电除尘器专家系统的总体构成及功能

1、电除尘器专家系统的总体构成及功能 Overall Configuration and Functions of ESP Expert System 胡满银1，赵金表2，刘松涛1，高维英1，宋国升2（1.华北电力大学，河北保定071003；2.河北省电力研究院，河北石家庄050021） 摘要: 在电除尘器集散控制基础上提出专家系统的总体构成，对在电除尘器集中管理方面可实现的新功能进行分析研究；利用电除尘器的专家诊断系统对电除尘器进行故障诊断，根据运行参数进行综合优化；通过采集化学车间和锅

2、炉车间的部分信号对电除尘器运行性能进行预测；采用动态及多媒体技术进行提示与报警，通过程序仿真实现了其中部分功能。 关键词：电除尘器；专家系统；参数优化；故障诊断；预测 Abstract：Based on the centralized and distributed control of electrostatic precipitator (ESP), an overall configuration of the 

3、;expert system is developed. An analytical study are performed using this system to realize new functions for centralized management of ESPs, to diagnose faults in ESPs, 

4、to optimize comprehensively according to their operational parameters, to predict the operational performance of ESPs based on parts of signals collected from chemical treatment an

5、d boiler houses, and to provide hint and alarm functions using dynamic and multimedia technology. A part of these functions are realized through reality simulation procedures.

6、  Keywords：electrostatic precipitator；expert system；parameter optimization；fault diagnosis；predict  随着我国电力工业的快速发展和环境保护标准的提高，占全国电力总装机容量80%的燃煤火电厂的环境问题显得更加重要，电除尘器以其除尘效率高、运行较稳定等特点在燃煤火电厂除尘装置中占有重要地位。然而在电除尘器的运行过程中，由于设备管理或运行不当，电除尘器存在运行效率达不到预定设计指标、运行的稳定可靠性不高、运行故障率偏高、故障

7、发生的原因及部位错综复杂、发生故障后不易查找故障原因、控制功能较弱等较为普遍的现象。 电除尘器专家系统是在实现当前电除尘器集散控制的基础上，以在线故障诊断、节能控制和效率预测等为重点对象，在综合国内外研究现状的基础上，设计的一种智能控制软件包，它对电除尘器故障维护、效率预测、节能措施及在线报警等方面进行研究，从而提高电除尘器运行、维护和管理的质量，最大限度地实现节能控制，使电除尘器在最优条件下运行，对突发故障能够准确、快捷地进行判断与处理，为电除尘器长期、安全、稳定和高效运行提供可靠的保证1,2。 1系统的总体构成 专家系统是知识基系统，一般由知识库、数据库、推理

8、机、解释部分、知识获取部分和人机接口6部分组成，如图1所示。  2系统的主要功能该系统以Windows操作系统为平台，采用Access数据库，以VB语言实现其功能，并打包生成安装发布程序，有较完整的安装系统。 2.1图形数据显示、存储、查询、打印功能 主机从各下位机获得电除尘器各种电气设备的运行参数和状态信息，通过各种检测装置获得浊度信号、锅炉信号、温度、压力和其它同电除尘器的运行、管理密切相关的参数。在系统软件的管理下，生成运行报表、运行趋势、报警记录，并能以图形、表格、曲线、文本等方式进行存储、显示和打印。 记录历史运行参数主要包括高压运行

9、参数、各电场的伏安特性曲线、所有高低压设备的故障报警、所有高低压设备的启停、高压投运率、各电场运行功率及总功率、各浊度仪的浊度值、用户操作、系统投运情况等，以上各种记录均自动完成，可以随时提供用户查询，追踪设备的运行情况，为维护和检修设备提供依据；伏安曲线保存，可供用户对不同阶段的电场特性进行比较。以上所有记录的参数均可随时打印输出存档。对于由本系统运行产生的各种数据，可按时间、各电场等多种方式进行查询浏览，并存档打印；对于故障的历史记录，可按故障发生的时间、类型、发生的频繁次数查询，并进行统计，可将选定范围内的记录进行打印；对相关的数据可做出日报表、月报表、季报表、年报表等；还可对数据进行统

10、计，如设备的投运率、出现的故障次数、开机和停机时间等，生成显示运行趋势曲线、报警记录，并以图形、表格、曲线、文本等或按用户要求打印输出。主要曲线有：伏安特性曲线，各电场电流及电压曲线，出口粉尘浓度曲线，各加热点温度曲线，除尘效率曲线，电压、电流的重复波形与瞬时波形，提供更多的信号量用于专家对故障进行分析处理等。另外，系统可自动显示记录各设备的运行参数和工作状态并留下历史档案，这些记录为设备运行状态评价和检修工作提供了很好的帮助。针对不同要求，可以对数据进行实时曲线显示或历史曲线显示，并可用不同的图线类型显示出来，如二维曲线图、柱状图、三维立体图等。系统还提供数据压缩功能，节省磁盘空间，改善系统

11、性能。 2.2专家系统故障诊断3 以信号监测量为基础，以知识库为依据，按照一定的推理机制,提供一套诊断型专家系统。首先建立预报算法对一些重要的运行参数进行在线监测，当监测值异常时，可调用专家系统进行实时诊断，或者当电除尘设备发生故障时，该系统能及时发出报警，同时调用知识库里的相关内容，帮助用户分析故障原因，指导运行维护人员及时判断和解决故障。并且将故障发生时间、类型、原因及解决方案存入故障库，供以后查询。利用诊断的结果，及时给运行人员一些必要的提示和操作指导，这对于防止设备在运行过程中由参数异常变为事故，或者避免事故进一步扩大是很有必要的。该系统还可以对事故或故障原因进行分

