火力发电厂厂级监控信息系统SIS

1、火力发电厂厂级监控信息系统SIS北京华电天仁电力控制技术有限公司目录1 SIS的基本概念11.1 SIS的产生背景11.2 SIS定义21.3 SIS能为发电企业带来什么31.4 SIS应用概况42 SIS在火电厂自动化信息化系统中的位置53 SIS主要功能83.1 生产过程信息采集、处理和监视93.2 经济指标、性能计算分析和操作指导103.2.1 机组级性能计算和分析103.2.2 厂级性能计算和分析103.2.3 机组经济性指标分析113.2.4 运行优化曲线和设备操作指导113.3 运行调度113.3.1 机组级运行调度113.3.2 厂级运行调度113.3.3 系统监控方式123.4

2、 优化运行控制123.5 设备状态监测和故障诊断133.5.1 设备状态监测133.5.2 机组运行故障诊断133.5.3 机组寿命管理133.5.4 汽轮发电机组振动监测数据管理133.5.5 金属状态检测监督133.6 机组在线性能试验143.7 其它功能143.7.1 发电厂远程技术服务网络的连接143.7.2 机组仿真系统的连接143.8 应用功能集成原则141 SIS的基本概念1.1 SIS的产生背景为了迎接新技术革命的挑战，20世纪80年代以来，人们把推进企业的信息化和管理的现代化作为推进企业升级、增强其核心竞争力的重要手段。当前，我国电力工业正处于新的跨跃式发展时期，同时，也面临

3、着前所未有的挑战，主要表现在：电力体制改革使电力企业逐步走向市场化、国际化，电力企业必须面对市场化的竞争。对电力生产供应的质量与安全性提出了更高的要求。特别是在电力供应相对短缺的形势下，如何进一步降低设备故障率，减少非计划停运，保证电能供应质量，对国计民生有着重要的意义。我国作为一个资源相对匮乏的国家，实施可持续发展战略是我国的必然选择。与发达国家供电煤耗率相比（200MW以上机组320g/kW.h），我国供电煤耗有着很大差距（相差40g/kW.h以上）。因此，降低我国发电煤耗、减少污染排放、节源水资源，具有重要的意义。长期以来电力企业形成的计划经济经营管理模式需要经历不断的改革与创新，包括引

4、入先进的管理理念、管理模式和管理技术，并建立起与之相适应的管理队伍。1996年，原电力工业部颁发的电力工业信息化九五计划与2010年建设纲要指出，电力工业信息化的指导思想是：加速实现电力工业信息化，推动电力工业经济增长由粗放型向集约形方向转变。以经济效益为中心，运用现代化手段为电力工业从规划、建设、生产、交换到消费等全过程的经营活动提供优质服务，为电力工业的科学决策提供服务。以市场需求为导向，适应电力工业体制改革的需要，逐步为完善和发展中国电力市场经济体制提供必要的技术基础。纲要为我国电力工业的信息化进程指明了方向。从20世纪80年代开始，DCS的普及和MIS的广泛应用，使发电企业的信息化水平

5、大幅度提高，缩小了与世界先进国家之间在电力企业生产管理和运行水平上的差距，也为进一步提升电力企业的信息化水平和实现现代化管理奠定了基础。1997年，我国专家首先提出了火电厂厂级监控信息系统（SIS）的概念和实现框架，明确工作的主要任务和目标。2000年，国家经贸委颁发的火力发电厂设计技术规程（DL50002000）规定：“当电厂规划容量为1200MW及以上，单机容量为300MW及以上时，可设置厂级监控信息系统。”由此，在我国展开了SIS的研究开发和应用的局面。1.2 SIS定义火力发电厂厂级监控信息系统（SISSupervisory Information System）。火力发电厂厂级监控信

6、息系统是为火电厂建立全厂生产过程实时和历史数据平台、为全厂生产过程提供综合优化服务、实现生产过程实时管理和监控的信息系统。SIS 以现有DCS（集散控制系统）、PLC（可编程控制器）及其它数据采集控制装置为基础，以先进的计算机网络及数据库技术为平台，以若干运行优化软件为支撑，在全厂范围内实现生产实时信息的共享，是生产管理与经营决策的基础，是提高全厂生产安全经济性的重要保证。SIS是电厂自动化、信息化系统中的新概念，仍处于发展过程中。因此，要给SIS下一个确切的、完整的定义是困难的。事实上，很多厂家生产的关于火电厂监控、优化、管理的软件产品都具有SIS的特征，但从各自对应用的理解出发，给出了特点

