電除塵器專家系統(tǒng)的總體構(gòu)成及功能

1、電除塵器專家系統(tǒng)的總體構(gòu)成及功能 Overall Configuration and Functions of ESP Expert System 胡滿銀1，趙金表2，劉松濤1，高維英1，宋國(guó)升2（1.華北電力大學(xué)，河北保定071003；2.河北省電力研究院，河北石家莊050021） 摘要: 在電除塵器集散控制基礎(chǔ)上提出專家系統(tǒng)的總體構(gòu)成，對(duì)在電除塵器集中管理方面可實(shí)現(xiàn)的新功能進(jìn)行分析研究；利用電除塵器的專家診斷系統(tǒng)對(duì)電除塵器進(jìn)行故障診斷，根據(jù)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行綜合優(yōu)化；通過(guò)采集化學(xué)車間和鍋

2、爐車間的部分信號(hào)對(duì)電除塵器運(yùn)行性能進(jìn)行預(yù)測(cè)；采用動(dòng)態(tài)及多媒體技術(shù)進(jìn)行提示與報(bào)警，通過(guò)程序仿真實(shí)現(xiàn)了其中部分功能。 關(guān)鍵詞：電除塵器；專家系統(tǒng)；參數(shù)優(yōu)化；故障診斷；預(yù)測(cè) Abstract：Based on the centralized and distributed control of electrostatic precipitator (ESP), an overall configuration of the 

3、;expert system is developed. An analytical study are performed using this system to realize new functions for centralized management of ESPs, to diagnose faults in ESPs, 

4、to optimize comprehensively according to their operational parameters, to predict the operational performance of ESPs based on parts of signals collected from chemical treatment an

5、d boiler houses, and to provide hint and alarm functions using dynamic and multimedia technology. A part of these functions are realized through reality simulation procedures.

6、  Keywords：electrostatic precipitator；expert system；parameter optimization；fault diagnosis；predict  隨著我國(guó)電力工業(yè)的快速發(fā)展和環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的提高，占全國(guó)電力總裝機(jī)容量80%的燃煤火電廠的環(huán)境問(wèn)題顯得更加重要，電除塵器以其除塵效率高、運(yùn)行較穩(wěn)定等特點(diǎn)在燃煤火電廠除塵裝置中占有重要地位。然而在電除塵器的運(yùn)行過(guò)程中，由于設(shè)備管理或運(yùn)行不當(dāng)，電除塵器存在運(yùn)行效率達(dá)不到預(yù)定設(shè)計(jì)指標(biāo)、運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性不高、運(yùn)行故障率偏高、故障

7、發(fā)生的原因及部位錯(cuò)綜復(fù)雜、發(fā)生故障后不易查找故障原因、控制功能較弱等較為普遍的現(xiàn)象。 電除塵器專家系統(tǒng)是在實(shí)現(xiàn)當(dāng)前電除塵器集散控制的基礎(chǔ)上，以在線故障診斷、節(jié)能控制和效率預(yù)測(cè)等為重點(diǎn)對(duì)象，在綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的一種智能控制軟件包，它對(duì)電除塵器故障維護(hù)、效率預(yù)測(cè)、節(jié)能措施及在線報(bào)警等方面進(jìn)行研究，從而提高電除塵器運(yùn)行、維護(hù)和管理的質(zhì)量，最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制，使電除塵器在最優(yōu)條件下運(yùn)行，對(duì)突發(fā)故障能夠準(zhǔn)確、快捷地進(jìn)行判斷與處理，為電除塵器長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行提供可靠的保證1,2。 1系統(tǒng)的總體構(gòu)成 專家系統(tǒng)是知識(shí)基系統(tǒng)，一般由知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理

