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积极推动火电厂控制方式的第二次变革

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2015/7/3     浏览次数:    

摘要:火电厂控制方式是火电厂自动化设计首先要确定的主要原则。上世纪六十年代后,火电厂控制方式开始经历从“就地控制”方式向“集中控制”方式演变的第一次大变革。笔者研究认为,目前火电厂控制方式正孕育着第二次大变革,一个具有“高层监管级”的全新控制方式体系正在诞生。本文回顾火电厂控制方式第一次变革的历史,及其对我们的启示,并详细分析了当前控制方式发生第二次变革的必然性,提出了新的控制方式体系结构的设想,以供发电企业控制方式体系顶层设计借鉴。

关键词:火电厂;控制方式;集中控制级;高层监管级;监管信息系统

火电厂控制方式反映了火电厂管理和技术的整体水平,是火电厂自动化设计时首先要确定的主要原则。

火电厂及其自动化(信息化)技术和管理的发展是推动火电厂控制方式演变的主要原动力,而控制方式的每一次变革总是极大的解放火电厂的生产力,推动火电厂在安全、经济和环保诸方面更上一个台阶。因此,我们要密切关注火电厂及其自动化(信息化)技术发展的态势,适时的引领和推动火电厂控制方式向前发展。

我国火电厂控制方式经历了就地控制和集中控制两个阶段。作者认为,目前正孕育着诞生一个由单元集中控制级和高层集中监管级复合组成的全新的控制方式体系的发展历史阶段。

1、火电厂控制方式第一次变革回顾

上世纪前半叶,我国火电厂锅炉技术相对汽轮发电机组技术落后,故障率高,因此,适合采用母管制热力系统。与之相适应,火电厂控制方式都采用在就地控制方式,即在锅炉房、汽机房、除氧给水系统附近,以及各个辅助车间内配置大量分散的就地监控值班点。

进入六十年代,随着锅炉技术进步,若干 50MW和100MW机组开始采用单元制热力系统,客观上需要将炉、机、电作为一个整体进行协调的单元集中控制(Unit Central Control ,简称UCC)。我国老一代设计人员中思想敏感的一些专家勇敢的相继在辽宁电厂、军粮城电厂和高井电厂的控制方式设计中向前迈出了一大步,开创了我国首批单元集中控制的电厂,首次向人们展示了这种控制方式的优势。

但是,火电厂从就地控制方式向集中控制方式发展被人们普遍接受和技术趋于成熟还是经历了长达近三十年的争论和阵痛才真正完成的,究其原因:

(1)领导工作跟不上形势发展。火电厂从就地控制方式向集中控制方式发展要求热工自动化在火电厂中的地位发生深刻变化。首先,要求迅速提高主设备的可控性。其次,要求迅速提高火电厂自动化技术和产品的水平。但是,当时不少人仍处于“中国人多,不能学国外的高度自动化”这种观念中,自动化在火电建设和运行中仍处于一个边缘化不被重视的位置上。老一辈自动化工作者尽管付出了很多努力和到处呼吁,但是在涉及到我国主要工艺设备技术发展和我国火电厂自动化产业发展这样一些全局性问题面前,专业人员的推动力就显得十分有限了。

(2)传统习惯思想的束缚。先是汽机不愿与锅炉为伍,接着习惯于在电气中央控制室值班的发变组值班员不愿进到单元控制室与机炉为伍。甚至到九十年代中期机炉已经采用DCS操作员站监控,而电气仍然坚持采用“强电一对一”操作,为了推动电气和机炉统一用DCS监控而专门召开的一次全国性会议上,还争吵的几乎使会议不欢而散。现在回想起来似乎十分可笑,但真实的历史发展就是如此。

历史告诉我们,先进的生产力具有强大的生命力,不管有多大阻力,总会逐步得到绝大部分人的支持,最终会推动生产方式的变革使之适应生产力发展的需要。到上世纪八十年代末火电厂单元集中控制方式终于成为不争的事实和天经地义的控制方式了。

