火力发电厂SIS系统解决方案
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在不同负荷要求下，根据数学模型求解最优化的负荷分配方 案，达到全厂煤耗率最小；
以计算的负荷分配方案为目标值，指导运行人员调整各机组 的负荷，使全厂处于最经济状态运行。
全厂负荷分配模块
模块的核心是：分析各机组 的实际负荷情况，并根据全 厂负荷要求，计算各机组的 目标负荷；
比较实际值与目标值的差距， 分析对煤耗率的影响； 保存不同负荷情况下的优化分 配方案，绘制全厂煤耗率-负荷 曲线，使全厂处于最佳运行状 态。
振动监测与故障诊断模块
模块的主要监测功能：
轴心轨迹； 信号趋势图； 级联图； 瀑布图； 启停机特性图； 极坐标图。
振动监测与故障诊断模块
模块的主要分析功能：
波形分析； 频谱分析； 功率谱分析； 相关分析； 倒谱分析； 矢量计算； 平衡计算。
自动故障诊断功能：
人工智能法和人工神经网络 方法相结合； 诊断转子轴系常见故障，例 如不平衡、不对中、偏心、 油膜涡动、轴承座松动等。
[锅炉性能]
✓ 排烟热损失 ✓ 化学不完全燃烧损失 ✓ 机械不完全燃烧损 ✓ 散热损失 ✓ 灰渣热损失 ✓ 反平衡计算锅炉效率
机组性能计算模块
[加热器性能]
✓ 上端差 ✓ 下端差 ✓ 水侧温升
[凝汽器性能]
✓ 端差 ✓ 过冷度 ✓ 冷却水温升
[其他性能]
✓ B燃料消耗量 ✓ Bj计算燃料消耗量 ✓ 补水率 ✓ 汽耗
火力发电厂SIS系统解决方案
北京华电博欣科技有限公司 2004.7
行业背景
许多电厂还单纯停留在分散管理，即车间级管理的模式；
大多数分散控制系统对数据难以进行长时间的保存；
许多辅助决策性的问题因为收集不到全面完整的数据，而无法 得以解决 ；
电厂建立了各式各样的应用系统，而这些系统也是非常分散独 立的。
可以有效解决定时吹灰造成的不 及时吹灰或吹灰过度问题 。
运行指导优化模块
根据汽轮机转子的热应力大小来控制 汽机启/停时转速和机组负荷的变化率
采用数值计算（有限元）方法求解温 度场、应力分布；
根据热应力水平调整变化率；
设定热应力约束值，机组在运行过程 中都不允许超出这个极限值 ；
实现机组启停过程安全性与经济性的 协调，快速并网或参与调峰运行。
煤耗
发电可变成本
水耗
油耗
电耗
总结
“火电厂级监控系统（SIS）”的作用
建立统一的数据平台，可以保存机组大量的、长期的实时和 历史生产数据； 帮助发电企业进行挖掘、利用这些数据，可以得到很多极富 价值的信息，对生产产生巨大的指导意义； 利用各种专用模块从不同的角度来优化电厂的生产过程，为 企业降低成本，增加效益
1、生产过程的监视模块； 2、厂级、机组性能计算模块； 3、设备寿命管理模块； 4、振动监测与故障诊断模块； 5、全厂负荷优化分配模块； 6、运行指导优化模块； 7、发电成本分析模块；
系统结构图
功能模块的基本逻辑关系：
机组性能计算模块 计算原理图
锅炉参数 汽轮机参数
性能指标计算 热力计算
循环汽/水系统参数
发电成本分析模块
考虑固定成本、可变成本，进行发电成本的分摊，实 时计算出电厂当前的发电成本，并结合电网的其他一 些因素，为完成报价，实现竞价上网提供数据支持。
实时监测生产过程的各种分项费用的消耗情况、发电量等， 对机组进行效率分析，追踪分析成本变化的原因；
通过饼图、曲线等方式及时反映各项成本的变化情况，做到 心中有数，以便及时采取应变措施。
运行指导优化模块
运行优化指导模块是根据上述功能模块的计算分析结 果，为运行人员提供操作指导参数，达到优化目的。
指导吹灰、吹渣 灰污及结渣状况 受热面热流/热量
快速启停、变负荷 合理寿命损耗 优化热应力
转数变化率 负荷变化率
主汽温度主汽压力再热温度再热压力给水温度真空… …
