了滿足國(guó)發(fā)辦[2007]53號(hào)文《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法（試行）》中關(guān)于建設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求, “以熱定電”。堅(jiān)決制止高耗能的小火電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，供熱負(fù)荷低卻發(fā)電量高的不正常情況，山東電力研究院、山東魯能控制工程有限公司生產(chǎn)得熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在線檢測(cè)系統(tǒng)LN2000-RTU已經(jīng)在山東省六十余家熱電廠投入使用。

系統(tǒng)可以把其遠(yuǎn)程采集終端放在方圓十公里范圍內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近，通過1根普通的雙絞線（CAN現(xiàn)場(chǎng)總線）連接到其遠(yuǎn)程采集終端，從而對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行高速遙測(cè)或遙控，所以大大降低了電廠的投資和施工量。LN2000-RTU系統(tǒng)也可以通過GPRS無線通訊方式對(duì)幾百公里外的設(shè)備進(jìn)行遙測(cè)或遙控。

LN2000-RTU系統(tǒng)和調(diào)度中心的通信方式也是非常靈活的，可以通過光纜也可以通過GPRS無線方式等將數(shù)據(jù)上傳給調(diào)度中心，其靈活性和可靠性可以確保該類系統(tǒng)安全地運(yùn)行、人機(jī)界面友好和節(jié)省工程投資。

LN2000-RTU系統(tǒng)實(shí)際上是DCS系統(tǒng)LN2000的遠(yuǎn)程I/O裝置微型化后轉(zhuǎn)型的一種產(chǎn)品，它主要特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)：

1.主機(jī)功能：

●主機(jī)為冗余熱備用、具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能的雙控制器組成?？梢允褂肐EC-101、IEC-104等規(guī)約，通過光纜或GPRS無線方式等將數(shù)據(jù)上傳給省調(diào)度中心。

●在上傳的通訊出現(xiàn)故障時(shí)，主機(jī)具有對(duì)通信過程監(jiān)視診斷功能，能根據(jù)通道狀態(tài)判優(yōu)自動(dòng)或人工切換主備用通信通道，并有在通信正常后，可以將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)補(bǔ)送省調(diào)度中心的功能。

●有GPS時(shí)鐘接口?？梢韵蚱渌悄茉O(shè)備校時(shí)。

●接受LN2000軟件的全面支持，有操作員站的以太網(wǎng)接口?？梢栽诓僮鲉T站上使用LN2000軟件的人機(jī)界面監(jiān)控系統(tǒng)或輸入一些人工檢測(cè)的數(shù)據(jù)等。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元功能：

●采集單元可以遠(yuǎn)離主機(jī)。使用冗余熱備用的雙CAN現(xiàn)場(chǎng)總線接口與主機(jī)高速通訊，與主機(jī)使用普通雙絞線的通訊速率為5Kbps時(shí)，距離可以達(dá)到10公里。

●采集單元有GPRS接口?？梢允褂脽o線通訊方式和主機(jī)通訊。

●數(shù)據(jù)采集單元信號(hào)采集通道的設(shè)計(jì)容量不受限制；還可以按照要求任意擴(kuò)充的多個(gè)RS485和RS232C通訊接口。

●采集單元的主要特點(diǎn)是有三種采集方式，參見下面的方案：

方案1：采用通訊方式。使用RS232、RS485等接口，使用Modbus或CDT等各種通訊協(xié)議與其它系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)；還可以采用冗余熱備用的雙網(wǎng)卡（10M/100M）通訊方式。通過安全防護(hù)隔離裝置實(shí)現(xiàn)和廠級(jí)信息管理系統(tǒng)（MIS或SIS）的數(shù)據(jù)交流。

方案2：采用硬接線方式。將采集單元安裝在現(xiàn)場(chǎng)和任意DCS系統(tǒng)使用其AO輸出通道硬接線方式相連采集數(shù)據(jù)，或直接從現(xiàn)場(chǎng)的變送器采集數(shù)據(jù)（可以為這些變送器提供獨(dú)立的24V電源）。

方案3：采用熱電聯(lián)產(chǎn)采集單元（專用采集卡）。利用其采集通道具有的極高輸入阻抗或極低輸入阻抗的特性直接附在原有的其它系統(tǒng)的采集通道上采集數(shù)據(jù)，從而在保持原系統(tǒng)可靠性的情況下，降低了電廠的投資。

圖1為L(zhǎng)N2000-RTU主機(jī)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集單元各種方案匯總示意圖

圖1.  LN2000-RTU系統(tǒng)各種方案匯總示意圖     

2．軟件配置方案

調(diào)度主機(jī)操作系統(tǒng)采用了先進(jìn)的Unix+Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)，并使用了與大型商數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle，以及 MS Office提供的支持。系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用C++編寫。主機(jī)系統(tǒng)采用了Client/Server模式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)處理功能分布在各個(gè)軟件模塊中。軟件模塊通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口和“軟總線（iiNetS）”模塊相互聯(lián)接，并由iiNetS統(tǒng)一管理。獨(dú)到的軟總線技術(shù)使各個(gè)模塊可以隨意配置在各個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)中，而且是“即裝即用”的，非常容易擴(kuò)充和升級(jí)。考慮到系統(tǒng)的可用性和安全性，可以在多個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)上為重要的功能模塊配備冗余模塊。

