形成一个信息化的管理。

还有设备台账、技术档案、检修的记录、部件清单。左图是KKS编码,右边是设备的档案,还有它的检修记录,全部信息化。我们的KKS码基本上都已经到了部件级,KKS码从最初开始做的时候可能有一些困难,因为它要跟现场实际对应,这是一个不断完善的过程,就是在我们检修作业的过程中不断地完善。

这是我们的一个移动终端的智能巡检。大家看到这个视频是一个巡检的全过程演示,工作人员使用移动终端,按照设定好的检查任务和检测标准进行工作,我们前一天的巡检任务会由专业主管下发,可以按周期下发,对每日、每月或者每周的任务下发,下发之后点检人员早上会进行领取,通过扫描设备上的NFC卡,防止出现假巡检和空巡的现象。巡检的数据会自动上传,传输到服务后台,形成一个巡检的结果和数据的收集,把巡检的结果在设备状态界面呈现,设备的正常、漏检、异常状态很清晰,方便管理人员查看和管理。它的所有数据会在单个设备的详情界面进行数据分析,可以查看设备的工况、振动的趋势,管理人员通过它的振动趋势判断它是否有劣化的可能。最后劣化分析还没有做,需要人员去看这个趋势,通过人员判断,将来想把它做成自动判断,通过大数据、自学习来获取这个能力。

第四项是燃料管理智能化。我们的燃料智能化也是在2018年的时候开始建造的,我们利用物联网的传感器技术和移动终端、人工智能,把燃料输入、化验、扫描、存样进行管理,重点环节实现无人值守。上面这个图就是燃料出入场验收的流程图。我厂进煤的方式是汽车运煤,通过扫描卡和车辆信息卡、二维码,确定车辆的身份,自动分配采样机,将采完的煤样通过煤样传输系统自动传输到自动制样机,它会完成一个自动制样和样品封装,封装之后通过气动传输管道存在存样柜。在化验人员需要化验的时候下达取样操作票,取样终端会给存样柜下达指令,通过机械手把今天的样拿出来,最后也是通过气动传输,推送给化验人员。化验人员通过扫描瓶子上的二维码,与样品进行对接,在这个过程中是没有任何采样编码的体现,直到化验结果之后会形成一个化验结果,自动上传,形成结算台账。

第五项是经营决策智慧化。平台利用机组的大数据进行了指标计算,主要是用于机组的性能效率分析,以及发电成本测算。最终想实现为运行人员根据影响因素大小改变运行方式提供依据,也为管理层进行竞价上网报价提供依据。

实时性能分析系统,依托SIS系统制作了8个项目,一共37张画面。我们通过性能分析,它有这些报表生成,还有事故追忆、缺陷记录、显示图,其次是我们通过计算把高级人员的计算分析编辑成程序模型,对机组的热力特性分析、机组性能、耗差,指导技术人员的调整。

节能指标分析。这个图是全厂的水平衡动图制作主要是统计全厂的来量、制水量、补水量、供热量,完成各系统、各环节的水耗计算和分析,并形成报表,对每周的用水量进行对比分析,指导管理人员的供水水源、水量分配,最终达到节约用水的目的。

这是机组电耗率的分解表和设备耗电量的实时统计。这两个自动模块主要是对6000伏设备的耗电率进行指标计算和分析,实时统计了设备的日月耗电量,还有实时展示设备耗电量的情况。也是为技术人员分析设备运行和制定检修计划提供一个数据支撑。

节能分析还有炉效分析、热耗率分析、真空因素分析,完成分析,还要对各影响主要因素进行环比分析,帮助技术人员精确查找影响机组的原因,及时干预,降低发电煤耗。

这是机组的指标竞赛,这个模块里头有环保的考核,还有经济指标的考核,壁温统计。我们制作这个指标竞赛的模块,还有值际竞赛,主要是为了提高运行人员的节能意识,每月进行竞赛。

这是实时成本测算的画面,它能根据机组运行各负荷阶段完成实时成本的测算,包括有燃料成本、环保成本、变动成本,也为电量交易的报价提供数据支撑。右侧是成本预测随着负荷变化的曲线。

最后一项是对智慧电厂目前建设的经济社会效益的总结。首先利用5号皮带的巡检机器人系统、燃油库区的红外热成像的全覆盖,包括空冷巡检机器人,代替了人员进行简单、重复、高强度的危险工作,有效降低了安全风险,同时也减少了巡检作业人员,经过统计,降低人力成本费用约80万元每年。

燃料智能化管理关键环节无人值守,由原先的燃料采制人员的三班每班8人,现在减少到每班3人,也为公司降低人力成本费用约150万元每年。

利用生产实时数据,自动完成机组性能分析,改变机组运行方式提供依据,达到节能降耗的目的。我们降低的运行中的汽耗率、热耗率,提高了机器运行效率,汽耗率下降了0.04千克每千瓦时,热耗率下降了132千焦每千瓦时,年节约标煤6418吨,年节约292万元,修正供热期主汽压力,节约标煤3860吨,年节约175.7万元,以成本测算为数据支撑,使得我公司在电力现货交易的大环境下依然保持着较高的市场竞争力,我们的电台机组发电小时数达到8000小时左右,利用小时数在5200小时左右。

本次智能化建设项目实施从开始到结束,一直受到省内外多家发电企业派调研小组进行学习,项目也得到省工信厅的大力支持,还对项目进行资金补助,同时也获得了中电联的职工创新奖。除了燃料智能化,因为它涉及采样机,还有自动制样机比较大,其它的投资总共也就是400万左右。我们的投资虽然不大,但是还是比较有潜力的,我们从这个框架上已经比较清晰了,主要是从生产、安全、燃料、经营这几个板块去构建这个平台,我们也会积极地探索智慧电厂在电厂实际应用到底是在哪里应用比较能够帮助生产。如果有了更好的思路,还会往这个框架里头去填充内容。比如今年还想做智慧电厂二期,把APP引入到智慧电厂当中来。刚才看到好多的业务流程,以及推送告警,还是局限于PC端,但是PC端的实时性比较差,人员经常在现场接收不到消息。人可以离开计算机,但是肯定不会离开手机,所以想把手机APP开发出来,它会扮演一个传感器的角色,最终能实现人和物的联网。 

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