随着1997年电力规划设计总院发布的《2000年火电厂自动化》提出发展全厂自动化系统网络化的技术政策后,集中控制技术迅速从单元机组向全厂辅助车间发展,全厂辅助车间也进入了高度集中控制方式的阶段,大幅减少了电厂运行值班人员。

这些标志着火电厂控制方式从就地控制向集中控制的第一次大变革基本完成。

2、火电厂控制方式正孕育着第二次变革

进入21世纪,随着SIS的发展,我国火电厂控制方式早已不知不觉地孕育着第二次变革的要求。目前,SIS已经成为所有电厂的标配,SIS概念已经向广义发展,扩展到发电企业集团级和集团科技中心级等;从技术上,随着大数据时代的到来,SIS存储数据的能力以及数据挖掘技术等正爆炸式发展,为我们提供了无限的想象空间。火电厂实时生产过程信息化的广度和深度取得了前所未有的大发展。但是,火电厂实时生产过程的监控模式几乎没有大的实质性变化,其弊端开始日益暴露,主要表现为:

(1)运行值班人员有数据,但没有能力利用数据。不少电厂运行值班人员可以通过操作台上的SIS终端得到SIS为他们提供的实时生产过程数据。但是,由于值班人员水平有限,以及主要精力是应付日常频繁的调整操作,以及紧急情况下的事故处理。因此,根本没有时间和能力去充分分析和利用这样庞大的数据,特别是智能化程度不高的宏大数据。

(2)一部分专家得不到数据,或者事后才能接触和利用数据。例如,集团科技中心或科研院所汇集着大批高级科技专家,他们平时接触不到,或者不常接触,或者仅仅针对要他处理某个问题时才接触和应用其中一部分数据。

(3)另外还有一部分专家有数据,却由于种种原因没有充分利用数据。他们桌面上虽然也有一个SIS终端,但是,在传统观念影响下,采用跟MIS相同的“管理”方式,把SIS也当成一个实时性要求不高的系统,有事看看,抽空看看或者每天大致看看。

总之,目前人们对“数据就是财富”,“数据就是力量”尚缺乏足够的认识,对实时生产过程快速积累的监控信息的应用管理和对非实时生产过程相对积聚缓慢的管理信息的应用,对待和处理方法应有所不同这一点缺乏认识。实践证明,哪个企业接触和研究SIS数据的技术人员,特别高层次技术专家的人数愈多,时间愈长,人员和数据的关系(人-数关系)组织得愈好,SIS带给企业的效益就愈巨大。正因为如此,作者认为一场研究SIS发展,重新组织“人-数”关系为标志的火电厂实时生产过程新的控制方式的变革已经迫切的提到我们议事日程上来了。

3、发电企业新一代控制方式体系

过去,发电企业实时生产过程的控制方式主要只有一级,即单元集中控制(Uint Central Control,简称UCC)级 (严格讲应称: 单元集中监控级)。随着SIS的发展,作者认为在单元集中监控级上面不仅必要而且可能发展一个高层多级集中监管级,例如:

厂级监管中心(Plant Supervisory Central,简称PSC)

企业集团级监管中心(Group Supervisory Central,简称GSC)

集团科研院级监管中心(Institute Supervisory Central,简称ISC)

这意味着,发电企业实时生产过程将形成一个由单元集中监控级和高层集中监管级复合组成的一个全新的控制方式体系。如果进一步扩大,面向整个发电企业,包括实时生产过程和非实时管理过程全体来说,则将形成三大部分:以DCS为支持的“监控级”,以SIS为支持的“监管级”,以及以MIS为支持的“管理级”。