管理系統(tǒng)通過基于Internet/Intranet技術(shù)的WEB服務(wù)器，向調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)外發(fā)布實(shí)時(shí)信息。網(wǎng)外用戶通過通用的瀏覽器軟件（如IE 6.0等），即可瀏覽到在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的有關(guān)實(shí)時(shí)信息和歷史數(shù)據(jù)，這也是實(shí)現(xiàn)機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接的手段。

安全管理系統(tǒng)采用典型的INTRANET結(jié)構(gòu)，與外界的計(jì)算機(jī)互聯(lián)采用通過國(guó)家鑒定的物理隔離設(shè)備、路由器和“防火墻”等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使SCADA系統(tǒng)可以有效地防止外來黑客的攻擊和病毒的感染。如果WEB服務(wù)器因遭受攻擊而被停止工作，外部計(jì)算機(jī)無法得到機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息，但機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)仍然可以保持正常運(yùn)行。

熱力計(jì)算模型分別采用二種方法實(shí)現(xiàn)：

①．正推法[3]： 

1）熱效率計(jì)算方法：

總熱效率 =（供熱量（kJ）+供電量（kWh）×3600 kJ/kWh）/ （燃料總消耗量（kg） × 燃料單位低位熱值（kJ/kg））×100%；

式中： 供熱量（kJ） = ∑（抽汽量（kg）×（抽汽焓（kJ/kg）－回水焓（kJ/kg）））

2）熱電比計(jì)算方法：

熱電比 = 供熱量（kJ）/（供電量（kWh）× 3600 kJ/kWh）× 100%；

    采用正推法計(jì)算熱效率的特點(diǎn)在于鍋爐熱效率建模簡(jiǎn)單，計(jì)算精度相對(duì)較高，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集量少：除了有關(guān)電氣參數(shù)外，每臺(tái)機(jī)組只需要采集：供熱抽/排汽流量、溫度、壓力，入爐煤量，入煤低位發(fā)熱量等幾個(gè)有關(guān)熱力參數(shù)即可。但是現(xiàn)場(chǎng)的采集系統(tǒng)子站需要配有操作員站，并設(shè)在運(yùn)行值長(zhǎng)臺(tái)上，每天上午9點(diǎn)前，由值長(zhǎng)人工錄入前一天機(jī)組的入爐煤量，入煤低位發(fā)熱量等數(shù)據(jù)。所以這種方法在統(tǒng)調(diào)電廠使用的較多。

②．反推法：

1）熱效率計(jì)算方法：

總熱效率 =（供熱量+供電量（kWh）×3600 kJ/kWh）/∑（（DzHz –DgHg – DjHj）/ Ng）×100%

式中：

供熱量（kJ）–∑（抽汽量(kg)×（抽汽焓（kJ/kg）－回水焓（kJ/kg））），

Dz – 主汽流量（kg/h），熱電終端采集

Hz – 主汽焓（kJ/kg），由蒸汽壓力、溫度查水和水蒸汽熱力性質(zhì)圖表取得

Dg – 給水流量（kg/h），熱電終端采集

Hg – 給水焓（kJ/kg），由給水壓力、溫度查水和水蒸汽熱力性質(zhì)圖表取得

Dj – 減溫水流量（kg/h），熱電終端采集

Hj – 減溫水焓（kJ/kg），由減溫水壓力、溫度查水和水蒸汽熱力性質(zhì)圖表取得

Ng – 鍋爐熱效率，同實(shí)現(xiàn)公式中單一鍋爐熱效率；

2）熱電比計(jì)算方法：

熱電比 = 供熱量（kJ）/（供電量（kWh）× 3600 kJ/kWh）× 100%；

    采用反推法計(jì)算熱效率的特點(diǎn)在于鍋爐熱效率建模相對(duì)復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集量多，在一般情況下，給水流量等于主汽流量，可以不用采集；減溫水焓在總熱量計(jì)算中，可根據(jù)實(shí)際情況決定是否參與計(jì)算。這種計(jì)算方法不需要配有操作員站，也無需每天由人工錄入數(shù)據(jù)。但是，式中鍋爐熱效率Ng的確定比較麻煩，這也是這種計(jì)算方法誤差大小的關(guān)鍵之處：

⑴．對(duì)于燃用設(shè)計(jì)煤種的鍋爐而言，可以使用鍋爐設(shè)計(jì)性能曲線（即有對(duì)應(yīng)不同鍋爐負(fù)荷的多個(gè)鍋爐設(shè)計(jì)效率點(diǎn)），采用最小二乘法擬合出鍋爐設(shè)計(jì)性能曲線：

h＝he×f1（D/De）                     （1）

式中： h是鍋爐設(shè)計(jì)效率，he是鍋爐額定負(fù)荷對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)效率， D是鍋爐負(fù)荷，De是鍋爐額定負(fù)荷，f1( )為擬合函數(shù)。

