烟气在线监测系统

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烟气在线监测系统范文第1篇

【关键词】CEMS；火电厂；重要性

1 CEMS系统的发展

国外从上个世纪五六十年代开始，就在化工厂、水泥厂和燃煤电站等装置烟气在线监测系统以监控排放的污染物的浓度。能够生产CEMS系统设备的厂家基本集中在英国、德国、美国和日本等发达国家，其生产标准也都以美国的EPA为基准。直到六十年代末，美国发现了荧光检测技术，德国设计了不透明度光学系统，以及环境分析仪和现场分析仪的发明都为CEMS技术的成熟奠定了基础。于是，第一台CEMS设备诞生于1971年的美国。1975年，美国制定了严格的系统性能技术指标，对于某些工厂的排放源头予以强制性安装CEMS的规范，就此该系统才逐渐的普及开来。随后1990年的清洁空气的法案的修整、1995年的酸雨计划、2003年的氮氧化物排污交易计划、2009年的清洁空气州际法等一系列的法案的出台或者修整都在逐步的完善了美国乃至世界的CEMS的应用。

2 CEMS系统工作原理

CEMS（烟气连续监测系统）用于连续自动监测固定污染源的污染物排放浓度。将仪器安装在污染源上，实时测量监测污染物的排放浓度和排放量，同时，将监测的数据传送到环保监控中心。该系统主要包括了4个子系统，分别是气态污染物监测系统、颗粒污染物监测系统、烟气排放参数测量系统、系统控制及数据采集系统。每一个子系统都有多种监测测量技术，技术不同，工作原理和过程不同。下面将以气态污染物和颗粒污染物的监测为例，选择一种方法作为代表进行分析。

气态污染物的监测采样方式有，抽取采样法和直接测量法，国内电厂主要使用直接测量法。直接测量法又分为点测量和线测量两种。点测量是将传感器安装在探头端部，探头直接插入烟道，使用电化学或光电传感器聿饬拷闲》段内的污染物浓度。线测量是将传感器和探头直接安装在烟道或者烟囱上，再利用光谱分析技术或者是激光技术来对被测物进行长距离直线型的在线测量。该项技术主要基于光谱学和光学，在CEMS系统中的使用占率约为10%。

颗粒污染物的监测中的方法有浊度法和光散射法，光散射法是国内主要使用的方法，光学部分包括激光光源、功率控制、光电传感、散射光接收部分。原理是激光器发出的650nm束以一个微小的角度射入排放源，激光束与烟尘粒子作用产生散射光，背向散射光通过接受系统进入传感器转变成电信号进行处理。

3 CEMS系统在各个工厂中的应用

CEMS系统的运用十分广泛，主要集中在城市的工厂。包括化工厂、水泥厂、发电厂等会产生空气污染物的单位。在石油化工厂中，CEMS系统主要安装在硫磺回收生产装置烟气排放口、动力站锅炉烟气汇总排放口、催化裂化生产装置烟气排放口和常减压生产装置烟气排放口。在这四个出口处对于污染气体进行实时的监控。在水泥厂中，CEMS系统主要安装在窑尾回转窑引风机后烟道，对于在水泥生产过程中产生的烟尘，以及会污染环境的气体进行在线监测。

CEMS（烟气在线监测系统）在火力发电厂中重要用于发电机组污染物排放的浓度的实时监控。主要是测量火电厂污染物中烟尘的浓度、二氧化硫的浓度、二氧化氮的浓度、氧的浓度等，以及烟气的温度、湿度、流量等。在火电厂中，CEMS系统主要运用在脱硫工程的监控和污染物排放过程的监控。国内的脱硫主要是湿法脱硫，是将石灰石粉加水制成浆液作为吸收剂泵入吸收塔与烟气充分接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及从塔下部鼓入的空气进行氧化反应生成硫酸钙，硫酸钙达到一定饱和度后，结晶形成二水石膏。经吸收塔排出的石膏浆液经浓缩、脱水，使其含水量小于10%，然后用输送机送至石膏贮仓堆放，脱硫后的烟气经过除雾器除去雾滴，再经过换热器加热升温后，由烟囱排入大气。由于吸收塔内吸收剂浆液通过循环泵反复循环与烟气接触，吸收剂利用率很高，钙硫比较低，脱硫效率可大于95%。当二氧化硫的排放浓度较低时，则减少石灰石补给量。除了锅炉内，还可以用于锅炉尾部烟气的脱硫。通常安装2套CEMS系统对原烟气和净烟气分别进行监测。