7、鲜明的软件名称与定义。一般来说，SIS具有以下基本特征：l SIS是一个厂级监控系统l SIS是生产过程优化系统l SIS是生产管理系统l SIS是一个信息系统企业信息化的关键是信息集成。信息集成的基本观点一是强调一个企业的各个生产环节是不可分割的，需要作为一个整体来考虑；二是强调生产各个环节可以通过信息的采集、传递、处理加以控制与管理，也就是采用信息技术的观点。信息集成的核心问题是网络、数据库和软件，其中软件包括系统软件和功能软件。SIS的基本结构就是网络数据库软件。如果进一步把电厂中的DCSSISMIS视为一个系统，仍然是网络数据库软件，是一个典型的信息集成系统。其中，网络、数据库、系统软

8、件是基础，功能软件是核心，是关键。1.3 SIS能为发电企业带来什么 建立全厂统一的生产信息平台发电厂中有多套自动化信息系统，由于各台机组、各控制系统之间相对独立，致使信息不能共享，机组与机组之间、一台机组的各个辅助系统之间存在信息孤岛。SIS为消除信息孤岛问题提供了完善的解决方案。全厂各台机组和各辅助车间的生产网络通过网络接口与监控信息系统相联，实现生产数据的完全监视与长期保存。生产和管理人员能够及时获取各个机组和子系统的运行参数，监视设备的运行情况，提高电厂生产和管理的信息化水平。 实现数据的深层次加工和提炼，使您快捷得到所关心的信息现代大型发电厂每时每刻都在产生大量的数据，然而这些数据后

9、面到底隐含着哪些有用的信息？SIS通过对设备（系统）原始数据的提炼、加工、处理，将其转化为具有一定意义的信息，如：当前机组运行在什么状态？还有多大的安全余量和经济潜力？ 主要部件需要在什么时候维修或更换？ 当前运行成本是多少？ 同时，SIS还针对发电企业特点，设计了高效的信息发布系统，使使用者能够在最短的时间内找到自己所关心的信息，且信息发布界面是可以按角色定制的。 以提高运行经济性为目的的优化操作指导系统目前我国发电机组生产运行水平还不高，供电煤耗与世界先进水平还有较大差距（200MW以上机组统计相差约60克标煤每千瓦时），节能潜力巨大。SIS通过机组及厂级性能计算与分析，实时找出引起当前煤

10、耗偏高的原因，如运行参数调整问题，设备检修问题，系统设计问题等，并将其划分为运行可控、检修可控和不可控损失，以便针对性的给出运行或检修指导，从而大大提高机组运行经济性。 快速分析设备系统故障，及时给出设备风险评估和智能预警火电厂拥有数量众多、类型复杂的主、辅设备。保证设备的安全稳定运行是生产管理人员最关心、花费时间和精力最多的问题，但也是故障最多、处理起来最困难的问题。SIS采用先进的数据融合技术实现设备系统故障的快速导出、故障分析与诊断、故障预测与预警：若发生故障时，能够快速导出其故障首出，保护动作顺序，相关参数越限状态，实现对故障进行快速分析，缩短故障分析处理时间；综合分析故障前后相关信息

11、，结合设备（系统）模型及运行专家经验，给出故障原因，指导故障维修；设备风险评估和智能预警对设备系统存在的风险和隐患及时提醒，对设备发生的劣化性提前预警，有效防止设备损坏和突发事件的发生，充分保障设备和机组的安全性。 提高设备检修水平，降低生产成本引入实时数据的设备动态管理先进技术，突破传统点检定修的概念，实现真正意义上的设备状态检修，大大降低生产成本。1.4 SIS应用概况SIS概念提出后，SIS伴随着我国电力工业及电力自动化的发展逐渐进入了一个高速成长的阶段。到目前为止，国内投入运行的SIS项目已达10余个，在建SIS项目已达几十个。新建机组几乎全部设计了SIS。SIS的开发、应用出现了欣欣

