电厂智能水务系统研究

电厂智能水务系统研究

王爱玲瞿鹏

山东电力工程咨询院有限公司山东济南250013

摘要：本文研究以智能水务系统为载体，建立电厂水务系统水资源优化配置、水处理设备性能分析、水务远程智能运行维护等多功能互联的统筹规划、协调运行、综合利用和智能互动技术，推进电厂水资源利用的开放、互补和优化配置，实现电厂水资源低能耗与零排放兼容的目标。

关键词：智能水务信息数据库网络支持低能耗

1.前言

智能水务管理系统涉及电厂参与水循环的各类供排水及水处理系统，范围包括：预处理系统、补给水处理系统、污废水处理系统、供、排水系统及相关辅助系统等。

2.智能水务系统运行管理目标需求

2.1具备人力资源集中管理的优势，形成管理规范化。

2.2能整体掌握各个系统运行状态，有利于使用及维护的整体安排。

2.3谷电制水调蓄。

2.4厂级管理功能的强化，实现管理工作流程自动化。

2.5水处理专业公司故障诊断数据包与电厂信息数据的耦合，建立智能化的电厂水务自诊断系统。

2.6面向公众的电厂废水排放系统在线监控和实时数据发布。

3.智能水务系统支持系统及现状

智能水务系统支持系统有四个：数据库支持系统、计算机网络支持系统、三维模型支持系统和信息编码支持系统。目前，大部分电厂已经具备实现智能水务的技术条件或初步具备实现智能化的基础。

3.1数据库支持系统

以关系数据库和实时数据库为基础的面向数据主题的电厂数据仓库构成了智能水务系统的数据库支持系统和技术支撑平台，电厂水务系统数据仓库以对电厂各类数据进行分析、提炼、集成，为水务系统的分析和决策提供支持。在电厂水务系统数据库基础上，智能水务系统充分利用大数据分析、网络支持等技术手段，实现水务系统的智能化条件和基础。

3.2计算机网络支持系统

目前，电厂基本实现了以ATM和千兆以太网为代表的先进组网技术，结合系统-网络-终端三级安全策略、目录管理统一认证等先进技术，构成了数字化电厂的计算机网络支持系统。智能水务系统作为电厂计算机网络的一部分或者是关联网络扩展，具备相应的技术和实现手段。

3.3三维模型支持系统

水务系统可利用三维模型技术建立一个与电厂信息数据一致的虚拟数字化水务系统，将厂级生产监控及管理的相关水务系统数据和信息与虚拟数字化电厂有机结合起来，实现电厂物理对象的数字化、数据的立体化和直观化。

3.4信息编码支持系统

以设备标识编码标准、指标编码标准、物资编码标准、信息系统命名空间规范组成信息编码标准体系，整合各系统的数据，使各系统有效集成，实现业务的耦合，保证数据的完整性、唯一性、可交换性。

4.智能水务系统设计

4.1工艺设计

各水处理工艺系统为有机整体，相互关联，协调控制，通过系统相互关联分析以及在线仪表的监控，实现水量的的在线监督检测，实现电厂所有水系统平衡控制，通过系统运行管控达到最大限度节约用水甚至零排放的终极目标。通过工艺设计能够实现以下功能：

预处理系统在设计工况下，能够适应一定的原水浊度、COD、温度等水质指标波动，并根据后续工艺用水需求，自动调整设备出力、加热温度和各类药品投加量。

各水处理系统部分采用变频调节、浓水循环、设备裕量等措施，使其在不产生结垢和污堵风险的情况下，具备一定的变出力运行能力。

各类药品投加量应根据系统进水水质、系统出力自动调整。

能够自动记录设备运行数据信息，可根据水质情况、跨膜压差、历史化学清洗情况等信息，自动给出化学清洗计划、方案，判断膜元件更换节点。

能够根据后续工艺系统运行规律，自动调整系统出力和启、停机周期，尽可能维持系统长期连续运行，减少设备频繁启停，节约用电。

再生设备应能根据系统进水水质、出水水质、历史再生周期自动判断再生步序启动节点、提前预留再生用水量，必要时可调整再生剂浓度、再生步序或步序持续时间，以达到最小的再生剂用量和最好的再生效果。

备用设备切换应当平稳，避免系统水量波动，减少设备内部平均流速突变。

具备接受外部提供的信息如药品供应厂家、膜厂家、树脂厂家、类似电厂经验进行数据诊断和自我修复的功能。

化学监督系统自动采集样品进行分析，实时提供取样点参数，上传DCS系统，按需上传至更高一级系统；

在排水系统和后续工艺系统需水量波动以及原水水质指标波动的情况下，污废水处理系统应能够依靠水池水箱蓄水以及水泵变频的设置等，尽量维持连续运行状态。

能将电厂的原水、除盐补水量、月度来水水质全分析、即时出水水质、自用水耗；污废水即时水量、一段时期的平均用水量、部分污水水质、出水水质及排水指标对比数据、处理后的污水去向、瞬时和平均流量、一段时期的各类平均化学药品消耗量上传DCS系统，按需上传至更高一级系统。