12、析，并给出解决办法，同时使运行人员从中学习到专家系统的推理过程， 用以提高运行人员的水平和技能。 电除尘器故障诊断步骤是：通过后台调用电除尘器实时参数，经过一定的推理机制和调用专家知识库中的理论知识判断电除尘器是否正常工作，如果有异常现象则会通过故障图标显示出来，此时点击故障界面可以知道具体的故障原因和处理方法。推理机制和专家知识的调用采用dll动态链接库，该库采用VC语言编写，将推理机理与专家知识相结合，进而形成动态链接库，被该系统调用。图2是发生故障时的监控界面和故障界面。 2.3参数的综合优化功能系统可自动测试电场动态伏安曲线，自动分析电场内部工况特性，检测

13、反电晕程度和放电能力，通过分析可选择最佳工作方式和振打程序，实现优化控制。2.3.1实现以提高除尘效率为目的的整体参数优化设计出效率优化模型，以浊度仪传送过来的浊度信号为反馈信号，对高压供电、低压振打优化组合，防止粉尘二次飞扬。a. 电机振打最优化控制为防止二次扬尘，提高除尘效率，减少振打能量损耗，可以选择振打最优化控制。当选择振打最优化控制程序时，系统根据出口烟道浊度数值和有关参数自动调整振打周期、时间或强度，振打时序图可由系统CRT显示，据此来综合判断振打效果，最后自动调整到最佳的振打控制方式。 b. 断电或减少供电功率振打根据工况及粉尘性质，当启动振打，可自

14、动关闭或减小相应的高压供电装置的供电功率，振打过后又恢复正常供电。2.3.2保证除尘效率前提下的节能以烟道浊度为反馈信号的闭环控制的能量管理系统(EMS)，可根据电除尘器出口烟尘排放浓度反馈信号，通过高压控制柜自动调整各T/R设备输出功率，在保证烟尘排放达标基础上，降低输入电量，节约电耗。系统可通过设定对话框和能量设定滚动条，较容易地完成能量升降点和幅值的调节与设定。EMS功能主要应用于以下2种工况条件：a. 在高比电阻条件下的反电晕工况中收集烟尘，提高除尘效率。利用高压控制设备先进的反电晕搜索技术能迅速准确地监测到反电晕的发生。当运行在间隙脉冲供电模式时，则自动计算运行参数、供电占

15、空比。b. 电除尘器有效运行的同时，还有足够富余的收尘能力。在维持达标排放的情况下，系统通过烟尘浊度检测仪和自动电压控制器的闭环控制，尽可能降低电量的消耗，从而起到节能的功效。实际运行过程中，可检测和显示出口烟道的浊度，通过闭环控制，控制各台T/R的工作方式和输出功率，使出口烟道的浊度保持在设定的上、下限之间。在控制过程中计算机系统定时地取得各电场的伏安曲线，在需要增加或减少电除尘器供电功率时，首先判断每个电场的电流和电压在伏安曲线上的相应位置，并根据该运行点的伏安曲线斜率决定是否对该电场进行功率调整。需增加供电功率时，先从运行点斜率小的电场开始增加；需减小供电功率时，则先从运行点斜

16、率大的电场开始减小，从而使电除尘器维持运行在最节省电源功能的最佳状态。总之，当烟气浓度超过设定值时，由主机改变高压供电装置的运行参数、供电方式及配合方式，进一步增大电场的电晕电流密度，提高整体除尘效率；当烟气浓度大大低于排放标准时，主机则逐步试探性地以一种较为节电的供电方式运行设备,如果有较大的余量,则进一步调低电场控制电压,以达到节能的目的。2.4除尘效率预测4以神经网络理论为指导，运用专家系统知识，对难以直接测定的参数进行综合预测与分析。根据经验和理论建立除尘效率数学模型，可以通过锅炉燃煤的元素分析和电除尘器出口浊度情况推断出电除尘器除尘效率，从而为闭环控制提供参考。同时根据一定的数学模型

17、和锅炉参数计算出ESP入口烟气量和锅炉的计算燃煤量，如图3所示。在给定煤的元素分析、ESP入口烟气中氧的容积百分比（即确定ESP入口过量空气系数）和电除尘器漏风率的情况下，点击“计算（不需锅炉参数）”按钮，就可计算出电除尘器入口烟气浓度和除尘效率，电除尘器出口烟气浓度是直接从浊度仪转化而来的。在给定锅炉系列参数和锅炉出口烟气氧的容积百分比（即确定锅炉出口过量空气系数）的情况下，点击“计算（需要锅炉参数）”按钮可以计算出电除尘器入口烟气量，同时也可以进行效率预测，此时不需要浊度仪的数值。  若点击“自动显示开关”按钮则可以实时显示电除尘器入口烟气浓度、除尘效率和电除尘器入口烟气量，并且在实时监控总界面中会实时显示锅炉燃煤量、电除尘器入口总烟气量、ESP入口烟气温度、ESP出口烟气浓度、ES