小指标计算
提高效率 降低耗差 耗差分析
实现目的
主要目的是：建立统一的信息平台，为发电企业的 生产管理提供有力的信息支持。
及时地收集、整理各种生产数据； 分析数据，指导优化机组的生产运行； 挖掘数据，为辅助决策提供有价值的信息。
系统概述
在硬件方面，用户根据自己的需要选择合适的机型； 软件方面，可以对系统进行灵活组态，系统的功能由 各模块的功能分别实现。主要由七个模块构成：
（2）耗差分析
对机组关键性运行参数进行监督分析，根据这些参数的实际运行值和基准值 (目标值)之间的偏差，计算出对机组效率的影响以及由此偏差所引起的运行 损失。
全厂负荷分配模块
建立负荷分配的数学模型，选取合适的数学优化方法 ， 实现多台单元机组并列运行的负荷分配优化，主要功 能包括：
绘制所有机组的（煤耗率-负荷）曲线；
发电成本分析模块
(按照电力市场的要求，可以每半小时、日、月、年为单位进行成本分析)
固定成本
变动成本
✓ a)材料费
✓ a)煤费；
✓ b)折旧费；
✓ c)水费；
✓ c)修理费；
✓ b)购入电力费；
✓ d)工资及福利；
✓ d)厂用电费；
✓ e)其它费用。
✓ e)油费。
发电成本
发电固定成本
维修成本
其他成本
振动监测与故障诊断模块
振动是汽轮机轴系故障最灵敏的反映信号，本模块通 过监测振动判断机组故障，提高机组运行可靠性。
它集振动信号采集、时频域分析、故障诊断及网络技术于一身，采 用多项新技术,具有较高的综合性能指标。
主要性能：
测量通道：16/32/64通道+1个键相 测量量：轴/瓦/扭振,电流,电压,转数 传感器类型：涡流,磁电速度,CT/PT 采样速率：32点/转 动态范围：90dB 分析频率：16倍转速频率
裕度 Si 判断 <20% 优化后的速率级
运行指导优化模块
通过指标计算与耗差分析，对机组运行的情况进行评估，发现运 行中的问题，并给运行人员提供必要的操作指导，以优化机组的 运行过程，达到成本最低化和效益最大化的目的；
（1）小指标分析
将标准煤耗率、厂用电率等大的计划指标，按运行岗位分解成具体的技术经 济指标，并落实到各值、班组以及个人，定期检查与评比。
设备寿命管理模块
设备部件
锅炉
汽包 主蒸汽管道
转子
设
汽机
汽缸
备 寿
螺栓
命 管 理 模
在线监测
计算 分析
温度场监视
应力场监视
块
寿命损耗
运行
档案
剩余寿命
失效分析 寿命评估
一级评估 二级评估 三级评估
设备寿命管理模块
基于有限元法分析数学模型，在线计算各种部 件，例如高、中压缸转子温度场的分布。
采用等温线、云图，网格图的多种显示方法，可以 对温度场进行放大、缩小，同时可以实现对转子金 属温度（例如FATT）的监测。
如果热应力过大，则这次启动寿命的 损耗将增大，最终会引起累积损伤；
如果热应力过低，则这次启动就很可 能要消耗大量的燃料和时间
应力限定值 强制暖机
当前应力 热应力裕度
历史应力 运行参数
应力趋势 约束条件
机 控制标志 组 状 态 判 控制量 断
机组当前速率级
+1 级
速率级选择
-1 级
状态控制
预测应力值
>40%
锅炉吹灰指导
汽轮机启停/变工况运行 机组运行指导优化模块
机组带负荷运行
运行指导优化模块
锅炉平常运行监测的是污染受热 面的各部局部热流，将其与相应 工况下清洁受热面的各部局部热 流相比，就可得出炉内受热面各 部位的结渣及灰污状况
图示a,b两点温差与当地局部热 流存在一一对应关系 ； 在锅炉每次大、小修后的运行初 期及每次炉内吹完灰后的初期， 可以认为此时炉内受热面是清洁 的。
联系人：
何万凯（工程师）：13683220934 王罡（工程师）：. 13910565797 张光（教授）：13911737368
凝汽器参数
机组性能计算模块
[厂级性能指标]