化验室仪器、药品、耗材等采用专业管理软件进行管理，并与智能系统有数据接口。

各水处理系统与电网用电联动，通过水箱的蓄水能力调节，电谷最大出力制水，电峰最小出力制水甚至停运。

4.2控制系统设计

4.2.1控制水平和控制方式

水务各工艺系统的监控采用分散控制系统（DCS）作为监控平台实现集中监控。

“向上”对DCS收集的现场数据，利用先进的数据库、通讯、优化控制技术，结合用户的工艺实际作进一步的深度加工，从而为用户提供更大的增值效益。如针对某些工艺流程的优化软件，可以使用户提高收益，减少能耗；设备管理平台，能更加细致地监测设备的状态及进行性能分析，提供设备维护建议和计划，提高设备的利用率和使用寿命。

“向下”结合当前现场总线技术的发展以及现场总线型仪表和控制设备在电厂的应用，DCS收集到更丰富的现场仪表和控制设备的状态信息，可实现对现场智能设备的状态管理、参数下装和故障诊断管理。

4.2.2数字化的控制系统、控制设备和检测仪表

现场总线技术实现了现场设备与控制系统之间数据传输的数字化、双向化，为实现设备远程状态监测和故障诊断打下了基础。

控制层采用现场总线型DCS作为主要监视和控制手段，并随DCS配置总线设备诊断和管理软件，实现在集控室内完成现场仪表设备的故障诊断、参数校准、参数下装等功能。

现场设备层采用现场总线型仪表和控制设备，具有丰富的参数、状态、诊断信息，增加了现场级设备的信息处理和状态诊断能力。

现场总线技术可应用于水务管理中心各工艺系统，现场总线型仪表和控制设备的应用原则符合现场总线技术的发展及工艺系统控制/保护的技术要求。

4.2.3水处理系统仪表设置应满足智能管控一体化平台的数据采集要求，水务管理中心监控系统的所有数据信息均随辅网DCS一起接入全厂统一的数据信息平台（功能强化的生产信息系统），为实现水务管理中心设备远程诊断、智能管理、智能运维、智能检修等提供数据支持。

4.3三维数字化设计

4.3.1以数据为中心的三维设计软件在当今设计行业的开发和应用，不仅打破了传统的设计方法，而且提高了设计的质量，加快了设计的进度。

4.3.2利用计算机三维造型功能进行设备模型及管道设计，可以保证设备模型同实际设备一致性，使得管道设计紧凑、布局合理。

4.3.3利用可视化技术对三维模型进行漫游和动画制作，能够把设计方案表达的更加形象生动给投资者和审查者一种“虚拟现实”的感觉更清楚了解电厂未来的情况。

4.3.4实现电厂三维模型与水处理信息数据的耦合，建立智能水务系统三维模型。

4.3.5深入开展智能数字化协同设计，完善数字化设计移交成果，实现虚拟化数字电厂产品。

4.6数据融合：三维模型数据库与其它数据库之间的连接关系比较复杂，这需要建立多样化的复杂数据结构体系，对数据融合技术提出了较高的要求，同时要依赖一些先进的数据处理技术，如数据挖掘等。现场总线和工业以太网技术的成熟与统一，逐步实现全数字化数据融合的需求。

总之，利用三维信息技术的模型建立一个与水务系统信息数据一致的虚拟智能数字化水务系统。通过三维模型这个直观的展示工具，将厂级信息系统的数据和信息与三维虚拟电厂有机结合起来，实现数据的立体化和直观化。这样仅仅在电脑上就可以漫游整个系统，并且随时点击感兴趣的设备或管道，搜寻所关注信息，随时可以点击任何设备或者管道来查看它的相关属性信息、设备生产日期、安装日期、维修记录、厂家信息、设计图纸等等。

4.4电厂标识编码系统应用

关键词词库是联系各类数据的纽带，可以保证数据的完整性、唯一性、一致性、可交换性、可互访性。目前，以电厂标识编码为标准的关键词词库已经在发电厂广泛使用的。电厂标识编码对各类设备的工艺（过程）相关标识、安装地点标识、位置标识等进行了描述，为全面实现数字化做好准备。

4.5生产信息功能研究开发

目前，科研所、设计院、电厂和DCS/PLC系统供应商都在生产信息系统（厂级生产信息监控）领域开展科研工作，基本功能应用已基本获得电厂用户的认可，如机组生产过程信息采集、处理和监视、性能计算、耗差分析、电厂设备综合管理等。这些功能的实现不仅需要丰富的实践经验，还需要大量的理论支持，需要一个不断发展和完善的过程。通过对智能水务系统的高级功能应用软件的开发和完善，真正实现故障诊断、状态检修、在线优化功能，如水务系统的资源优化配置、远程维护和指导等，减少水耗，实现零排放。

参考文献

［1］智慧水务建设的基础及发展战略研究中国水利田雨，蒋云钟2014（20）：14-17

［2］火力发电厂水处理及水质控制，中国电力出版社李培元

［3］智慧水务大数据平台建设，信息与电脑林景秀2017年第8期