热电厂能耗在线监测系统的应用研究

热电厂能耗在线监测系统的应用研究

作者：高圣溥 高志宏

来源：《价值工程》2015年第13期

摘要：为了加强对能源消耗的监督，督促各用能单位不断调节运行方式，提高能源利用效率。通过对热电厂能耗系统的分析，基于电厂分散控制系统（DCS），利用能耗监测端设备，采集煤耗、发电量、水、汽、粉尘排放数据等，实现实时数据在线监测，达到监督检测目的。本文分析研究了能耗在线监测的系统设计思路、总体结构、主要功能模块、关键技术分析和系统配置等方面的问题，阐述了实施能耗监测的措施与方法，论证了能耗在线监测的可行性，实现在线传输与监测目的。通过监控平台实现调度协调，现场调整。 关键词： 能耗分析；在线监测；系统结构；软硬件配置

中图分类号：TK39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）13-0151-03 0 引言

洛阳龙羽宜电有限公司有抽汽式汽轮机组2台，型号N55-8.83；空冷发电机型号：QF—60—2，总装机容量2×55MW。循环流化床锅炉2台，型号：DG-260/9.81-2。采用低热值煤矸石及燃煤做燃料，利用电袋复合除尘器、脱硫塔等设备，完成除尘脱硫脱硝，实现达标排放。 根据上级部门及省要求，被遴选为能源利用状况在线监测系统的试点单位，实施能耗在线监测。

能耗在线监测是应用信息网络技术对单位能耗数据进行实时采集、汇总、分析和管理。 通过对热电厂能耗系统的分析，基于电厂DCS系统，利用能耗监测端设备，采集煤耗、发电量、粉尘排放数据等，实现实时数据在线监测。

能耗在线监测系统的研究目的是为了加强对能源消耗的监督，督促各用能单位不断调节运行方式，提高能源利用效率。

能耗在线监测需要解决的技术问题是信息的传输、收集汇总，在监控平台实现调度协调，现场调整。

能耗在线监测具体到热电厂能源企业，主要是采集煤炭、水、电、汽等的实时消耗量及相关数据，分析检测到的指标，通过下达通知，调整控制的方式，实现能源消耗按标准值运行或低于标准值运行，达到节能的效果。 1 在线监测系统的设计思路和总体结构

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1.1 在线监测系统的设计思路

能耗监测端设备是设置在企业的信息节点。单位的能耗相关数据通过有线或无线网络传输到能耗监测端设备。能耗监测端设备对采集到的数据进行汇总，验证、筛选、整理打包后，采用HTTPS进行通道保护传送至省级节点和国家节点。

通过在电厂机房加装硬件设备防火墙、服务器、上传设备等实现在线数据的收集与传输。通过对企业端与系统平台之间的通讯进行规范，确保企业数据能够准确及时可靠地传输至系统平台。通过对系统涉及到的各类数据进行规范编码，确保系统各部分在数据层面互联互通。 整体设计思路是用规范的系统整体的安全设计，保障系统的数据安全、硬件安全、应用安全、网络传输安全、管理安全等，实现在线数据接入工作。 1.2 在线监测系统的体系结构

在企业放置一台或多台能耗监测端设备，从企业采集的各种能耗数据，上传给省级节点、国家节点。能耗监测端设备可实现数据接入、安全隔离、数据处理及上传、运维管理四部分功能。

2 在线监测的数据构成 2.1 系统采集的主要参数

从热电厂能量转换的角度看，在线监测系统需要采集燃料的化学能、蒸汽的热能、电能、环保数据关键指标。在锅炉中，燃料的化学能转变为蒸汽的热能；在汽轮机中，蒸汽的热能转变为转子旋转的机械能；在发电机中机械能转变为电能；经电袋除尘及脱硫设备，实现达标排放。能源消费流向分析如图1。 2.2 燃煤使用流向

机组用煤依靠汽车或火车运进煤场，上煤系统采用皮带式输送机，将煤输送到原煤仓，原煤经磨煤机磨制成煤粉供锅炉燃烧。用煤系统示意图2。 2.3 用油系统

柴油外购，储存于两个油罐中。大部分用供油泵打入锅炉点火油系统供锅炉点火和助燃使用。极少一部分用于煤场机械。 2.4 厂用电系统

厂用电主要供输煤系统、锅炉系统、汽机系统、电气系统及所有辅助系统等厂用电。

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企业对原煤、电、热、汽等计量仪表应配置齐全。计量仪表配置率、到位完好率均应达到要求。对各炉入炉煤及外送电力等都能够装表计量，对电力计量能够细化到每台机组及各主要耗电设备。生产过程中水、蒸汽的计量亦应完善，如对凉水塔补水、水处理系统用水及其他辅助生产用水等。

企业生产数据统计由职能部门管理负责，负责生产数据的统计与整理。 3 系统关键技术分析和系统配置

数据接入方式：通过DCS、MIS等系统，除尘脱硫环保监测系统集中采集电、水、汽、油等数据，通过光纤连接至公司计算机中心机房，再通过能耗在线监测传输设备上传，实现远程监测，该系统设计了完整的应用支撑体系。

在图3架构中，能耗监测端设备一方面通过Modbus、OPC等现场总线方式从企业的生产网络获取数据，另一方面通过访问关系数据库的方式从企业的信息网络获取数据；获取到的数据经过处理、验证之后通过互联网发送至能耗监测数据中心。