✓ 发电标准煤耗率 ✓ 供电标准煤耗率 ✓ 发电厂热效率 ✓ 汽轮发电机组热效率 ✓ 厂用电率
机组性能计算模块
[汽机性能]
✓ 高压缸相对内效率 ✓ 中压缸相对内效 ✓ 低压缸相对内效率
[空预器性能 ]
✓ A烟侧效率 ✓ B烟侧效率 ✓ A空气侧效率 ✓ B空气侧效率
机组性能计算模块
[耗差分析]
✓ 主汽温度-热效率偏差 ✓ 主汽压力-热效率偏差 ✓ 再热温度-热效率偏差 ✓ 再热压力-热效率偏差 ✓ 给水温度-热效率偏差 ✓ 凝汽压力-热效率偏差 ✓ 过剩空气-热效率偏差 ✓ 过热减温水流量-热效率偏差 ✓ 再热减温水流量-热效率偏差
[费用偏差 ]
✓ 主汽温度-费用偏差 ✓ 主汽压力-费用偏差 ✓ 再热温度-费用偏差 ✓ 再热压力-费用偏差 ✓ 给水温度-费用偏差 ✓ 凝汽压力-费用偏差 ✓ 过剩空气-热效率偏差 ✓ 过热减温水流量-费用偏差 ✓ 再热减温水流量-费用偏差
设备寿命管理模块
对主要部件的热应力进行计算，可以适用不同 的机组型号与计算精度要求； 绘制热应力趋势曲线图，分析热应力的变化；
设置安全极限，计算与分析机组的热应力值及安全 裕度，提供报警功能；
ຫໍສະໝຸດ Baidu
设备寿命管理模块
采用雨流法模型，部件 寿命在线计算模块由机 组的变工况事件触发。
计算结束，将计算结果连 同机组状态量一同存入机 组的剩余寿命数据表中； 对部件的安全寿命进行评 定，当部件的剩余寿命小 于安全寿命，进行报警。
（性能计算应在50%以上负荷进行，每1分钟计算一次）
设备寿命管理模块
采用“设备部件寿命的三级评估法”
一级评估：依据部件原始设计数据、设备的运行历史数据， 工业经验，同时采用一些目视检验以得出最大的损伤机理和 部件对这些机理的敏感性和机组的寿命。 二级评估：二级评定检查安排在预计破坏之前的适当时候进 行，包括详细的无损检验和部件的应力分析，以进一步确证 预估的剩余寿命。 三级评估：包括采用更多的新技术、取样实验和专门安装的 仪表进行检测以及复杂的应力和断裂机理分析，从而得出设 备的使用寿命。
以计算的负荷分配方案为目标值，指导运行人员调整各机组 的负荷，使全厂处于最经济状态运行。
全厂负荷分配模块
模块的核心是：分析各机组 的实际负荷情况，并根据全 厂负荷要求，计算各机组的 目标负荷；
比较实际值与目标值的差距， 分析对煤耗率的影响； 保存不同负荷情况下的优化分 配方案，绘制全厂煤耗率-负荷 曲线，使全厂处于最佳运行状 态。
振动监测与故障诊断模块
模块的主要监测功能：
轴心轨迹； 信号趋势图； 级联图； 瀑布图； 启停机特性图； 极坐标图。
振动监测与故障诊断模块
模块的主要分析功能：
波形分析； 频谱分析； 功率谱分析； 相关分析； 倒谱分析； 矢量计算； 平衡计算。
自动故障诊断功能：
人工智能法和人工神经网络 方法相结合； 诊断转子轴系常见故障，例 如不平衡、不对中、偏心、 油膜涡动、轴承座松动等。
[锅炉性能]
✓ 排烟热损失 ✓ 化学不完全燃烧损失 ✓ 机械不完全燃烧损 ✓ 散热损失 ✓ 灰渣热损失 ✓ 反平衡计算锅炉效率
机组性能计算模块
[加热器性能]
✓ 上端差 ✓ 下端差 ✓ 水侧温升
[凝汽器性能]
✓ 端差 ✓ 过冷度 ✓ 冷却水温升
[其他性能]
✓ B燃料消耗量 ✓ Bj计算燃料消耗量 ✓ 补水率 ✓ 汽耗
火力发电厂SIS系统解决方案
北京华电博欣科技有限公司 2004.7
行业背景
许多电厂还单纯停留在分散管理，即车间级管理的模式；
大多数分散控制系统对数据难以进行长时间的保存；
许多辅助决策性的问题因为收集不到全面完整的数据，而无法 得以解决 ；
电厂建立了各式各样的应用系统，而这些系统也是非常分散独 立的。
可以有效解决定时吹灰造成的不 及时吹灰或吹灰过度问题 。
运行指导优化模块
根据汽轮机转子的热应力大小来控制 汽机启/停时转速和机组负荷的变化率