12、向荣的局面，极大地促进了我国电站自动化、信息化建设。为使SIS在我国健康发展，国家发改委2003年873号文“关于下达2003年行业标准补充计划的通知”，确定由电力行业热工自动化标准化技术委员会委托西安热工研究院和华北电力大学编写火电厂厂级监控信息系统技术条件。2004年6月21日，中国电机工程学会和国家电网公司科技信息部在天津市蓟县召开了我国第一个SIS技术鉴定会，对由华北电力大学（北京华电天仁电力控制技术公司）和天津大唐盘山发电有限责任公司联合研制开发的火电厂厂级优化控制和管理系统（SIS）进行了技术鉴定。中国电机工程学会理事长、原国家电力公司副总经理和热工自动化领导小组组长陆延昌任主任委

13、员。副主任委员由中国电力投资集团公司副总经理张晓鲁、清华大学教授/院士倪维斗、国家电网公司刘建明主任、电力行业热工自动化标委会主任委员侯子良教授组成。该系统通过了清华得实公司的安全评估，北京市电子产品质量检测中心的软件产品登记测试，公安部计算机信息系统安全产品质量监督检验中心对康派安全网通测试，以及鉴定委员会测试组的测试。该项目以高评价顺利通过鉴定，标志着SIS发展进入了一个新的里程碑。火力发电厂厂级监控信息系统技术条件(送审稿)审查会召开2004年7月7日，电力行业热工自动化标委会在京组织会议对火力发电厂厂级监控信息系统技术条件送审稿和火电厂厂级监控信息系统实时/历史数据库系统基准测试规范预

14、审稿进行了审查。会议通过的技术条件和测试规范，明确了SIS的技术内涵与外延，不仅为SIS厂商指明了技术发展方向，也使用户更为了解SIS，为SIS更为有效的应用和规范SIS市场打下了坚实的基础。2 SIS在火电厂自动化信息化系统中的位置电厂信息化层次结构可以简单归结为三层：PCS, SIS, MIS。PCS（Process Control System）为生产过程控制系统，处于信息化的底层，一方面完成生产过程的监视与控制，另一方面还负责收集生产过程数据，向上一级传送。PCS层典型的装置有DCS（Distributed Control System分散控制系统）、PLC（Programable L

15、ogic Controller可编程控制器）、NCS（Network Control System网络控制系统）等。SIS为监控信息系统，从PCS接收信息，完成信息存储、分析，生产监控和管理、运行优化等功能。SIS中的原始数据或运算结果可以直接在本层终端上显示，也可上传到MIS网络显示使用，或下传到PCS中参与控制。MIS（Management Information System）为管理信息系统，包括人员管理、物资管理、财务管理、办公自动化等，为企业的经营决策服务。MIS上的实时数据一般通过SIS获取。PCS、SIS与MIS之间的简单比较如下：l SIS与DCS 设备对象区别SIS：全厂；D

16、CS：机组； 主要功能区别SIS：生产过程监控、优化、管理，不参与或少参与直接控制；DCS：生产过程控制、监视，并具有少量管理； 人员对象区别SIS：生产、检修相关人员；DCS：生产操作人员； 安全可靠性区别SIS：低（或同等）；DCS：高。l SIS与MIS 主要功能区别SIS：生产过程监控、优化、管理；MIS：企业经营管理、办公自动化； 人员对象区别SIS：生产、检修相关人员；MIS：全厂人员； 实时性要求区别SIS：高；MIS：低； 安全可靠性区别SIS：高；MIS：低。SIS是建立在DCS网络和MIS网络之间的一个高速度、高可靠性、超大数据容量的网络系统，该网络运行针对全厂范围的实时监

17、控、优化控制和全厂负荷优化调度等软件，实现在整个电厂范围内充分发挥主辅机设备的潜力，达到使整个电厂工艺系统运行在最佳工况的目的。同时，在确保生产安全的要求下，将原本相互独立的、在可靠性、安全性和实时性等方面存在着明显差异的机组DCS和全厂MIS有机的连接在一起，在整个电厂范围内实现生产信息和管理信息共享，有力地促进电力信息化建设。SIS在网络设计和功能配置上各电厂一般根据自己的需要同时结合整个MIS网络规划进行设计。一种比较通用的SIS的网络结构如下图所示。该网络结构图主要采用了分层分布式设计，整个SIS系统分为上下两层，下层为SIS接口层网络，采用独立接口机连接各个独立控制系统进行数据采集。

