摘要：介紹廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）在北京太陽宮燃氣熱電冷聯(lián)供聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中的應用情況。重點闡述針對聯(lián)合循環(huán)電廠開發(fā)的SIS各應用軟件模塊，如性能計算軟件實現了機組性能實時監(jiān)測、部件損耗計算，指導優(yōu)化運行；負荷與燃氣預測軟件對機組實時zui大出力進行預測，并進行天然氣用
　　
　　引言
　　
　　北京太陽宮燃氣熱電冷聯(lián)供工程是北京2008奧運配套項目，采用了具有先進水平的二拖一燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，實行熱、電、冷三聯(lián)供。全廠在設計工況下的發(fā)電出力為706.12MW，供熱能力為465.2MW。
　　
　　北京太陽宮燃氣熱電冷聯(lián)供工程采用了北京同方電子科技有限公司自主研發(fā)的廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)-TYG-SIS[1]。TYG-SIS針對太陽宮燃氣熱電冷三聯(lián)供工程的特殊性，以降低成本、節(jié)能減耗，成為電廠生產專家級助手為目標進行開發(fā)，以廠級性能計算和分析、負荷燃氣預測、燃氣輪機壽命管理等運行優(yōu)化軟件為支撐，在太陽宮電廠信息管理與自動控制一體化中起著重要作用。系統(tǒng)投運以來，指導優(yōu)化運行的效果已初步顯現，現已成為將太陽宮電廠建設成為綠色、節(jié)能、環(huán)保的數字化電廠的好幫手。
　　
　　一、TYG－SIS及其功能
　　
　　作為電廠信息化建設的紐帶和橋梁，TYG－SIS系統(tǒng)首先要保證自身系統(tǒng)的安全、可靠[2]，主要途徑為：（l）采用正向隔離網閘進行有效的物理隔離（隔離參數為lb）：對底層控制系統(tǒng)、廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)進行隔離，有效保證控制系統(tǒng)及SIS的安全性；（2）部署Symante。防病毒軟件進行有效的網絡安全防護；（3）選用高可靠性的網絡設備和的網管系統(tǒng)保證系統(tǒng)的可靠性等。
　　
　　有了良好的安全性、可靠性保證，SIS才能穩(wěn)定、地進行數據采集、存儲、分析和傳輸。TYG-SIS首先采用標準的網絡接口及通信協(xié)議進行實時數據采集；然后采用PI實時歷史數據庫進行數據存儲；zui后通過具有針對性的燃氣輪機電廠應用軟件[3-4]實現各種功能，并將通信數據傳輸到管理信息系統(tǒng)。TYG-SIS系統(tǒng)針對熱電冷三聯(lián)供的聯(lián)合循環(huán)電廠開發(fā)了包括廠級性能計算、負荷與燃氣預測、燃氣輪機壽命管理等功能模塊，為全廠生產過程的運行和管理提供決策依據。
　　
　　1.1性能計算和分析
　　
　　TYG-SIS采用上聯(lián)合循環(huán)機組性能監(jiān)測和損耗分析軟件，在線監(jiān)測每臺機組的燃氣輪機、蒸汽輪機和輔助設備的性能，并將實際數據與根據性能驗收試驗（或設計數據）推導出來的基準值相比較，計算出所有可計算的損耗。追蹤電廠較長一段時間的主要損耗或增益，并給運行人員提供這些損耗所造成的輸出損失，從而指導電廠的優(yōu)化運行，提高經濟效益。
　　
　　1.1.1性能監(jiān)測
　　
　　性能監(jiān)測不僅監(jiān)測機組的總體性能，而且還對燃氣輪機、燃氣輪機各部件（進口空氣進氣濾、壓氣機、燃氣透平）的性能進行監(jiān)視，同時對汽輪機、凝汽器、冷卻塔進行監(jiān)測，在線計算各部件的效率和熱耗率。燃氣輪機和汽輪機性能監(jiān)測見圖1、2。
　　
　　1.1.2損耗分析
　　
　　TYG-SIS不僅對燃氣輪機各部件進行詳細的損耗分析，還對廠用電、凝汽器損耗進行分析，對聯(lián)合循環(huán)機組可能存在的損耗進行的計算和分析。圖3為燃氣輪機損耗分析總圖，把進口空氣進氣濾、壓氣機、燃氣透平等性能參數與目標值進行比較，分別計算出各部分因性能下降造成的發(fā)電損失和經濟損失，便于運行人員針對影響機組經濟運行的主要設備，集中精力采取措施改進其性能。
　　
