华电福新广州能源柳治民：国内首台H级燃机数字电厂建设探索实践

“数字电厂的总体架构，主要包括了以下几个方面：一是智慧运行，有机组自启停、热力性能分析与优化、趋势预警与故障诊断、压气机水洗监测、智能终压开关柜。智能维护，机器人巡检、无线覆盖，成本管理，还有安置，人员定位系统应用、安防体系等等，最后是网络安全防护。”

——华电福新广州能源有限公司生产技术部副主任柳治民

4月27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。在4月28日举办的《大数据+5G赋能智慧电厂》分论坛上，华电福新广州能源有限公司生产技术部副主任柳治民做《国内首台H级燃机数字电厂建设探索实践》为主题的演讲。

直播专题:2021年智慧电厂论坛（第一期）

文字实录如下：

各位领导，各位专家，上午好！我是来自华电集团广州能源公司，在建设过程中我们顺应技术发展，做了数字电厂建设的尝试，今天我就跟大家分享数字电厂的建设内容。

我分享内容主要是三个部分，一是项目基本情况介绍，二是主机设备介绍，三是数字电厂探索实践。

我们这个工程全称叫华电广州增城燃气冷热电三联供工程，地处粤港澳大湾区核心区域，建设两台西门子SGT5-8000H重型燃气机及配套汽轮机和发电机，工程总投资大概是27亿元。

项目背景是2018年5月，广东省发布了《打赢蓝天保卫战2018年工作方案》，在增加清洁能源利用规模、省政府给予政策倾斜与电量支持，加快推进煤改气工程，我们选择了世界上最先进的H级燃机，是标准的两低一高清洁能源机型，项目为广州负荷中心提供主力电源，向区域内企业提供电、蒸汽、冷、热水等高品质能源，为粤港澳大湾区经济发展注入安全高效、清洁低碳的强大能源动力。

这个项目是2018年8月7号正式开工建设，项目主机情况，燃机、发电机、蒸汽机全部是采用西门子产品，涡轮是东方菱日，8000H是西门子最先进的燃机，采用一拖一分轴，燃机特点相信很多同事们也都有所了解，包括采用的新的技术，包括压气机的可调叶片还有单机叶片设计，都是最先进的技术。燃机在数字化制造过程中也是采用了数字化辅助技术。汽轮机参数是610度，在目前国内循环机组最大的整机参数。锅炉是东方菱日的，也是国内最大的一台热锅炉。

下面把数字电厂建设主要内容做介绍。我们这个工程开工之前，就在考虑数字电厂的建设，把数字电厂的内容纳入初步设计中，并且进行了探讨方案制定。总体的建设思路，数字电厂达到的效果是为了提高设备可靠性、可用率，提高管理工作效率，提升机组经营效益，提高电厂的竞争能力。数字电厂的基础考虑得比较早，2017年就在谋划，当时还是以集团规划厂侧建设的各项信息系统为基础，以APS一键启动，趋势预警，故障诊断，热力性能分析与优化作为数字电厂的核心内容。技术是虚拟化、人工智能、大数据、现代通信、云计算等等，再就是安全辅助手段，安全主动预警、人员定位、三维可视化。

这是数字电厂的总体架构，主要包括了以下几个方面：一是智慧运行，有机组自启停、热力性能分析与优化、趋势预警与故障诊断、压气机水洗监测、智能终压开关柜。智能维护，机器人巡检、无线覆盖，成本管理，还有安置，人员定位系统应用、安防体系等等，最后是网络安全防护。

APS是数字电厂建设的标配，基本上每一个项目都会考虑APS的应用。APS现在实现了规范操作，简化操作流程，提高自动化控制水平，避免设备损坏，提高设备使用效率，提升经济性。运行团队都非常年轻，运行人员的平均年龄只有26岁，大部分都是毕业两到三年的大学生，所以我们也必须在技术自启停上做高度智能化的手段。

第二个是我们采用了智能中压开关柜，这个开关主要功能，一是一键式程序化可视操作，通过DCS实现断路器手车和接地刀闸的远方可视控制。智能故障监测诊断，提前预测设备失效，减少非预期停运，提高设备可靠性以及延长设备使用寿命。

再就是压气机水洗监测，这也是我们做的小模块，系统根据燃机运营状态，实时监测压气机的运行工况，可以给出水洗建议。我们分了三个区域，一个是无需水洗，一个是可以水洗，一个是立即水洗，是一个实时在线监测，燃机在运行，它就不停在监测，我们就可以实时掌握燃机运行情况，实时安排停机检修，进行压气机的水洗。

还有机器人巡检，我们在建设过程中也运用了这个技术，我们厂主要是配备了两台巡检机器人，主要内容包括视频图像识别，实现阀位、指示灯、表针等自动识别及自动生成报表。二是红外热成像，电气设备接头测温，蒸汽泄露，跑冒滴漏检测，还有后台专家系统可以采集数据，还有实现自动巡检以及安防一体化平台实现联动，也就是可以把摄像头拍摄到的内容接入到主动安全预警的系统里，实现报警功能。