18、上层为SIS应用层网络，挂接SIS层各应用服务器。通过分层式设计，一方面便于分散通讯负荷，提高各层通讯效率和网络可靠性；另一方面也可以通过数据服务器进行技术和通讯协议，上层技术选择强调开放性，根据目前网络技术的发展，建议选择交换式以太网技术实现，而下层则更强调与下层各控制网络的互通性。实时/历史数据服务器可以根据重要性考虑冗余配置。3 SIS主要功能SIS涵盖内容较多，从最基本的信息采集与存储功能到高级的运行优化、控制优化、管理优化功能，甚至复杂的竞价上网决策支持功能。随着对SIS理解的深入，还会有更多先进、实用的功能添加进来。因此，要全面描述SIS功能是不可能的。我们这里只是把SIS目前的主

19、要功能进行简要说明。概况来说，SIS的应用功能可以简单划分为基本功能、扩展功能与辅助功能，如图所示。在SIS系统的应用中应注意以下的一些问题：（1）SIS功能要根据具体电厂的情况，具体确定。例如，机组负荷优化分配功能，对于全厂只有两台同类机组，或几台机组分别接在不同电压等级的出线上，或从系统考虑该厂机组采用“直调”方式时，是否要配置该功能，就值得研究。（2）SIS功能宜分步实施。由于SIS提出时间不长，SIS功能软件模块的开发和应用经验不足，技术不成熟，效果尚待评估，因此，当前不宜每个工程都将所有功能都一哄而上，以免造成投入运行后发现无效弃置不用，浪费工程费用。参考国内类似工程的经验，SIS系

20、统的建设应分为两个(或更多个)阶段进行。第一阶段：建立硬件网络，建立网络操作系统软件平台，建立实时数据库系统，实现系统维护子系统全部功能及信息查询系统部分功能。第二阶段：按计划逐步增加成熟可靠的优秀应用软件包，逐步实现信息查询系统全部功能、生产优化管理系统功能及设备管理系统功能等。3.1 生产过程信息采集、处理和监视生产过程信息采集、处理和监视是SIS应用的基本功能，通过采集全厂各生产过程控制系统实时信息，对全厂生产数据进行综合处理、统计分析，形成全厂生产报表和曲线，使用户可以在各终端上对各生产流程进行统一的监视和查询，实现生产数据信息的共享。可以对全厂生产状况进行实时监视，通过生产模拟图、趋

21、势图、棒状图和参数分类表等多种监视方式实时显示各单元机组及辅助车间的主要运行参数和设备状态。能对全厂生产数据进行综合处理、统计分析，形成全厂生产报表和曲线，并能监视、查询和打印，实现运行统计与考核。实时信息可以C/S或B/S方式发布。“生产过程信息采集、处理和监视”应具有以下功能：（1）正确组态生产工艺流程的监视画面，监视画面能够突出反映出各功能特点；正确显示生产过程数据、设备状态、报警状态、经济指标、运行指导等信息；能够以趋势图、棒状图、相关参数组等多种形式进行画面显示；相关参数显示画面能够显示实时值，在定义时段内的最大值、最小值以及平均值；画面布局合理美观。（2）在操作指导的监视画面上，应

22、该同时显示相关的实时工况和指导信息，指导信息必须直观、清晰，对容易引起安全问题的操作指导信息应给出醒目的提示；在性能试验的监视画面上要组织好各项性能试验项目的条件界面；给操作人员提供必要的在线帮助信息；必须对人工输入内容的合法性进行判断，并采取有效措施防止非正常输入情况下的死机和程序失控现象。（3）模拟图及单画面动态数据量能满足监视要求，实时数据刷新周期不超过5秒，画面刷新周期不超过5秒。画面支持符合国标的汉字编码。其色标必须符合生产工艺流程常规要求。（4）系统必须具有形成整个企业所需要的各类报表的能力，按照企业规划生成企业所需要的各类报表，例如，时报表、值报表、日报表、月报表、年报表、小指标

23、竞赛报表等。具体的报表应按照实时性以及企业管理分工要求分别由DCS，SIS，MIS完成。能够支持在线图表软件Microsoft Excel 等，以便实现报表的拓展功能。（5）系统必须具有报表打印输出、画面和趋势曲线等显示画面硬拷贝功能。 （6）用户操作界面友好。3.2 经济指标、性能计算分析和操作指导3.2.1 机组级性能计算和分析机组级性能计算和分析的项目主要包括：锅炉效率、汽轮机热耗率 、高压缸效率、中压缸效率、主汽压力、主汽温度、再热汽温度、再热汽压力、再热器压损、锅炉排烟温度、烟气含氧量、飞灰含碳量、驱动给水泵汽轮机的用汽量、厂用电率、凝汽器真空、凝结水过冷度、最终给水温度、各加热器端