4 CEMS系统在合肥第二发电厂的投运

以合肥第二发电厂为例阐述CEMS系统在火电厂的投运中的具体效果。合肥第二发电厂建于1997年，是一所中外合资投建的以燃煤为原料的火力发电厂。脱硫CEMS系统改造工程，采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，于2008年底开工建设，2009年09月先后通过168试运，30日通过环保验收。 该发电厂除了给安徽合肥乃至周边地区提供稳定的供电之外，还屡次获得国内的重要奖项，是该行业的典范。在污染物排放的处理上依靠CEMS系统技术一直符合国家标准，对于合肥城市空气质量和环境保护起到了重要作用。合肥第二发厂一期二期工程从开始运营至今，没有在污染物的排放上遭到国家的处罚，一直都严格遵照并且符合国家火电厂废气排放标准，这其中，CEMS系统的运用具有十分重要的作用。并且运行多年一直很稳定，没有出现问题，对于污染物浓度的监控极其稳定，不会造成严重的误差。合肥多年来的空气质量一直在改善当中，这和CEMS系统在相关工厂的装配和运用有必然关系。

5 CEMS系统在火电厂中的重要性

随着我国经济的快速发展，城市化进程的不断加快，工业用电和生活用电的总需求越来越多，也就是需要更多的发电厂来发电。但是我国目前碍于能源结构的关系，传统的火力发电厂仍然占据主要地位。火力发电厂带来的最大的问题就是污染严重。我国的空气质量每况愈下，尤其是北方，以煤炭燃料为主的城市，全年空气质量不达标的天数占了绝大多数。所以这一问题已经到了必须解决的地步。CEMS（烟气在线监测系统）的运用在一定程度有助于改善这一现状。

城市CEMS系统的使用的普及和常态化，可以正确的监测火电厂在发电过程中排放的污染源中污染物的浓度和总量，从而通过烟气净化装置进行脱氮、脱硫、除尘等措施来降低乃至去除污染物浓度，达到排放标准，保护城市环境和空气状况。CEMS系统的重要作用就是监测控制，保证城市内所有的火电厂生产状况都能够在稳定的监控下进行，让管理层全面的、正确的掌握污染源的排放状况。有助于为环保单位的决策提供技术帮助和参考，为国家对排污企业的控制和收费提供依据，完全有利于生态城市的建设。

CEMS系统按照测量方式划分可以分为三类，分别是现场监测系统、抽取式监测系统和遥测系统。它打破了传统的人力监测方式带来的弊端，远程监测节省了人力物力，同时也能保证监测质量。以计算机信息技术为基础的监测系统在火电厂污染物排放浓度的监测中也规避了人力监测容易产生失误的弊端，提高了监测结果的准确性。

参考文献

[1]杨威.烟气在线监测系统（CEMS）在环境管理中的应用研究[D].大连理工大学，2013.

烟气在线监测系统范文第2篇

关键词：电容器；传感器；在线监测系统

中图分类号：TM85 文献标识码：A

1 现状概述

国外许多电力公司从上个世纪70年代就开始研究并推广应用变电设备在线监测技术，主要目的就是减少停电预防性试验的时间和次数，提高供电可靠性。

（1）带电测试阶段。这一阶段起始于70年代左右。当时人们仅仅是为了不停电而对电气设备的某些绝缘参数（如泄露电流）进行直接测量。设备简单，测试项目少，灵敏度较差。

（2）从80年代开始，在线监测技术从传统的模拟量测试走向数字化测量。

（3）从90年代开始，以计算机处理技术为核心的微机多功能在线监测系统。

在国内，在线监测技术的开发与应用始于上世纪80年代。计算机应用刚刚起步，当时的在线监测技术水平较低。到2000年后，随着在线监测技术的不断成熟及客观的需要，在国内很多地区的供电企业都已开展了这项工作。

2 典型案例

摘录官方统计的数据：

2004年10～110kV的开关的事故率0.011～0.022台次/百台年

2004年110kV及以上变压器的事故率为0.4台次/百台年

广东省2007年高压并联电容器的故障率为5台次/百台年

（1）1996年6月18日19：14贺州市电业公司八步变电站在人工分闸过程中，户外2#，5#电容器发生爆炸。

（2）1982年佳目斯局桦南变的三角型结线电容器组，单台装用低压保险，一台电容器发生爆炸后，将厂房和396台电容器全部烧毁。

（3）2001年4月30日8：54，某一变电站，在主控室，电容器的速断保护信号继电器动作挂牌，造成外侧10kVII段与电容器串联接地极击断，电抗器本体喷油着火，A，B相熔断器全部熔断。

3 存在问题

（1）瓷套管及外壳渗漏油

电容器是全密封的电气设备，由于制造工艺、运输等原因，密封不良出现渗漏，导致套管内部受潮，绝缘电阻降低。随着电容器运行电压、温度等变化，内部压力增加，渗漏油更为严重，使油面下降，元件上部容易受潮击穿而损坏。

（2）瓷绝缘表面放电闪络

电容器在运行中缺乏定期清扫和维护，其瓷绝缘表面因污秽严重，在电网出现内、外过电压和系统谐振的情况下导致绝缘击穿，局部放电，造成瓷套管闪络破损，响声异常。

（3）外壳鼓肚

当电容器内部元件发生故障击穿时，介质中将通过很大的故障电流，电流产生的电弧和高温使浸渍剂游离而分解产生大量气体，使得电容器的密封外壳内部压力增大，导致电容器的外壳膨胀鼓肚，这是运行中电容器故障的征兆，应及时处理，避免故障的漫延扩大。