計(jì)算鍋爐效率直接采用公式（1）。

⑵．對(duì)于燃用測(cè)定鍋爐效率時(shí)燃用的煤種并遵循試驗(yàn)時(shí)的運(yùn)行條件的鍋爐，可以采用實(shí)際運(yùn)行效率值作為計(jì)算鍋爐效率：將該鍋爐已有實(shí)際運(yùn)行性能曲線（即有對(duì)應(yīng)不同鍋爐負(fù)荷的多個(gè)鍋爐實(shí)際運(yùn)行效率點(diǎn)）和對(duì)應(yīng)額定負(fù)荷的實(shí)際運(yùn)行效率hes，采用最小二乘法擬合出鍋爐實(shí)際運(yùn)行性能曲線

h＝hes×f2（D/De）                     （2）

上式中f2( )為擬合函數(shù)。

計(jì)算鍋爐效率直接采用公式（2）。

理論上來說，鍋爐熱效率主要受到煤種（包括發(fā)熱量、灰分、水分、揮發(fā)分）、運(yùn)行條件（包括運(yùn)行氧量、配風(fēng)情況、煤粉細(xì)度、燃料分配）、鍋爐型式和鍋爐負(fù)荷的影響。在爐型確定的情況下，隨鍋爐燃用煤種、運(yùn)行條件和負(fù)荷的變化，鍋爐效率的變化可以達(dá)到10%以上，因此，在線計(jì)算鍋爐效率時(shí)，必須在線采集煤種、運(yùn)行條件和鍋爐負(fù)荷，以保證在線鍋爐效率的準(zhǔn)確性。但是，由于現(xiàn)有的技術(shù)手段無法實(shí)現(xiàn)煤種資料和部分鍋爐運(yùn)行參數(shù)的在線采集，熱電終端采集僅僅在線采集了鍋爐負(fù)荷，這必然會(huì)導(dǎo)致鍋爐效率的準(zhǔn)確度大大降低，其誤差將有可能達(dá)到10%。因此，上述提出的鍋爐效率計(jì)算方法應(yīng)在煤質(zhì)和運(yùn)行條件相對(duì)穩(wěn)定的情況下使用，否則應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)確定煤質(zhì)和運(yùn)行條件改變后的鍋爐效率。

當(dāng)鍋爐燃用煤種和運(yùn)行條件偏離其適用條件后，鍋爐效率會(huì)發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致計(jì)算鍋爐效率誤差增大。由于可以不增加操作員站，所以這種方法在非統(tǒng)調(diào)的地方電廠（小機(jī)組上）使用的較多。

3．運(yùn)行效果

山東熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)較為重要的一塊功能是將各熱電廠機(jī)組的供熱情況、熱電比和熱效率在網(wǎng)上實(shí)時(shí)發(fā)布。系統(tǒng)的整個(gè)部署滿足《電網(wǎng)和電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)規(guī)定》(國(guó)家經(jīng)貿(mào)委[2002]第30號(hào)令)和《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》(國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)5號(hào)令)對(duì)電網(wǎng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和系統(tǒng)之間互聯(lián)的安全要求，符合《全國(guó)電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體框架》的有關(guān)規(guī)定。

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)屬于調(diào)度網(wǎng)的安全I(xiàn)區(qū)系統(tǒng)，要部署在安全I(xiàn)區(qū)； WEB服務(wù)器部署在調(diào)度網(wǎng)的安全I(xiàn)II區(qū)。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)和WEB發(fā)布功能之間要安裝電力系統(tǒng)物理隔離設(shè)備。系統(tǒng)的電網(wǎng)模型、圖形、運(yùn)行數(shù)據(jù)等都在安全I(xiàn)II區(qū)的WEB服務(wù)器上做鏡像，其它第三方應(yīng)用或系統(tǒng)都是和WEB服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，保證了安全I(xiàn)區(qū)的EMS功能的安全性。

山東熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入運(yùn)行后，設(shè)立了專職的日常維護(hù)人員，負(fù)責(zé)系統(tǒng)遠(yuǎn)方終端和主站的檢查維護(hù)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)軟件的修改和完善，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。為此，每年也需要有一定的維護(hù)預(yù)算費(fèi)用。此外，熱電廠設(shè)專責(zé)人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的可靠性。

山東熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入運(yùn)行后，通過實(shí)時(shí)采集和分析機(jī)組運(yùn)行的動(dòng)態(tài)信息，企業(yè)管理明顯上了一個(gè)檔次，通過對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行量化控制和有效監(jiān)管，進(jìn)而科學(xué)合理地安排供熱量、發(fā)電量計(jì)劃，大大提高了山東省熱電企業(yè)的管理水平。