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中国电气工程学报【2020年第11期】

  • ID:275016
  • 浏览:346
  • 学科:文化科学
  • 更新时间:2021-06-10 09:09:07
  • 期刊: 中国电气工程学报
内容简介
《中国电气工程学报》由中国机械工业联合会主管,机械工业信息研究院主办。杂志主要刊登电力工程等方面的文章。

智能电厂仪表和传感器技术与趋势研究

2021-06-10 09:11:51 文化科学 房宁
资料简介

摘要:发电企业应大力推广已获初步成功应用且经济效益较好的智能仪表和传感器技术,积极稳妥地安排技术集成试点,不断推动智能电厂高端仪器仪表技术落地应用。总结电厂智能化给电站仪表行业带来的新技术发展趋势,以适应未来智能电厂高度自动化与智能化趋势。


智能电厂仪表和传感器技术与趋势研究

房宁

山东电力工程咨询院有限公司 山东济南 250013

摘要:发电企业应大力推广已获初步成功应用且经济效益较好的智能仪表和传感器技术,积极稳妥地安排技术集成试点,不断推动智能电厂高端仪器仪表技术落地应用。总结电厂智能化给电站仪表行业带来的新技术发展趋势,以适应未来智能电厂高度自动化与智能化趋势。

关键词:智能电厂;仪表;传感器

引言

随着我国的经济发展进入新常态,电力需求的增加逐渐放缓,电源结构进入调整期。我国以煤为主的资源条件,决定了短期内不会改变以煤电为主的供需格局。在原料价格不断攀升、竞价机制出台、环保需求不断提高等多重因素影响下,煤电企业生存出现困境,迫切需要改变粗放型管理模式,推进煤电领域制度、管理和技术的创新,推动煤电产业转型发展,培育新成长优势,提升管控力度,实现降本增效,提高企业管理水平以及核心竞争力。为了在复杂激烈的市场竞争中占据有利的位置,燃煤发电企业亟待通过数字化智能化建设打破电厂传统的信息管理、设备运行管理、安全管理以及经营管理的方式,提高整个电厂的管理水平。智慧电厂具有泛在感知、自适应、智能融合、互动化和数字化的特点,在广泛采用现代数字化技术和通信技术的基础上,集成智能设备的传感与执行、先进的智能运维和管理技术,实现更安全、高效、经济、环保的运行,达到与智能电网及需求侧灵活协调、与社会资源和环境相互融合的经济与社会效应。从传统电厂向智慧电厂的发展,是现代化电厂建设和发展的必然趋势,是传统煤电企业自我改革的必经之路。

1发展现状

数字化技术在仪表中的应用为其性能、精度和功能的改进提供了巨大的改善空间。伴随智能电厂现场总线技术的推广应用,使智能仪表的信息交换更为迅捷方便,自诊断、预测性维护等功能得以顺利实现。发电领域的仪表与传感器技术,随着现场总线、计算机、高级算法技术的发展,一些具有特定功能的智能化复杂性仪表装置,越来越在该领域占有一席之地。从科技文献发表数量来看,中国发电用智能仪表的技术研发和创新在“十三五”期间已经进入成熟平台期。“十三五”期间,国内发电行业部分智能仪表产品,如温度测量元件、压力变送器、液位计等,其在功能上与西方发达国家并没有太大差距。但在用于贸易结算的高精度计量仪表、高端在线分析仪表、安全仪表、非接触式仪表和多相流测量仪表等产品上,还存在一定劣势,在质量、可靠性、关键性能指标等方面仍存在短板。

2关键技术

2.1煤质在线测量技术

发电厂煤质在线检测主要涵盖灰分、水分、固定碳及发热量等关键指标,与一般煤质分析方法相比,解决了采制化传统方法的易人工干预、工序繁杂、结论滞后等问题,能够更及时地指导机组运行,对发电厂节能减排具有非常重要的意义。目前,煤质无源在线检测技术主要有天然γ放射性测量法、近红外光谱分析法、多能X射线吸收法、X射线荧光法和激光诱导击穿光谱分析法等。这几种检测技术,除了天然γ放射性测量法具有较大的煤种选择局限性外,其他几种均具备了工业化应用前景。近红外光谱技术的检测机理明确、易于在线实现,未来在煤质在线检测领域可能有较大的发展空间。X射线荧光法可检测灰分和硫分,在国外已有应用案例,在国内也有相应的技术专利,但实际效果还不太确定。