8、機(jī)、解釋部分、知識(shí)獲取部分和人機(jī)接口6部分組成，如圖1所示。  2系統(tǒng)的主要功能該系統(tǒng)以Windows操作系統(tǒng)為平臺(tái)，采用Access數(shù)據(jù)庫(kù)，以VB語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)其功能，并打包生成安裝發(fā)布程序，有較完整的安裝系統(tǒng)。 2.1圖形數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)、查詢、打印功能 主機(jī)從各下位機(jī)獲得電除塵器各種電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)信息，通過(guò)各種檢測(cè)裝置獲得濁度信號(hào)、鍋爐信號(hào)、溫度、壓力和其它同電除塵器的運(yùn)行、管理密切相關(guān)的參數(shù)。在系統(tǒng)軟件的管理下，生成運(yùn)行報(bào)表、運(yùn)行趨勢(shì)、報(bào)警記錄，并能以圖形、表格、曲線、文本等方式進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示和打印。 記錄歷史運(yùn)行參數(shù)主要包括高壓運(yùn)行

9、參數(shù)、各電場(chǎng)的伏安特性曲線、所有高低壓設(shè)備的故障報(bào)警、所有高低壓設(shè)備的啟停、高壓投運(yùn)率、各電場(chǎng)運(yùn)行功率及總功率、各濁度儀的濁度值、用戶操作、系統(tǒng)投運(yùn)情況等，以上各種記錄均自動(dòng)完成，可以隨時(shí)提供用戶查詢，追蹤設(shè)備的運(yùn)行情況，為維護(hù)和檢修設(shè)備提供依據(jù)；伏安曲線保存，可供用戶對(duì)不同階段的電場(chǎng)特性進(jìn)行比較。以上所有記錄的參數(shù)均可隨時(shí)打印輸出存檔。對(duì)于由本系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，可按時(shí)間、各電場(chǎng)等多種方式進(jìn)行查詢?yōu)g覽，并存檔打??；對(duì)于故障的歷史記錄，可按故障發(fā)生的時(shí)間、類型、發(fā)生的頻繁次數(shù)查詢，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可將選定范圍內(nèi)的記錄進(jìn)行打印；對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)可做出日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、季報(bào)表、年報(bào)表等；還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)

10、計(jì)，如設(shè)備的投運(yùn)率、出現(xiàn)的故障次數(shù)、開(kāi)機(jī)和停機(jī)時(shí)間等，生成顯示運(yùn)行趨勢(shì)曲線、報(bào)警記錄，并以圖形、表格、曲線、文本等或按用戶要求打印輸出。主要曲線有：伏安特性曲線，各電場(chǎng)電流及電壓曲線，出口粉塵濃度曲線，各加熱點(diǎn)溫度曲線，除塵效率曲線，電壓、電流的重復(fù)波形與瞬時(shí)波形，提供更多的信號(hào)量用于專家對(duì)故障進(jìn)行分析處理等。另外，系統(tǒng)可自動(dòng)顯示記錄各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài)并留下歷史檔案，這些記錄為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)和檢修工作提供了很好的幫助。針對(duì)不同要求，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線顯示或歷史曲線顯示，并可用不同的圖線類型顯示出來(lái)，如二維曲線圖、柱狀圖、三維立體圖等。系統(tǒng)還提供數(shù)據(jù)壓縮功能，節(jié)省磁盤空間，改善系統(tǒng)

11、性能。 2.2專家系統(tǒng)故障診斷3 以信號(hào)監(jiān)測(cè)量為基礎(chǔ)，以知識(shí)庫(kù)為依據(jù)，按照一定的推理機(jī)制,提供一套診斷型專家系統(tǒng)。首先建立預(yù)報(bào)算法對(duì)一些重要的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)值異常時(shí)，可調(diào)用專家系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，或者當(dāng)電除塵設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，該系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)調(diào)用知識(shí)庫(kù)里的相關(guān)內(nèi)容，幫助用戶分析故障原因，指導(dǎo)運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)判斷和解決故障。并且將故障發(fā)生時(shí)間、類型、原因及解決方案存入故障庫(kù)，供以后查詢。利用診斷的結(jié)果，及時(shí)給運(yùn)行人員一些必要的提示和操作指導(dǎo)，這對(duì)于防止設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中由參數(shù)異常變?yōu)槭鹿?，或者避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大是很有必要的。該系統(tǒng)還可以對(duì)事故或故障原因進(jìn)行分