（4）熔断器熔断

电容器内部元件发生故障击穿，熔断器安装接触不良发热，以及熔断器的额定电流选择不当，电容器合闸瞬间，由于电容器处于充电状态产生很大的冲击合闸涌流，涌流过大均能使熔断器熔断。

（5）电容器爆炸

运行中电容器爆炸是一种恶性事故，当电容器内部元件故障击穿引起电容器极间贯性短路时，与其并联运行的其他电容器将对故障电容放电，如果注入电容器的能量大于外壳所能承受的爆破能量，则电容器爆炸，如果电弧点燃的液体介质溢流，还会造成火灾。

4 原因分析

（1）电容器电容量的微小变化

电容器电容量出现微小变化是电容器事故前的最早征兆，表明熔丝已经切除了单个电容器。

（2）运行电压过高

电容器介质上的额定工作场强比其它电器高25～30倍，是高压敏感设备。电力行标DL/T 840—2003中规定为1.05倍额定电压。电容器过压保护及VQC均使用母线PT，不能直接测定电容器端电压及累计超出允许的幅值及持续时间。

（3）运行电流过高

运行规程对三相电流的控制有两个指标，一是不超过额定电流的30%，二是三相不平衡电流不应超过±5%。

（4）电容器的绝缘变化

电容器自身的介质损耗及其它发热元件引起本体温升，而温升又会反过来加大介质损耗，是一种恶性循环。

（5）电抗器的运行工况

电抗器匝间短路对运行电流及电容器端电压无明显影响，过流、速断、差压、不平衡电压、不平衡电流保护均不起作用，是电容器保护的死区。

（6）运行温度过高

温度过高导致tgδ迅速增加，降低介质的击穿强度。技术监督规程把室温超过35℃列入三级报警，超过40℃列入二极报警，当采取降温措施无效时电容器应退出运行。

（7）电容器投切瞬间工况

电容器在投入时会出现涌流，合闸弹跳及分闸重燃会在电容器端产生较高的过电压。

（8）高次谐波引起过电流

电容器正常运行时不希望电流中含有高次谐波，因此选择了不同电抗率的电抗器，以减弱谐波电流对电容器的侵袭；少量熔丝熔断后，电容器虽然可以照样运行，但有一个副作用，就是电抗率向减少方向发生漂移，有可能使限制的谐波电流进入放大的频率范围。电力电容器对谐波电流有一定的承受能力，规程把谐波电流含量统一纳入到1.3倍的额定电流之内。

（9）放电线圈运行工况

放电线圈除具有电容器放电功能之外，还向保护提供不平衡电压。

6 提升措施

高压并联电力电容器作为一种极为重要的无功电源，对于改善电力系统的结构、提高功率因数、改善电压质量、降低线路损耗起着重要的作用，在各种电压等级的变电站中得到了广泛的应用。因此对电力电容器运行状况进行在线监测是一种防止电力电容器发生事故的有效途径。系统运行时连续监测并存储高压并联电容器的运行工况，包括电容器运行电压、运行电流、电容量、介质损耗、绝缘状况、高次谐波、环境温湿度、投切次数及状态（涌流及重燃录波）、运行时间等数据。当电容器出现电压越限、电流越限、谐波超标、熔丝熔断、电容量变化越限、电抗器匝间短路、绝缘降低、室内超温等情况时启动录波并发出报警信号。

（1）传感器技术：根据现场电容器的实际容量、接线方式、安装方式等设计高精度电流、电压传感器，高精度的信号转换是电容器在线监测的基础。

（2）硬件技术：高压并联电容器在实际运行中，绝缘性能并不是瞬间变化的，故障都是经过长期缓慢的变化才形成的。系统的高配置部件是为了能够更加精确的采集电容器的运行数据。

（3）软件算法的实现：装置只采集高压电容器运行电流、电压、温度和湿度，需要经过一系列复杂的软件算法计算谐波电流、谐波电压、电容量、介质损耗因数、绝缘电阻、有功损耗等值，这些软件算法是实现电容器在线监测的软件基础。

（4）后台监控系统的设计：后台监控系统实现高压并联电容器的远方监控，可以在远方监控电容器的运行工况，分析运行状态，作为一个方便的人机界面，为电容器在线监测系统的应用提供了简便的操作平台。

（5）实时通信功能的实现：为了实现后台和装置的数据共享，在线监测装置提供三种通讯方式的实现，分别为RS485、以太网和GPRS无线通讯。这三种通讯方式可以满足现场数据传输的需要，实时将电容器的运行状况传输至不同地点的后台监控系统上。

结语

本文主要阐述高压电容器的研究现状，典型案例，存在的问题，原因分析和提升措施。并研制出了一套KZ160E高压电容器在线监测系统。

参考文献

[1]党晓强，刘念，蒋浩.电力系统中高压电容设备在线检测的研究[J].电工技术杂志，2003（10）.