2.2锅炉测温及温度场重构技术

锅炉内部的燃烧过程充满了风煤剧烈混合反应的气固两相流,温度高达1000多摄氏度,当前技术仅在个别位置实现单点温度或浓度测量,难以反应燃烧过程全貌。采用锅炉测温及温度场重构技术,能够使电厂运行人员准确观测锅炉内部复杂的燃烧过程,例如三维温度分布、污染物生成等情况,耦合到DCS控制系统,结合Smith预估等先进的燃烧模型预测控制,实现运行优化调整,使锅炉燃烧可以持续处在最佳状态,实现发电煤耗和污染物排放双下降,保障了机组运行更安全。目前,国内研究机构已开发了具有独立自主知识产权的声学测温系统。仪表采用声、电、信号处理上的先进技术,提供连续的、准确的、实时的、非侵入的、全自动的测量,已在燃烧优化、配煤掺烧、远程燃烧诊断等多个电厂智能化场景得到应用。但与德国新一代炉膛二维声波测温系统相比,一些指标还相对落后,需要在“十四五”期间开展攻关,以在国际上获得行业领导和优势地位。

2.3发电机强磁场环境下端部振动光纤测量技术

发电机正常运行时,定子绕组的端部处于不停的振动过程中,振源主要为双倍频交变电磁力。由于发电机定子绕组端部具有悬臂梁的结构特点,特别是汽轮发电机定子线棒端部的伸展较长,因而防止因振动过大威胁发电机的安全运行,一直是设计、制造和运行人员共同关心的问题。发电机定子绕组端部的振动测量技术,在保证汽轮发电机的安全运行方面具有重要的意义。反措要求对于运行以及检修中发现定子绕组端部具有振动超标隐患的发电机,振动幅值的波动变化是确保发电机避免突发严重事故的重要环节。端部振动监测环境存在强磁场干扰,光学测振传感器可以抑制电磁干扰。目前国外已有的光学测量系统,价格非常昂贵。“十四五”期间,国内仪表行业应加强这方面的技术攻关和国产化开发,填补在高电压、强电磁干扰,以及高度爆炸性气体等恶劣电气环境下测量仪器的空白。

3发展趋势

3.1向现场总线方向发展

现场总线系统及智能化的总线变送器在新建电厂单元机组和辅助系统(车间)得到推广应用,为电厂智能化发展奠定物理基础,也为仪表行业总线技术的发展提供了机遇。已经部分应用现场总线技术的电厂,都在深入研究总线设备智能化的功能,深入研究总线设备提供的信息,以提高和推进电厂运行安全性和测控设备信息化管理水平。

3.2向5G无线通讯方向发展

借助5G高速度、低功耗、泛在网、低时延等优势,将5G技术布局到发电厂仪表和传感器网络领域,让发电企业及时做出智慧决策,提高发电领域的智能化水平。智能仪器仪表企业,必须关注5G商用给整个行业带来的机遇。基于5G网络,国家电力投资集团有限公司已在江西光伏电站完成全国首个智慧电厂多场景、P2P业务验证,打造设备间互联感知的多传感器智能系统,这是5G网络在智慧电厂应用的重要创新和突破,必将进一步加快5G仪表的商用进程。

3.3向高级分析方向发展

近年来,智能仪表和传感器结合边缘计算和人工智能等技术,已开始从简单的信号隔离、数据处理向知识自动化方向发展,自主化高级分析功能在智能电厂不同的场景获得成功应用。仪表的传感器和微控制器都属于联网微型计算机。传感器将数据发送到微型计算机,然后在那里对数据进行分析。这些小型的、自主的计算机作为物联网的边缘计算部分,成为确保智能电厂运行和控制优化的基础。

结束语

电站仪表企业应抓住电厂智能化升级的机遇,推进行业产品结构调整。瞄准电站智能化仪表产业链上的“卡脖子”技术和产品,开展自主化技术攻关,满足电厂数字化智能化趋势下出现的新需求,并将其作为重要抓手和行业发展的重要商机。只有尽快的发现、利用,并集成各种新原理、新技术、新概念、新材料和新工艺等最新科技成果,才能设计和制造出世界领先的智能仪表。

参考文献

[1]逯圣文.智能化电厂建设探索[J].黑龙江科学,2020,11(14):94-95.

[2]赵俊杰,冯树臣,马克,等.基于泛在电力物联网技术的智慧电厂安全管控一体化应用[J].能源科技,2020,18(5):1-6.

[3]齐海艳.浅谈智慧电厂综合安防系统解决方案[J].电工技术,2019(16):86-87,97.

[4] 申景军,张瑞祥.火力发电厂智能安防系统设计[J].电力勘测设计,2017(1):36-39.