　　表1為某時刻的燃氣輪機損耗分析。系統(tǒng)對燃氣輪機各部件的參數目標值和實際值進行比較，得到各部件的實時發(fā)電損失，結合上網電價，得到實時貨幣損失，并以當前工況為前提估算出機組年度損失。借助于直觀的畫面和詳細的數據，運行人員能有效了解機組各部件的損耗情況，并根據當時的狀態(tài)及時對機組及設備進行優(yōu)化。
　　
　　1.2負荷和燃氣預測
　　
　　1.2.1負荷預測
　　
　　與常規(guī)火電廠汽輪機組不同，燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組發(fā)電負荷隨大氣環(huán)境（溫度、壓力、相對濕度）的變化而變化。如太陽宮電廠二拖一型聯(lián)合循環(huán)機組，冬季zui大負荷可達824.61MW（無供熱），而夏季zui大負荷為726.85MW（無供熱），如表2所示。
　　
　　圖4、5為聯(lián)合循環(huán)機組出力隨環(huán)境溫度和壓力變化的曲線，由圖可知，聯(lián)合循環(huán)機組發(fā)電負荷受環(huán)境因素的影響較大，因此，預測機組在當前大氣環(huán)境下的zui大發(fā)電出力，可避免由于不符合發(fā)電合同造成的不平衡費用，并對機組的優(yōu)化運行具有一定的操作指導作用。
　　
　　負荷預測以機組出力隨環(huán)境因素變化規(guī)律為依據，對當前大氣環(huán)境下的機組zui大出力進行估算，電廠運行人員根據調度指令，參考估算的負荷進行升、降負荷操作，避免機組長時間處于超負荷或低負荷工況運行，降低了機組的壽命損耗，初步實現機組的經濟、優(yōu)化運行。
　　
　　1.2.2天然氣用氣量預測及報警
　　
　　燃氣電廠采用以氣定電／熱的方式，即需制定較詳細的日、周、月甚至年的天然氣用氣量計劃，若實際情況與計劃偏離較大，就會給天然氣公司造成一系列問題。如電廠實際用氣量遠低于計劃用氣量，就會造成燃氣存放空間緊張、壓力增大導致燃氣泄露等問題。目前，我國部分燃氣電廠和天然氣公司已制定了用氣量違約協(xié)議，對發(fā)生的天然氣超提或欠提等情況進行處罰。
　　
　　為實現全廠天然氣用氣量的實時監(jiān)視、用氣量超限報警提示，有效防止超提、欠提的發(fā)生，避免由此造成的經濟損失，TYG－SIS開發(fā)了天然氣用氣量預測及報警軟件，積極為電廠運行人員提供參考和建議，天然氣預測及報警畫面如圖6所示。
　　
　　1.3燃氣輪機壽命管理
　　
　　燃氣輪機是聯(lián)合循環(huán)機組的核心設備，因此，對于燃氣輪機設備的檢測和壽命管理就尤為重要。燃氣輪機壽命管理軟件用于驗證燃氣輪機制造商的當量運行時間，并計算2次大修間燃氣輪機和其他部件的運行時間，監(jiān)測設備部件使用情況和狀態(tài)，保持合理的備品備件量及采用安全、經濟的檢修模式，對部件進行合理調配，變計劃檢修為狀態(tài)檢修，實現了優(yōu)化燃氣輪機檢修、降低維護費用的目的。
　　
　　1.3.1狀態(tài)監(jiān)測
　　
　　狀態(tài)監(jiān)測是對用戶關心的系統(tǒng)主、輔設備狀態(tài)進行顯示，實現對設備狀態(tài)檢測查詢功能。如對設備運行小時數、啟動次數、累計運轉時間等的檢測、查詢，可使檢修人員方便、清晰地查看設備運行狀況，并根據設備狀態(tài)進行設備的更換和檢修，初步實現變計劃檢修為狀態(tài)檢修。表3為對機組部分設備的運行參數統(tǒng)計。
　　
　　1.3.2壽命管理
　　
　　影響燃氣輪機設備壽命的因素很多，如啟動周期、功率設定、燃料和注人的蒸汽或水的量都是決定維護間隔的關鍵因素，因為這些因素直接影響燃氣輪機及關鍵零件的壽命。參考GE的規(guī)定，燃氣輪機壽命管理軟件把不注人水或蒸汽的連續(xù)作業(yè)的燃氣機組確立為設定zui大推薦維護間隔的基本條件。燃氣輪機各部件的基本檢修間隔和更換間隔如表4所示，可見，各部件的基本檢修間隔及更換間隔都不盡相同。
　　
　　機組的實際運行工況多受啟動周期、功率設定、燃料和注人的蒸汽或水的量等眾多因素的影響，因此，對不同于基本條件的實際運行工況，需確立維護系數以決定如何提高維護水平，從而得到根據機組實際運行情況得出的計算運行時間和計算剩余檢修時間等。以計算燃燒系統(tǒng)檢修間隔（以運行小時數為基準）為例：
　　
　　ha=f（i）（l）
　　
　　hi＝f（ki×fi×pi×ti）（2）
　　
　　式中：ha為實際小時數；i為離散運行模式（或操作規(guī)程或時間間隔）;hf為系數小時數；ki為水／蒸汽注入嚴酷性系數沃為燃料嚴酷性系數（干式）;Pi為負載嚴酷性系數；ti為給定運行模式下負載運行小時數。
　　