[2]续利华.电力电容器常见故障的原因分析及相应处理[J].电力学报，2001（02）.

烟气在线监测系统范文第3篇

输变电设备的外绝缘性能对电网运行安全具有重大影响。电力系统中大量使用的绝缘子，其表面污染并受潮将严重影响绝缘子的电气特性以致绝缘子表面积累的污物受潮时引起绝缘击穿闪络，影响输变电设备运行的可靠性，危及电网的运行安全。输变电设备污闪事故在全国电网时有发生，特别是2001年初，东北、华北和河南电网大面积污闪事故给电力生产造成了巨大的经济损失和社会影响。

预防污闪事故的发生对电网安全运行具有极其重要的意义。据有关专家研究，造成污闪事故的主要原因有三：其一我国的环境污秽水平发展快，这与各地工业结构有关：其二电气设备的绝缘水平达不到当地污秽等级要求：其三电力部门缺乏对设备污秽检测的有效技术手段。通常情况下，为了及时消除事故隐患，运行部门需要定期对绝缘子进行监测。国家有关标准中明确规定，输、变电设备外绝缘污秽等级的划分应综合考虑污闪特征、运行经验并结合其表面污秽物的盐密来确定。因此，盐密是其中唯一可以定量的参数。目前，输、变电设备外绝缘配置的原则是按部颁GB／T16434为依据执行，并按经审定的污区分布图及时调整，审定污区分布图时，绘制和修订的重要依据是整理、分析历年的盐密测量数据，同时，根据监测点中所见4量到的盐密，指导输电线路的清扫周期。由此可见，盐密的测量对电力部门的生产及安全，具有极其重要的意义。

目前电力部门广泛采用的等值盐密法是基于每年清扫的基础上标定污秽等级的方法。该方法虽然操作简单，但仍要坚持人员的专业化、仪表的可靠性、测试工作的制度化，还需要停电或上杆(塔)工作，所需投人人力、物力巨大，具有很大的局限性；这种方法对于积污速度的影响考虑也不够全面，不能准确地指导外绝缘爬距比的合理配置，且测量结果分散性较大，很难合理确定测量周期。此外，全国高电压工作网防污闪工作组目前已明确提出以饱和盐密为基础修订污区分布图，而使用传统方法无法获得设备的饱和盐密。

鉴于上述原因，武汉高压研究所与武汉康普常青软件技术有限公司开展了使用光传感器测量盐密的研究，以期获得实时、准确的盐密测量新方法。经过河南新乡及广州供电公司的实地监测效果表明，光传感器输变电设备盐密在线监测系统适宜绝缘子污秽监测，实现了运行绝缘子等值盐密的在线连续测取，是一种方法科学简单、准确、实时监测的测量手段。所监测的饱和盐密可以为电力系统运行设备污区分布图的绘制及修订提供可靠的依据：所监测的实时盐密值，可以使电力部门随时、方便地了解监测点运行设备的积污情况，从而指导电力部门对输变电设备进行清扫，实现了对输变电设备防污工作的状态检修，对防止污闪事故发生具有重大意义。

2　光传感器输变电设备盐密在线监测系统

2.1 系统简介

光传感器输变电设备盐密在线监测系统主要由数据监测终端和数据监测中心两部分组成，是一种智能化大范围远程分布式盐密实时监测系统，系统组网十分方便，并可提供监测中心多级管理功能，实现在不同位置同时对监测点的监测。数据采集终端安装在送电线路杆(塔)或变电站绝缘子附近，完成对现场污秽物(盐密)、温度、湿度的实时监测。监测数据通过短信方式，向监测中心发送。数据监测中心完成对监测数据的转换和处理。

2.2监测原理

光传感器测量盐密是基于介质光波导中的光场分布理论和光能损耗机理。置于大气中的低损耗石英棒是一个以棒为芯、大气为包层的多模介质光波导。在石英棒上无污染时，由光波导中的基模和高次模共同传输光的能量，其中绝大部分光能在光波导的芯中传输，但有少部分光能将沿芯包界面的包层传输，光波传输过程中光的损耗很小。当石英玻璃棒上有污染时，由于污染物改变了高次模及基模的传输条件：同时，污染粒子对光能的吸收和散射等产生光能损耗：通过检测光能参数可计算出传感器表面盐份多少。由于传感器与绝缘子串处于相同环境，因此，通过计算可得出绝缘子表面的盐密值。光传感器测量盐密的原理见图1。