24、差、过热器减温水流量、再热器减温水流量、燃料发热量、辅汽用汽量、机组补水率、轴封漏汽量等。3.2.2 厂级性能计算和分析厂级性能计算和分析的项目主要包括：全厂运行性能因子、全厂运行成本、全厂平均供电煤耗率、全厂平均发电煤耗率、全厂供电量、全厂发电量、全厂厂用电率、发电机电压品质、全厂发电机氢压、全厂燃料量、全厂燃油量、全厂补给水量、全厂汽水品质指标、全厂辅助用汽量、全厂设备可靠性指标等。3.2.3 机组经济性指标分析机组经济性指标分析项目包括可控耗差和不可控耗差。可控耗差包括：主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热汽温度、锅炉排烟温度、烟气含氧量、飞灰含碳量、驱动给水泵汽轮机用汽量、厂用电率、凝汽器真空

25、、最终给水温度、各加热器端差、过热器减温水流量、再热器减温水流量。不可控耗差包括：再热器压损、燃料发热量、高压缸效率、中压缸效率、辅汽用汽量、机组补水率、凝结水过冷度、轴封漏汽量。应将耗差量折合成运行费用损失，同时根据分析评估结果，计算出每台机组的运行成本。3.2.4 运行优化曲线和设备操作指导本功能主要包括设备的操作指导和机组运行优化曲线。设备的操作指导主要有高压调门开度、送风机挡板开度、燃料风挡板开度、燃尽风挡板开度、磨煤机投运方式、循环水泵运行方式等；机组运行参数优化曲线有主汽压力、主汽温度、再热汽温度、烟气含氧量、凝汽器最佳真空等。3.3 运行调度3.3.1 机组级运行调度（1）机组运

26、行方式和停运建议。对提出建议的机组必须申述理由，指出机组的编号、机组的运行方式以及在该方式下机组运行的最短时间。（2）辅机调度功能。针对辅机目前的健康状况，决定其出力大小或者运行方式。3.3.2 厂级运行调度（1）全厂负荷调度应有实时负荷调度和时段负荷调度两种方式，需具有三种运行模式：手动模式、自动发电控制（AGC）模式和96/288点负荷曲线模式。（2）辅助车间的调度功能。主要包括机组起停、循环水、化学水、凝结水及凝汽器清洗的调度等。3.3.3 系统监控方式（1）开环指导方式。开环指导方式的调度控制指令，由总值长确认后方可用于控制系统。（2）闭环调节方式。对于具有闭环控制的系统，原则上必须使

27、用硬接线的方式传递控制信息；如果使用通讯方式将控制信息传送到下层控制系统时，要结合网络结构，设计安全可靠的实施方案，确保下层控制系统的安全和控制信息传递的实时性；当SIS与MIS共用网络时，不允许以通讯方式从SIS系统向下层控制系统传递控制信息。（3）当使用硬接线的方式传递控制信息时，其输出卡件的抗干扰能力必须符合下列指标：共模电压500V，继电器输出500V共模抑制比120dB，50Hz差模电压60V差模抑制比60dB，50Hz3.4 优化运行控制（1）根据全厂主、辅机投入和运行状况，按照各机组运行煤耗特性以及约束条件，以全厂最小供电成本为目标，进行最优化的负荷分配。（2）依据厂级和机组级性

28、能计算和分析结果，以运行效率最高、煤耗率最低为目标，提出机组优化运行方式、优化运行参数、优化操作指导等，使机组运行在最佳工况。（3）除尘器、锅炉吹灰器等优化运行的控制决策可由SIS系统完成。3.5 设备状态监测和故障诊断3.5.1 设备状态监测测量和监视全厂主机及主要辅机设备运行状态及参数，并将其存入数据库，作为实现电厂状态检修功能和设备故障诊断的基础数据。3.5.2 机组运行故障诊断监视主、辅设备运行参数，当运行参数偏离正常值时，分析其原因，以此为基础进行在线运行故障的诊断，提供具体对策和处理措施，指导运行人员进行运行调整和处理。3.5.3 机组寿命管理以SIS系统数据库为依托，评估机组关键部件的寿命损耗及剩余寿命。关键部件主要包括过热器、再热器、汽包、主蒸汽管道、再热器管道、汽轮机转子、汽