12、析，并給出解決辦法，同時(shí)使運(yùn)行人員從中學(xué)習(xí)到專家系統(tǒng)的推理過(guò)程， 用以提高運(yùn)行人員的水平和技能。 電除塵器故障診斷步驟是：通過(guò)后臺(tái)調(diào)用電除塵器實(shí)時(shí)參數(shù)，經(jīng)過(guò)一定的推理機(jī)制和調(diào)用專家知識(shí)庫(kù)中的理論知識(shí)判斷電除塵器是否正常工作，如果有異?，F(xiàn)象則會(huì)通過(guò)故障圖標(biāo)顯示出來(lái)，此時(shí)點(diǎn)擊故障界面可以知道具體的故障原因和處理方法。推理機(jī)制和專家知識(shí)的調(diào)用采用dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，該庫(kù)采用VC語(yǔ)言編寫，將推理機(jī)理與專家知識(shí)相結(jié)合，進(jìn)而形成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，被該系統(tǒng)調(diào)用。圖2是發(fā)生故障時(shí)的監(jiān)控界面和故障界面。 2.3參數(shù)的綜合優(yōu)化功能系統(tǒng)可自動(dòng)測(cè)試電場(chǎng)動(dòng)態(tài)伏安曲線，自動(dòng)分析電場(chǎng)內(nèi)部工況特性，檢測(cè)

13、反電暈程度和放電能力，通過(guò)分析可選擇最佳工作方式和振打程序，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。2.3.1實(shí)現(xiàn)以提高除塵效率為目的的整體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)出效率優(yōu)化模型，以濁度儀傳送過(guò)來(lái)的濁度信號(hào)為反饋信號(hào)，對(duì)高壓供電、低壓振打優(yōu)化組合，防止粉塵二次飛揚(yáng)。a. 電機(jī)振打最優(yōu)化控制為防止二次揚(yáng)塵，提高除塵效率，減少振打能量損耗，可以選擇振打最優(yōu)化控制。當(dāng)選擇振打最優(yōu)化控制程序時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)出口煙道濁度數(shù)值和有關(guān)參數(shù)自動(dòng)調(diào)整振打周期、時(shí)間或強(qiáng)度，振打時(shí)序圖可由系統(tǒng)CRT顯示，據(jù)此來(lái)綜合判斷振打效果，最后自動(dòng)調(diào)整到最佳的振打控制方式。 b. 斷電或減少供電功率振打根據(jù)工況及粉塵性質(zhì)，當(dāng)啟動(dòng)振打，可自

14、動(dòng)關(guān)閉或減小相應(yīng)的高壓供電裝置的供電功率，振打過(guò)后又恢復(fù)正常供電。2.3.2保證除塵效率前提下的節(jié)能以煙道濁度為反饋信號(hào)的閉環(huán)控制的能量管理系統(tǒng)(EMS)，可根據(jù)電除塵器出口煙塵排放濃度反饋信號(hào)，通過(guò)高壓控制柜自動(dòng)調(diào)整各T/R設(shè)備輸出功率，在保證煙塵排放達(dá)標(biāo)基礎(chǔ)上，降低輸入電量，節(jié)約電耗。系統(tǒng)可通過(guò)設(shè)定對(duì)話框和能量設(shè)定滾動(dòng)條，較容易地完成能量升降點(diǎn)和幅值的調(diào)節(jié)與設(shè)定。EMS功能主要應(yīng)用于以下2種工況條件：a. 在高比電阻條件下的反電暈工況中收集煙塵，提高除塵效率。利用高壓控制設(shè)備先進(jìn)的反電暈搜索技術(shù)能迅速準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到反電暈的發(fā)生。當(dāng)運(yùn)行在間隙脈沖供電模式時(shí)，則自動(dòng)計(jì)算運(yùn)行參數(shù)、供電占