2.3系统功能

(1)功能一：实时盐密电子地图(参见图2)。监测中心提供实时盐密电子地图。电子地图的绘制遵循原国家电力公司国电安运f1998]223号文关于修订《电力系统污区分布图》的通知中《电力系统污区分布图规定》，同时污区的分级参考了《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》标准号：GB／T16434-1996，在盐密电子污区分布图中不同电压等级的高压线和不同级别污区的划分及着色均遵循该标准，实时盐密电子地图用来在监测中心工作站上实时反映监测终端采集到的盐密和其它相关数据，信息可以实时动态刷新。运行部门可用来监测输变电设备动态变化的实时盐密情况，为输变电设备的清扫、评价外绝缘耐污能力、适时调爬提供依据。

(2)功能二：最大(饱和)盐密电子地图(参见图3)。监测中心提供最大(饱和)盐密电子地图，绘制原则同上。最大(饱和)盐密电子地图用来在监测中心工作站上反映在数据监测终端所安装的区域内出现的最大盐密值，为电力公司提供在污区分布图绘制及绝缘配置方面的参考。

(3)功能三：绘制参考曲线(参见图4)。在监控中心，数据分析软件采用C语言编制，运行在Windows平台，对光传感器采集到的数据进行分析处理，换算出实时盐密值，最终产生盐密值、温度、湿度的参考曲线图。可以使电力部门随时、方便、直观地了解监测点输变电设备的历史盐密变化情况，并可结合温度、湿度与时间关系的信息分析监测点输变电设备的积污规律及自清洗率，作出相应对策。

2.4监测方式(参见图5)

光传感器输变电设备盐密在线监测系统主要由数据监测终端和数据监测中心两部分组成。数据监测终端安装在送电线路杆(塔)或变电站绝缘子附近，完成对现场污秽物(盐密)、温度、湿度的实时监测。监测数据通过GSM无线网络以短信方式，向监测中心发送。数据监测中心完成对监测数据的转换和处理。

2.5特点

(1)操作使用简便。监测中心软件界面友好，操作简单易学。

(2)系统维护容易。系统具有较强的容错纠错功能，并具有系统自动恢复机制，系统还提供了远程维护功能。

(3)管理打印。系统提供了监测数据、曲线、电子地图的打印功能防电磁干扰。数据监测终端采用多层金属屏蔽方式，充分保证了控制电路和通讯电路的安全可靠工作。

(4)设备防护。数据监测终端机箱封闭良好，具有防雷，防雨，防尘的功能。外形的设计有效的避免了高电场环境下，尖端集电、放电的影响。

(5)现场安装维护方便。数据监测终端采用模块化设计。上部为传感器，太阳能板：下部为主机控制箱，便于现场装拆。

(6)充电电源。数据监测终端采用太阳能电源进行充电，可以确保设备的正常工作。

(7)数据监测中心。专门为盐密监测而配置的计算机，具有长期稳定运行、大型数据运算等功能。

2.6应用范围

(1)输变电线路(参见图6)。根据GB／T16434-1996《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》的规定原和国家电力公司国电安运[1998]223号文关于修订《电力系统污区分布图》的通知中《电力系统污区分布图规定》，盐密测量按预防性规程纳入绝缘监督每年进行。选择盐密监测点，原则上输电线路每5～10km选择一个监测点，远距城镇的农田、山丘可酌情选点：污秽严重、污染成份复杂地段和分散性大的宜酌情增加监测点，监测点中所测量到的盐密值用来科学地指导安排输电线路的清扫周期。

(2)变电站(参见图7)。在变电站四个方向布置数据采集终端，监测中心可置于变电站控制室或供电公司办公楼内。监测中心工作站录入了变电站中不同设备的外绝缘参数，根据监测的盐密值进行实际设备外绝缘积污(盐密)的计算，指导清扫、清污等工作。

3　实验案例

光传感器绝缘子盐密测试仪已于2003年始经广州供电公司罗郭线和瑞华线进行了两年的现场试验实验，连续在线监测绝缘子污秽并积累了大量数据(如表1和表2)。

3.1 罗郭线盐密测量

系统运行时间：2004年8月10日-2005年8月20日

数据对比所用绝缘子：LXHY4-100

罗郭线盐密测量数据如表1所示。

3.2琼华线盐密测量

系统运行时间：2004年10月3 13-2005年8月2日数据对比所用绝缘子，FC-100P／146U琼华线盐密测量数据如表2所列。

结果表明，光传感器绝缘子盐密在线监测系统的测量数据与传统人工方法的相对数据在4.7％～9.27％之间，满足系统的测量误差小于10％的要求。

烟气在线监测系统范文第4篇

摘 要：在新形势下，新疆电力建设步伐日渐加快，而变压器是电力系统运行中必不可少的关键性设备，随之，变压器介质损耗在线监测系统的开发以及研制尤为重要。因此，该文客观分析了变压器介质损耗，探讨了FPGA状态下变压器介质损耗在线监测系统。