机器人巡检的结果和巡检报表是可以实时传到执掌的工作台，可以随时进行查看，查看巡检结果和状况。

再就是趋势预警系统，这个系统通过深度的学习，高级人工智能算法，实现对全厂运行系统与设备的智能监测，实现设备早期智能预警。这与传统的预警诊断技术相比，特点在于综合考虑电厂运行方式的多样性及运行工况复杂性，在各运行工况下持续监视流程，在渐变性故障发生之前，劣化趋势达到临界点之前发现缺陷。

也就是说传统的基于上下限阀值传统报警已经不能满足电厂设备健康和可靠性分析要求，本技术基于机器学习和人工智能算法，结合专家经验和业务知识创建并训练模型，通过模型的实时数据分析，可对整个电厂关键设备进行智能监控，实现早期预警。主要是对设备和生产过程进行持续监控，它是一个在线持续监测状态，这个技术还可以根据对关键设备如压气机等持续进行检控，对设备的运行状态和性能状态给出多维度的图表分析，提出维护建议。

这个趋势预警模块主要是基于模型和规则，模型是我们要通过测点来进行建模工作，把电厂运行的数据不停导入到模型里进行模型训练，让模型去识别机器所有之前运行的工况，可以进行自我学习和判断，这个技术如果运行时间越长，经历的工况越多，模型最后预测的结果就会越来越准确。趋势预警最关键的就是模型训练，我们要对模型进行大量的运行数据的优化训练。第二就是规则，规则就是在系统里制定规则，可以自己手动去设定一些参数设点，达到我们想要的预测结果。

性能监测与分析模块，主要是以热力学模型为核心，以快速稳定准确的非线性方程组求解其为支撑，根据设备特性和系统逻辑建立性能分析模型，并利用实时历史的运营数据结合机器学习对模型进行标定修正，基于修整完的准确模型进行设备和系统的实时状态仿真，以不同形式展示仿真结果，便于电厂的管理人员进行分析和诊断预测，为用户提供运营方式和决策改进支持，帮助电厂提升经济运营水平。这是性能监控的组界面，可以实时看到运行的性能指标。

同时我们在后台也可以查看性能的偏差，可以看到各个相关的参数对发电气耗的影响，比如说环境温度，循环水温度，对气耗影响的大小。性能趋势分析也就是实时跟踪机组各项性能和实时值的状况。还有智能管理的功能，这也是比较常规的功能，但是我们也把它统一做到数字电厂的平台上，首先是辅机管理，我们做了统计，累计运行时间、启停记录、为辅机可靠性提供支持。对标管理是通过对两台机组的重要指标做统计进行对比分析，后面我们还可以跟其他的后续再上的项目做对标的管理。工况寻优，是对比分析机组实时运行与历史运行期间机组负荷、压气机进气温度，燃料热值基本一致的工况下，寻找机组历史最优功耗情况。启停管理是实时监视机组的启停过程，并对历史启停机的过程进行记录，便于我们后续做启停经济性的分析。指标竞赛也是我们做的小功能，运行期间指标竞赛通过平台进行自动的计算，不需要再手动去计算各个指标参数的差异。

成本分析是建立平均成本计算模型，展示燃料发电成本实时曲线，方便快捷历史趋势调用，实现燃料实时发电成本不同时间段的分析比较。生产实时就是我们把机组的生产流程实时监控，生产画面的历史回放，参数的历史数据回溯，曲线对比分析，数据的统计和自动生成导出报表，减少人力统计，技术监督报表管理。

本质安全部分，也就是安全一体化平台，这是新一代数字电厂本质安全可视化管控平台解决方案，具有可视化、一体化及视频分析技术等特色，适用于数字电厂人员定位、智能安防和自动安全预警建设。主要包括超宽待定位技术，实现人员的精确定位，动态预警和安全管理，将视频监控系统、门禁系统、电子巡更等信息进行共享和联动，实现智能安防联动、应急指挥，实现基于视频流的违章识别和自动警报，全面提升安全电厂建设。

基于人员定位的人身安全管控就包括了几个方面，一个是虚拟电子围栏，以及对电厂作业人员的实时定位位置监测，将告警通知到现场人员，定位位置突然告警，在电厂的三维模型中进行展示。基于边缘计算、深度学习的安全主动预警，针对人员的准入控制，检测人员闯入禁区，检测抽烟、危险区徘徊，不戴安全帽等等检测，做一个实时报警。

最后是厂级大数据存储中心，是为之前的功能做一个支撑，特别是趋势预警和性能分析需要大量的数据进行分析，做了厂级的数据平台，这个平台后面也可以再根据电厂需要，开发应用，是一个开放性平台。

最后是网络安全，生产控制信息安全监管与预警平台项目是国家发改委的试点项目，我们争取到了一些政府的支持，主要是实现主动预警的功能，包括威胁发现、持续监测、风险评估、处置响应，主要是变被动安全为主动安全。

建设过程中也是对数字电厂一些应用做了小小的尝试，肯定是存在着很多的不足，还有很多需要不停优化提升的地方，欢迎各位领导专家到广州增城指导工作，感谢大家的聆听。

（来源：北极星电力网，发言为北极星电力网根据速记整理，未经本人审核，如需转载请完整转载全文不允许删减）