15、空比。b. 電除塵器有效運(yùn)行的同時(shí)，還有足夠富余的收塵能力。在維持達(dá)標(biāo)排放的情況下，系統(tǒng)通過(guò)煙塵濁度檢測(cè)儀和自動(dòng)電壓控制器的閉環(huán)控制，盡可能降低電量的消耗，從而起到節(jié)能的功效。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可檢測(cè)和顯示出口煙道的濁度，通過(guò)閉環(huán)控制，控制各臺(tái)T/R的工作方式和輸出功率，使出口煙道的濁度保持在設(shè)定的上、下限之間。在控制過(guò)程中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)定時(shí)地取得各電場(chǎng)的伏安曲線，在需要增加或減少電除塵器供電功率時(shí)，首先判斷每個(gè)電場(chǎng)的電流和電壓在伏安曲線上的相應(yīng)位置，并根據(jù)該運(yùn)行點(diǎn)的伏安曲線斜率決定是否對(duì)該電場(chǎng)進(jìn)行功率調(diào)整。需增加供電功率時(shí)，先從運(yùn)行點(diǎn)斜率小的電場(chǎng)開(kāi)始增加；需減小供電功率時(shí)，則先從運(yùn)行點(diǎn)斜

16、率大的電場(chǎng)開(kāi)始減小，從而使電除塵器維持運(yùn)行在最節(jié)省電源功能的最佳狀態(tài)。總之，當(dāng)煙氣濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，由主機(jī)改變高壓供電裝置的運(yùn)行參數(shù)、供電方式及配合方式，進(jìn)一步增大電場(chǎng)的電暈電流密度，提高整體除塵效率；當(dāng)煙氣濃度大大低于排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，主機(jī)則逐步試探性地以一種較為節(jié)電的供電方式運(yùn)行設(shè)備,如果有較大的余量,則進(jìn)一步調(diào)低電場(chǎng)控制電壓,以達(dá)到節(jié)能的目的。2.4除塵效率預(yù)測(cè)4以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論為指導(dǎo)，運(yùn)用專家系統(tǒng)知識(shí)，對(duì)難以直接測(cè)定的參數(shù)進(jìn)行綜合預(yù)測(cè)與分析。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和理論建立除塵效率數(shù)學(xué)模型，可以通過(guò)鍋爐燃煤的元素分析和電除塵器出口濁度情況推斷出電除塵器除塵效率，從而為閉環(huán)控制提供參考。同時(shí)根據(jù)一定的數(shù)學(xué)模型

17、和鍋爐參數(shù)計(jì)算出ESP入口煙氣量和鍋爐的計(jì)算燃煤量，如圖3所示。在給定煤的元素分析、ESP入口煙氣中氧的容積百分比（即確定ESP入口過(guò)量空氣系數(shù)）和電除塵器漏風(fēng)率的情況下，點(diǎn)擊“計(jì)算（不需鍋爐參數(shù)）”按鈕，就可計(jì)算出電除塵器入口煙氣濃度和除塵效率，電除塵器出口煙氣濃度是直接從濁度儀轉(zhuǎn)化而來(lái)的。在給定鍋爐系列參數(shù)和鍋爐出口煙氣氧的容積百分比（即確定鍋爐出口過(guò)量空氣系數(shù)）的情況下，點(diǎn)擊“計(jì)算（需要鍋爐參數(shù)）”按鈕可以計(jì)算出電除塵器入口煙氣量，同時(shí)也可以進(jìn)行效率預(yù)測(cè)，此時(shí)不需要濁度儀的數(shù)值。  若點(diǎn)擊“自動(dòng)顯示開(kāi)關(guān)”按鈕則可以實(shí)時(shí)顯示電除塵器入口煙氣濃度、除塵效率和電除塵器入口煙氣量，并且在實(shí)時(shí)監(jiān)控總界面中會(huì)實(shí)時(shí)顯示鍋爐燃煤量、電除塵器入口總煙氣量、ESP入口煙氣溫度、ESP出口煙氣濃度、ES