关键词：FPGA状态 变压器 介质损耗 在线监测 系统

中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（b）-0060-02

1 变压器介质损耗

就变压器介质损耗来说，是指在电压、电场作用下，所产生的能量损耗，其体现在两个方面。在电介质中，存在电导，在电压的不断作用下，电流不断泄漏，出现电导损耗。同时，在电场的不断作用下，电介质中的带电质点会根据电场具体变化，反复位移，再次排列，随着各分子不断摩擦，出现“极化损耗”现象。在介质损耗作用下，线路中2/3电能已被转化为热能，绝缘热量不断聚集，导致变压器温度不断升高，加快了其绝缘老化速度，进而被烧坏，影响电力系统的“安全、稳定”运行，造成严重的经济损失。针对这种情况，在电力系统运行中，设计者必须根据FPGA状态、变压器介质损耗，设计合理化的在线监测系统，动态监督变压器介质损耗情况，进行针对性的处理，避免变压器发生故障问题，确保电力系统处于高效运行中。

2 FPGA状态下变压器介质损耗在线监测系统

2.1 分析误差

在设计变压器介质损耗在线监测系统中，设计者必须围绕FPGA状态，客观分析一系列影响变压器介质损耗精准度的因素，比如：干扰、电网谐波与频率波动，对其进行合理化处理，动态控制变压器介质损耗测量误差，避免超出规定的范围。在各种因素作用下，设计者无法直接拆除变压器上的套管，以套管客观要求为基点，展开测量工作，加上在线监测情况下，变压器“绕组、接线”形式都无法改变。也就是说，监测变压器套管绝缘性能中，相关人员只能掌握套管末端绝缘性能，并不清楚变压器整体绝缘性能。在FPGA状态下，设计者必须根据各方面情况，应用性能较高的电流电感器技术，客观测量变压器具体介质损耗，应用不会出现失真现象的采集套管末屏，确保获取的“电流、电压”信号更加准确，合理“运算、处理”数字信号，获取变压器各方面信息，比如：介质损耗、等效电容量，避免其存在误差，优化利用专家系统，对变压器进行一系列操作，准确把握其套管绝缘性能。同时，变压器运行环境复杂化，会受到相间以及空间干扰，导致传输的信号不准确。在设计FPGA状态下的在线监测系统中，设计者必须根据其干扰，采取可行的接地对策，借助屏蔽电缆，对变压器电路板进行合理化的抗干扰设计，最大化降低电磁干扰对监测系统的影响程度。此外，电网谐波尤为丰富，变化速度又非常快，极易导致变压器介质损耗测量存在误差，设计者必须采取针对性措施有效抑制谐波，避免其超出规定范围，尤其是高次谐波。为了最大化降低误差，在设计在线监测系统过程中，设计者必须优化利用FFT计算方法，客观分析电网谐波，如果电压信号、电流信号处于稳定状态，便可以准确计算出变压器介质损耗，但电网频率不断变化，会减低变压器介质损耗计算准确率，存在较大的误差，计算过程中，要优化利用加窗FFT算法，比如：Nuttall窗、Blackman窗，确保变压器介质损耗计算更加准确，确保设计的基于FPGA状态的在线监测系统具有较好的稳定性，更好地监测变压器介质损耗。

2.2 在线监测系统模块设计

在FPGA状态下，设计的变压器介质损耗在线监测系统由多种模块组成，比如：主CPU模块、FPGA处理模块。其中的低通滤波电路可以剔除“电压、电流”信号中出现的高次谐波，FPGA模块可以动态控制A/D转换，科学处理A/D转换结果，在加窗FFT算法作用下，及时输送计算结果，发挥上位CPU多样化作用，进一步处理对应的信息数据。就CPU模块来说，全方位客观分析接收的一系列信息数据，构建合理化的专家库，随时动态“评估、预测”变压器套管运行情况，及时借助网络，上传评估以及预测结果，确保上位机及时获取相关信息。以此，促使设计的各模块处于统一化的网络结构体系中，更好地监测变压器介质损耗。

2.3 在线监测系统软件算法

在设计基于FPGA在线监测系统中，设计者必须准确把握在线监测系统软件算法，要充分发挥FPGA模块多样化作用，准确计算变压器运行中的介质损耗，借助FFT算法，同步采集电流以及电压信号基础上，准确计算电流、电压二者间的相位差，借助加窗FFT算法，获取电压峰值、次谐波具体含量数据等。在设计监测系统过程中，设计者可以借助FPGA软件，设置加窗功能，FFT转换之前，加窗处理系统模块输出的一系列信息数据。随后，这些信息数据会根据一定的规则存储到RAM中，进行相关运算基础上，输入一系列触发信号，数据顺序会及时读入到对应的FPGA模块中；在加窗运算地址单元作用下，窗函数与数据地址产生，进入到各类存储器中，读取这些信息数据中，存储器会进行直流减法运算，在蝶形运算单元作用下，实现加窗处理，处理结果会在存储器中展现出来。在1024点数据加窗完成后，数据地址单元会被触发，读取已被处理的信息数据，FFT运算地址产生单元被触发，产生一系列地址单元，将信息数据及时传输到存储器中；这些信息数据被处理之后，会进入到蝶形运算单元中，FFT运算顺利进行，运算完成后，输出地址单元得出FFT结果。设计的在线监测系统会及时将FFT结果输入RAM以及蝶形运算单元中，蝶形单元会对传入的数据进行模平运算，加窗运算地址单元会再次进行加窗运算，输出的数据也更加准确。