采用数值计算（有限元）方法求解温 度场、应力分布；
根据热应力水平调整变化率；
设定热应力约束值，机组在运行过程 中都不允许超出这个极限值 ；
实现机组启停过程安全性与经济性的 协调，快速并网或参与调峰运行。
煤耗
发电可变成本
水耗
油耗
电耗
总结
“火电厂级监控系统（SIS）”的作用
建立统一的数据平台，可以保存机组大量的、长期的实时和 历史生产数据； 帮助发电企业进行挖掘、利用这些数据，可以得到很多极富 价值的信息，对生产产生巨大的指导意义； 利用各种专用模块从不同的角度来优化电厂的生产过程，为 企业降低成本，增加效益
1、生产过程的监视模块； 2、厂级、机组性能计算模块； 3、设备寿命管理模块； 4、振动监测与故障诊断模块； 5、全厂负荷优化分配模块； 6、运行指导优化模块； 7、发电成本分析模块；
系统结构图
功能模块的基本逻辑关系：
机组性能计算模块 计算原理图
锅炉参数 汽轮机参数
性能指标计算 热力计算
循环汽/水系统参数
发电成本分析模块
考虑固定成本、可变成本，进行发电成本的分摊，实 时计算出电厂当前的发电成本，并结合电网的其他一 些因素，为完成报价，实现竞价上网提供数据支持。
实时监测生产过程的各种分项费用的消耗情况、发电量等， 对机组进行效率分析，追踪分析成本变化的原因；
通过饼图、曲线等方式及时反映各项成本的变化情况，做到 心中有数，以便及时采取应变措施。
运行指导优化模块
运行优化指导模块是根据上述功能模块的计算分析结 果，为运行人员提供操作指导参数，达到优化目的。
指导吹灰、吹渣 灰污及结渣状况 受热面热流/热量
快速启停、变负荷 合理寿命损耗 优化热应力
转数变化率 负荷变化率
主汽温度主汽压力再热温度再热压力给水温度真空… …
小指标计算
提高效率 降低耗差 耗差分析
实现目的
主要目的是：建立统一的信息平台，为发电企业的 生产管理提供有力的信息支持。
及时地收集、整理各种生产数据； 分析数据，指导优化机组的生产运行； 挖掘数据，为辅助决策提供有价值的信息。
系统概述
在硬件方面，用户根据自己的需要选择合适的机型； 软件方面，可以对系统进行灵活组态，系统的功能由 各模块的功能分别实现。主要由七个模块构成：
（2）耗差分析
对机组关键性运行参数进行监督分析，根据这些参数的实际运行值和基准值 (目标值)之间的偏差，计算出对机组效率的影响以及由此偏差所引起的运行 损失。
全厂负荷分配模块
建立负荷分配的数学模型，选取合适的数学优化方法 ， 实现多台单元机组并列运行的负荷分配优化，主要功 能包括：
绘制所有机组的（煤耗率-负荷）曲线；
发电成本分析模块
(按照电力市场的要求，可以每半小时、日、月、年为单位进行成本分析)
固定成本
变动成本
✓ a)材料费
✓ a)煤费；
✓ b)折旧费；
✓ c)水费；
✓ c)修理费；
✓ b)购入电力费；
✓ d)工资及福利；
✓ d)厂用电费；
✓ e)其它费用。
✓ e)油费。
发电成本
发电固定成本
维修成本
其他成本
振动监测与故障诊断模块
振动是汽轮机轴系故障最灵敏的反映信号，本模块通 过监测振动判断机组故障，提高机组运行可靠性。
它集振动信号采集、时频域分析、故障诊断及网络技术于一身，采 用多项新技术,具有较高的综合性能指标。
主要性能：
测量通道：16/32/64通道+1个键相 测量量：轴/瓦/扭振,电流,电压,转数 传感器类型：涡流,磁电速度,CT/PT 采样速率：32点/转 动态范围：90dB 分析频率：16倍转速频率
裕度 Si 判断 <20% 优化后的速率级
运行指导优化模块
通过指标计算与耗差分析，对机组运行的情况进行评估，发现运 行中的问题，并给运行人员提供必要的操作指导，以优化机组的 运行过程，达到成本最低化和效益最大化的目的；
（1）小指标分析