为了真正理解这个全新的控制方式体系,我们还必须深刻研究“监控级”、“监管级”和“管理级”这三个概念的内涵和异同。

3.1  高层集中监管级与单元集中监控级的差异

(1)职责不同。众所周知,单元集中控制级值班人员的职责是对机组实时生产过程进行直接的“监控”(Monitor and Control),而高层集中监管级的责任人员(包括值班人员)的职责是对全厂实时生产过程进行 “监管”(Supervisory),应当连续对实时生产过程重大问题进行及时研究和分析,经过一定的决策程序指导单元集中控制级的值班人员、调试人员、维修人员或者其他相关人员去进行必要的运行、调试或维修改造处理工作。虽然不直接进行操作,二者职责有差异,但因为同样是针对实时生产过程,因此对后者同样要强调实时性,强调“及时”、“连续”。

(2)监控(监管)范围不同。单元机组级值班人员只监控一台单元机组,而高层监管级却监管一批同类型或不同类型、同煤种或不同煤种机组的实时生产过程。

(3)责任人技术水平要求不同。高层监管级责任人的责任范围更大些,要求技术水平应当更高些。因此,高层监管级责任人可以配备一些比单元机组值班员水平更高级的专家,这样做不仅必要而且是完全值得的。

3.2  高层监管(Supervisoty)级和高层管理(Management)级的差异

高层管理级的管理对象是生产经营、财务以及行政等非实时生产过程。因此,可以采用传统的定期的或针对问题的“管理”模式;而高层监管级的对象是实时生产过程,实时信息分分秒秒在变化和积累,突发事件随着可能发生。因此,不能沿用过去那种“管理”模式,也应采用适当的值班的监管方式,否则必将使潜在的问题愈积愈多,不能及时发现,造成与日俱增的“宏实时信息”巨大浪费,不利于电厂实时生产过程监管水平向前进一步发展。因此,我们一定要摆脱采用像对待MIS那样的“管理”模式。

具体监管方式可以是多样化的。例如,可以有一部分专家常年负责值班,有一部分专家可根据专业特长轮流值班,当然也可以外聘专家(类似于访问学者)针对问题有偿工作一段时间,等等。总之,在这个监管的指导思想下,高层集中监管级如何监管是个新事物,需要我们以积极态度和创新精神去不断探索和完善。

4、加强顶层设计,迎接高层监管信息系统(SIS)发展的第二个春天

4.1 SIS概念的发展和再定义

1997年提出S I S概念,当时称为厂级监控信息系统(Supervisory Information System ,简称SIS),现在看来这个定义存在两个问题:首先,将“Supervisory ”译成“监控”容易与“监视和控制”(Monitor and Control)的简称相混,因此,译成“监管”比较合适;其二,把SIS限定在厂级范畴内已经不可取,目前已经发展到集团级、集团科研院级等。因此,应将SIS概念广义化, 例如:厂级实时生产过程监管信息系统(厂级SIS)、集团级实时生产过程监管信息系统(集团级SIS)等等。

4.2 SIS发展的第二个春天正在到来

SIS走过了本世纪初十几年发展的第一个春天,目前已经具备下列两方面的客观条件,足以迎来SIS发展的第二个春天:

(1)发电企业新的控制方式——高层集中监管方式的诞生将极大的激发SIS发展的动力,丰富SIS技术发展的内涵。

(2)大数据时代提供的技术手段为SIS插上了高飞的翅膀。

因此,可以有理由予见到SIS发展的第二个春天很快就会到来。

4.3 加强顶层设计,迎接SIS发展第二个春天

火电厂控制方式的革命,高层监管体系的建立, SIS的意义和地位已经可以和DCS相提并论,在某些方面甚至超越其作用。SIS的作用、功能、范围和技术条件等等都将随之不断丰富和发展。对于这个新事物,我们仍要坚持“摸着石头过河”,一边探索,一边总结和推广。但是,高层集中监管级是一个涉及到发电企业的全局性问题。因此,必须有领导层的高屋建瓴和加强顶层设计,才能使这场深刻的变革能健康和快速的向前发展。因此, 领导层的关注和顶层设计的加强,是迎来SIS健康发展第二个春天的十分必要的关键因素。

作者简介 侯子良(1935-),男,上海人,教授级高级工程师,主要从事电厂自动化(信息化)技术的研究和工程技术管理。

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