　　系統(tǒng)以機組的實際運行參數和計算運行參數為基礎，對各部件的狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并提示維護人員進行設備檢修和更換。燃氣輪機部件運行參數如表5所示。
　　
　　系統(tǒng)還提供了對燃氣輪機個別部件進行檢修或更換的處理方式，如當燃氣輪機的第3個火焰筒部件更換后，負責人員僅需點擊對應的“更換’，按鈕，即可對此部件的運行參數重新計算。
　　
　　二、TYG－SIS的創(chuàng)新
　　
　　2.1理念創(chuàng)新
　　
　　TYG－SIS針對2008年奧運配套項目——北京太陽宮l×700MW級二拖一聯(lián)合循環(huán)電站燃氣熱電冷聯(lián)供工程，以降低成本、節(jié)能減耗，成為電廠生產專家級助手為目標進行開發(fā)，現已成為國內*基于9F*燃機的燃氣熱電冷聯(lián)合循環(huán)機組的廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)，并成為切實體現“綠色奧運”理念，將太陽宮電廠建設成為綠色、節(jié)能、環(huán)保的數字化電廠的重要手段。
　　
　　2.2軟件創(chuàng)新
　　
　　TYG－SIS針對*臺二拖一燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電冷聯(lián)供機組，進行了創(chuàng)新性的軟件開發(fā)：
　　
　?。╨）采用上聯(lián)合循環(huán)機組性能監(jiān)測和損耗分析軟件，實時地為生產運行、檢修決策和生產管理提供機組當前和過去的性能情況，及機組各部分性能的相關參數，有效幫助生產人員診斷問題，作出決策。
　　
　?。?）針對燃氣輪機的特殊性，開發(fā)燃氣輪機壽命管理及設備狀態(tài)監(jiān)測模塊，有效地對燃氣輪機整體及部件的運行狀況進行監(jiān)測，變計劃檢修為狀態(tài)檢修，降低設備維護成本。
　　
　?。?）針對燃氣輪機受環(huán)境影響的特性及天然氣用量限制的特殊性，開發(fā)了負荷與燃氣預測模塊，負荷預測對聯(lián)合循環(huán)機組的實時zui大負荷進行預測，有效預防機組的超限或低負荷運行，優(yōu)化運行調度，響應電網負荷要求；對天然氣實時用量進行監(jiān)測和預警，有效防止超提和欠提，根據剩余天然氣量，預測機組在當天剩余時間的可運行時間，也能積極地為運行人員提供參考和建議，具有很強的實用性。
　　
　?。?）針對天然氣燃料價格的實時性，開發(fā)了燃料成本分析模塊，對日、周、月、年的發(fā)電成本進行實時統(tǒng)計和監(jiān)測，為燃料結算、企業(yè)資金的運作，為全面的數據統(tǒng)計和分析提供基礎信息和依據。
　　
　　2.3硬件創(chuàng)新
　　
　　TYG-SIS由獨立的通信工作站采用GSM（GEIndustrialSsystemsStandardMessages）規(guī)約與MarkVI系統(tǒng)的PDH（PlantDataHighway）進行通信。GSM規(guī)約是基于TCP/IP、面向連接的以太網應用層通信協(xié)議，描述了MarkVI燃氣輪機控制系統(tǒng)與廠級DCS之間的通信過程及各種信息格式。TYG-SIS針對GSM規(guī)約進行了專門開發(fā)，實現了SIS與MarkVI系統(tǒng)之間的可靠通信，通信工作站接收GSM格式的數據報文，經格式轉換及相應處理后，以TCP方式穿越隔離網閘，再由專門的通信工作站接收處理后，寫入SIS的PI數據庫。實際運行情況表明，該通信方式實時、可靠，既實現了SIS的數據完整性、一致性，又保證了通信過程中MarkVI系統(tǒng)的安全性，尤其是針對GSM規(guī)約的開發(fā)．在國內同類燃氣輪機電站的515實現中尚屬。
　　
　　三、結語
　　
　　經北京太陽宮電廠聯(lián)合循環(huán)機組的實際運行驗證，TYG－SIS能*達到預期的效果，有效地指導了機組及全廠的優(yōu)化運行，已成為電廠生產的專家級助手，真正實現了優(yōu)化運行、節(jié)能降耗、降低發(fā)電成本、提高整體效益的目的。
　　
　　[參考文獻]
　　
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　　[3]馬欣欣．火電廠優(yōu)化軟件的應用及前景[J]．中國電力，1999,32（6）41-44.[4]馬欣欣．火電廠優(yōu)化軟件的應用及前景（續(xù)）[J]．中國電力，1999,32（7）:52-56.