将标准煤耗率、厂用电率等大的计划指标，按运行岗位分解成具体的技术经 济指标，并落实到各值、班组以及个人，定期检查与评比。
设备寿命管理模块
设备部件
锅炉
汽包 主蒸汽管道
转子
设
汽机
汽缸
备 寿
螺栓
命 管 理 模
在线监测
计算 分析
温度场监视
应力场监视
块
寿命损耗
运行
档案
剩余寿命
失效分析 寿命评估
一级评估 二级评估 三级评估
设备寿命管理模块
基于有限元法分析数学模型，在线计算各种部 件，例如高、中压缸转子温度场的分布。
采用等温线、云图，网格图的多种显示方法，可以 对温度场进行放大、缩小，同时可以实现对转子金 属温度（例如FATT）的监测。
如果热应力过大，则这次启动寿命的 损耗将增大，最终会引起累积损伤；
如果热应力过低，则这次启动就很可 能要消耗大量的燃料和时间
应力限定值 强制暖机
当前应力 热应力裕度
历史应力 运行参数
应力趋势 约束条件
机 控制标志 组 状 态 判 控制量 断
机组当前速率级
+1 级
速率级选择
-1 级
状态控制
预测应力值
>40%
锅炉吹灰指导
汽轮机启停/变工况运行 机组运行指导优化模块
机组带负荷运行
运行指导优化模块
锅炉平常运行监测的是污染受热 面的各部局部热流，将其与相应 工况下清洁受热面的各部局部热 流相比，就可得出炉内受热面各 部位的结渣及灰污状况
图示a,b两点温差与当地局部热 流存在一一对应关系 ； 在锅炉每次大、小修后的运行初 期及每次炉内吹完灰后的初期， 可以认为此时炉内受热面是清洁 的。
联系人：
何万凯（工程师）：13683220934 王罡（工程师）：. 13910565797 张光（教授）：13911737368
凝汽器参数
机组性能计算模块
[厂级性能指标]
✓ 发电标准煤耗率 ✓ 供电标准煤耗率 ✓ 发电厂热效率 ✓ 汽轮发电机组热效率 ✓ 厂用电率
机组性能计算模块
[汽机性能]
✓ 高压缸相对内效率 ✓ 中压缸相对内效 ✓ 低压缸相对内效率
[空预器性能 ]
✓ A烟侧效率 ✓ B烟侧效率 ✓ A空气侧效率 ✓ B空气侧效率
机组性能计算模块
[耗差分析]
✓ 主汽温度-热效率偏差 ✓ 主汽压力-热效率偏差 ✓ 再热温度-热效率偏差 ✓ 再热压力-热效率偏差 ✓ 给水温度-热效率偏差 ✓ 凝汽压力-热效率偏差 ✓ 过剩空气-热效率偏差 ✓ 过热减温水流量-热效率偏差 ✓ 再热减温水流量-热效率偏差
[费用偏差 ]
✓ 主汽温度-费用偏差 ✓ 主汽压力-费用偏差 ✓ 再热温度-费用偏差 ✓ 再热压力-费用偏差 ✓ 给水温度-费用偏差 ✓ 凝汽压力-费用偏差 ✓ 过剩空气-热效率偏差 ✓ 过热减温水流量-费用偏差 ✓ 再热减温水流量-费用偏差
设备寿命管理模块
对主要部件的热应力进行计算，可以适用不同 的机组型号与计算精度要求； 绘制热应力趋势曲线图，分析热应力的变化；
设置安全极限，计算与分析机组的热应力值及安全 裕度，提供报警功能；
ຫໍສະໝຸດ Baidu
设备寿命管理模块
采用雨流法模型，部件 寿命在线计算模块由机 组的变工况事件触发。
计算结束，将计算结果连 同机组状态量一同存入机 组的剩余寿命数据表中； 对部件的安全寿命进行评 定，当部件的剩余寿命小 于安全寿命，进行报警。
（性能计算应在50%以上负荷进行，每1分钟计算一次）
设备寿命管理模块
采用“设备部件寿命的三级评估法”
一级评估：依据部件原始设计数据、设备的运行历史数据， 工业经验，同时采用一些目视检验以得出最大的损伤机理和 部件对这些机理的敏感性和机组的寿命。 二级评估：二级评定检查安排在预计破坏之前的适当时候进 行，包括详细的无损检验和部件的应力分析，以进一步确证 预估的剩余寿命。 三级评估：包括采用更多的新技术、取样实验和专门安装的 仪表进行检测以及复杂的应力和断裂机理分析，从而得出设 备的使用寿命。