3 结语

总而言之，在电网运行过程中，新疆供电企业必须根据电力系统中变压器具体运行情况，根据其各阶段介质损耗情况，采用先进的技术，借助信息化手段，优化设计FPGA状态下的在线监测系统、硬软件以及FPGA、CPU等模块。以此，确保设计的在线监测系统具有较高的稳定性、安全性，全方位动态监测变压器介质损耗，提高变压器运行质量，促使电力系统处于高效运行中，促使新时期新疆电网具有较好的“经济、社会、生态”效益。

参考文献

[1] 林土方，洪凯星，郭才福，等.基于B/S架构的变压器在线状态监测系统实现[J].电子测量与仪器学报，2013（8）：766-772.

[2] 潘健，张鹏，杨智林.基于FPGA的电力变压器在线监测系统[J].湖北工业大学学报，2011（2）：16-19.

烟气在线监测系统范文第5篇

[关键词]CEMS；烟气连续监测系统；SO2/O2/NOX分析仪

中图分类号：TM621 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）34-0226-01

如东协鑫环保热电有限公司2×15MW机组（3×75t/h循环流化床锅炉）于2004年至2008年分别建成投产，没有同步建设烟气脱硫、脱硝装置。随着2014年7月1日火电厂开始执行新的《火电厂大气污染物排放标准》排放限值。2014年如东协鑫环保热电有限公司针对公司配套锅炉烟气进行脱硫脱硝改造工程。脱硫采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置（简称FGD），脱硝采用非选择性催化还原法脱硝装置（简称SNCR）。工程建设规模为2×15MW燃煤发电机组（3×75t/h循环流化床锅炉），锅炉排出的烟气经脱硝后再经布袋除尘器高效除尘后进行脱硫。每台锅炉设置一套脱硝装置、一套布袋除尘装置和一套脱硫装置。脱硫、脱硝系统不设旁路烟道，每台机组进出口及总排放口建设规范的CEMS系统。

目前我公司1#、2#、3#锅炉烟气监测系统均已稳定运行。脱硫脱硝后总排放口CEMS采用江苏方天电力技术有限公司的FT-91烟气在线监测系统，与锅炉一一对应的3个脱硫塔进出口脱硫脱硝CEMS采用青岛崂山青岛崂山电子仪器总厂有限公司CEMS-2001型烟气排放连续监测系统。在监测因子选择上，我司脱硫系统原烟气CEMS系统设计有SO2、NOX、O2、烟气流量、粉尘、温度、压力监测因子，净烟气CEMS系统设计有SO2、NOX、O2、烟气流量、粉尘、温度、压力、湿度监测因子。脱硝系统设计有出口氨逃逸。

一、 脱硫CEMS系统介绍

（一） 总排放口CEMS

脱硫总排放口采用江苏方天电力技术有限公司的FT-91烟气在线监测系统。

该系统气体分析仪采用进口的ABB-EL3020气体分析仪，采用直接抽取样气的方式。分析仪采用红外分光原理测量SO2和NOX，电化学氧浓度原理测量O2。该分析仪装有充气的光气动检测器，检测器的充气与所测量的气体相对应，与样品中其它气体组分对比，检测器可提供最佳灵敏度和高选择性。样品组分―最小测量范围SO2 0--100ppm自动标定用空气和充气标定池准零点和终点，确保近乎真实的测量值测量原理在波长范围λ=2，5….8μm 处的非色散性红外吸收。该气体分析仪提供多路4～20 mA 模拟输出及继电器接点输出，信号通过信号隔离器分别送至PLC（通讯送至上位机至环保数据采集平台）、DCS（运行人员监控）、FT8160（江苏省环境保护厅电力企业锅炉烟气在线监控系统）及TINE（如东县环境保护局）。

粉尘监测采用AMETEK公司的LAND 4200烟尘年度及不透明度监测仪，采用了一束光穿过介质，其与已知的介质所含污染物的量的数量关系的比尔（Beer-Lambert）原理进行测量，为防止发射和接受探头镜片积灰影响测量，分析仪采用压缩空气不停进行吹扫。粉尘仪输出4～20mA信号通过信号隔离器送至PLC、DCS、FT8160、TINE。

流速测量采用了皮托管流量计测量，测量流速范围为0～40m/s，采用罗斯蒙特微差压变送器，并设计有压缩空气和反吹电磁阀，为防止皮托管堵塞，在PLC的控制下每2个小时进行一次反吹。变送器输出4～20mA信号送至信号隔离器送至PLC、DCS、 FT8160以及TINE。