能耗监测端设备在此应用中的另一个重要作用是网络安全隔离，其在同时连接了企业内部网络和互联网的情况下，能够保证两个不同网络之间的物理安全隔离，只有合法的数据才能在企业网络和互联网之间流通，避免企业的网络安全受到影响。

在线监测企业端设备上架、根据设备功耗接入电源，核查机房电源是否满足要求；设备加电检查；测试系统运行状态；测试数据能否正确上传。 3.1 关键技术数据分析

能耗在线监测系统中每类能源购进、消费、产出等相关数据，主要通过四种在线采集方式获得，分别是现场计量仪表、分布式控制（PLC/DCS）、生产监控管理系统（SIS/MES）、管理信息系统（ERP/MIS）。

企业能源相关的采集工作，应遵循准确、集中、便捷的原则，采集途径优先级别由高到低分别是企业管理信息系统、企业生产监控管理系统、分布式控制系统、现场计量仪表采集。 从生产工序现场监控仪表设备采集各种相关数据，通过OPC、ModBusTCP、ModBus协议实现数据采集。（表1） 3.2 系统安全性分析

能耗监测端设备具备安全物理隔离功能，能够保证单位信息网或控制网的安全物理隔离，能耗监测端设备的安全物理隔离模块具备如下功能：

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网络安全隔离：采用安全的双主机“2+1”物理隔离系统架构，彻底阻断任何网络形式的连接，隔离区数据交换采用128位以上私有加密方式传输，充分保障数据安全。 用户权限认证：提供严格的身份认证和访问控制来管理系统配置权限。

数据安全过滤：提供过滤数据的监测及校验，确保过滤数据的完整性，能通过配置确定过滤数据的范围及权限。

产品资质认证：能耗监测端设备的安全隔离模块遵守国标《信息安全技术网络和终端设备隔离部件安全技术要求》GB/T 20279相关规定。

用户权限管理及安全审计：能耗监测端设备采用国家集中部署的CA（Certificate Authority）数字证书进行身份鉴别，实现在数据上传接入过程中对节点的身份鉴别要求。 能耗监测端设备部署了防火墙，设备保证不被非法访问及发生攻击事件。

能耗监测端设备所在的企业网络建立数据安全传输及物理隔离控制措施，保证数据安全传输及企业内网边界隔离要求；配置软件和端设备通信使用双向认证进行用户鉴权。

数据上传通过HTTPS协议，实现与国家节点、省级节点之间的安全通信，保证数据传输的通信完整性、保密性；同时对对通信数据流进行加密传输。

安全功能包括数据安全隔离要遵循的技术标准、数据传输安全、数据存储安全和用户权限管理等内容。

4 系统配置和软件组成

硬件功能包括设备硬件配置、接口类型及数量、供电电源和安装结构等内容。能耗监测服务器放置在企业机房，机房有内接口。 4.1 硬件配置

①架构：多主板架构，并可扩展。

②CPU：单主板CPU，双核1.4GHz及以上。

③内存：单主板内存容量2GB及以上，频率800MHz及以上。

④存储：容量500GB及以上，支持双硬盘SATA接口RAID1数据热备功能。 ⑤隔离：双主机“2+1”（外部处理单元、内部处理单元+隔离安全数据交换单元）架构，非IP物理隔离。

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⑥显示：不小于128×点阵式LCD显示屏，用于主机工作状态显示。 4.2 接口类型及数量

①数据接入串口（RS232/RS485）至少2路（可扩展2路及以上）。 ②数据接入以太网（100Mbps）接口至少2路（可扩展2路及以上）。 ③数据发送以太网（100Mbps）接口至少2路。 ④能够扩展WiFi无线数据接入功能。 ⑤能够扩展3G无线数据上传功能。 ⑥USB（2.0及以上）接口2路。 ⑦VGA接口1路。 ⑧Console接口1路。 4.3 供电电源

供电电源：AC220V±10%，50Hz（满足GB12325，220V单项供电电压允许偏差范围要求），双路冗余热备电源输入，整体平均功耗小于450W；双路冗余热备电源应支持故障电源在线热插拔更换，更换过程不得影响系统正常运行；具有电源故障声光报警功能。 4.4 软件功能要求

软件功能达到接入数据类型及支持的协议的要求，达到数据处理及上传要实现的功能模块等要求的内容。满足能耗监测端设备的参数配置方式、远程升级、远程监控、远程配置等内容。 5 结论

通过能耗在线监测系统平台，可以采集到不同时间段的煤炭消耗量、发电量、水、汽、油等消耗，通过与标准值比对分析，知晓能耗高低，通过监测平台，统计分析，下达指令，优化调整运行方式，实现节能目的。通过监测平台，实现数据综合分析，宏观把控。解决点多面广，能耗分散，不易统计，不便归纳分析的问题，该系统通过对各车间、工序、重点用能设备主要能源品种消耗水平的实时监测为企业有针对性地实施节能技改提供数据支撑。

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采集热电企业电、煤、油、蒸汽等能源消费实时数据。建立能耗在线监测系统，提升了能源管理能力、使能源管理由粗放型的模式转向精细化的管理模式。是企业适应信息时代技术变革，主动谋求和推进生产和管理变革的体现。

建立能耗在线监测系统，及时、准确地掌握企业能源消费情况，有利于推动落实能源消费总量控制。增强的针对性、有效性和主动性，实现精细化节能管理、促进节能降耗。 参考文献：

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