用型号FT-M-1在线阻容式高温烟气水分仪，湿度信号经信号隔离器送至PLC、DCS 、FT8160以及TINE。

（二） 脱硫塔进出口CEMS

每台锅炉对应一个脱硫塔，其原烟气、净烟气各使用一套分析仪，共设有6套CEMS，均采用青岛崂山青岛崂山电子仪器总厂有限公司CEMS-2001型烟气排放连续监测系统。该气体分析仪采用进口岛津URA-208，采用直接抽取样气的方式。分析仪采用红外分光原理测量SO2和NOX，磁风氧监测浓度原理测量O2。提供多路4～20 mA 模拟输出及继电器接点输出，信号通过信号隔离器送至PLC（送至上位机）、DCS（运行人员监控）以及FT8160（江苏省环境保护厅监控平台）。粉尘监测采用DUST-1颗粒物浓度监测仪，采用了激光后向散射测试原理进行测量，为防止探头镜片积灰影响测量，分析仪采用压缩空气不停进行吹扫。粉尘仪输出4～20mA信号通过信号隔离器送至PLC、DCS以及FT8160。

流速测量采用了皮托管流量计测量，测量流速范围为0～40m/s，采用罗斯蒙特微差压变送器，并设计有压缩空气和反吹电磁阀，为防止皮托管堵塞，在PLC的控制下每2个小时进行一次反吹。变送器输出4～20mA信号送至信号隔离器送至PLC、DCS以及FT8160。

粉尘监测采用DUST-1颗粒物浓度监测仪，采用了激光后向散射测试原理进行测量，为防止探头镜片积灰影响测量，分析仪采用压缩空气不停进行吹扫。粉尘仪输出4～20mA信号通过信号隔离器送至PLC、DCS以及FT8160。

总排放口和每台机组脱硫配备一台上位机，采用台式电脑，配置有加密狗及DAS监控软件，实现CEMS系统数据监控和计算，并实现历史数据存储、报表生成等功能，同时实时向环保部门的数据采集平台上传数据。

样气预处理采用两级制冷器进行烟气冷却，制冷器控制温度在1.5～5℃，每一级制冷器设置一台蠕动泵排放冷凝水，经过冷凝干燥处理的烟气经过采样泵送到分析仪进行分析。为防止冷凝系统排水不畅或故障导致烟气含水，系统中还增加了一个过滤器，并在分析仪进口处增加了一个保护过滤器。过滤器有遇水变色的功能，一旦变色须及时更换。

二、 脱硝CEMS系统介绍

脱硝CEMS和脱硫CEMS公用，另增加氨逃逸的测量采用西门子LDS6 激光分析仪。需要在烟道空滤器。系统配置了吹扫风机，24小时不停进行吹扫，起到冷却和防止积灰作用。测量信号通过信号隔离器送至DCS。

三、 系统应用和管理

总排放口系统单独采用一台上位机进行监控的方式，数据经FT8160采集直接上传。脱硫系统采用了一拖二监控方式，即一套原烟气、一套净烟气系统布置在一个分析小屋内，采用同一台上位机进行监控的方式。在数据上传上，也采用了同一套数据上传装置进行数据上传。

在系统运行中，日常巡检是较为必要的，巡检项目一般包括现场设备巡检和分析小屋内设备巡检两部份。现场设备巡检周期没有委托第三方维护，由我公司热工人员检查维护，主要检查伴热管加热情况、蠕动泵运行情况、取样泵运行情况、烟气取样流量值、主要参数值、数据上传情况等。

在管理上，CEMS系统制定了专门的管理制度并上墙管理，同时上墙进行管理的还有巡检记录、标定记录、故障处理记录、操作维护记录、易耗品消耗记录、检修规程等。这些记录台帐都要求按真实情况认真填写，对于维护记录、标定记录等，同时制定了填写规范。

四、 系统存在问题和改进建议

ABB-EL-3020和URA-208 CEMS系统是进口分析仪中较为成熟的烟气在线分析系统，具有较高的可靠性、准确性，但依然有部分细节问题值得改进，主要如下：

（1）国产的过滤器芯耐腐蚀性差，需要经常检查更换过滤器芯，电磁阀膜片。

（2）脱硝的氨逃逸可考虑取消风机，改用压缩空气。

（3）脱硫的皮托管吹扫电磁阀可考虑改成带手动装置的电磁阀，便于现场手动吹扫皮托管，减少维护工作量。

五、结束语

CEMS烟气连续监测系统已在火力发电厂中得到广泛应用，在线监测了电力生产过程中产生的污染气体，有利于运行人员及时调整与监控脱硫、脱硝、除尘等环保设施的运行状态，加强达标排放管理。对于排放点的有效监测与管理有着积极而重要的意义。

参考文献