傳統(tǒng)水電廠在“精品電廠”創(chuàng)建中的智能化研究

覃進一

(湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443000)

智能電廠是在廣泛采用現(xiàn)代數(shù)字信息處理和通信技術(shù)基礎(chǔ)上，集成智能傳感與執(zhí)行、智能控制和管理決策等技術(shù)，達(dá)到安全、高效、環(huán)保運行并與智能電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)，以使現(xiàn)有的發(fā)電方式可以更好的適應(yīng)未來的智能社會以及能源革命和創(chuàng)新，是水電廠面向未來發(fā)展的必經(jīng)之路。所以傳統(tǒng)水電廠就迫切需要改變粗放型管理模式，推進制度、管理、科技創(chuàng)新，培育新成長優(yōu)勢，提升管控力度，降本增效，提高企業(yè)管理水平和核心競爭力。

隔河巖水力發(fā)電廠于1994年11月4臺機組全部投產(chǎn)發(fā)電，1995年底實現(xiàn)了安全、文明生產(chǎn)雙達(dá)標(biāo)，1998年實現(xiàn)了無人值班(少人值守)，成為全國首家常規(guī)一流水電廠，曾被全國水電行業(yè)譽為“五朵金花”之一，一直以“高起點、高標(biāo)準(zhǔn)、高水平”的要求提出了“培養(yǎng)一流人才、創(chuàng)造一流管理、建設(shè)一流電廠”的建廠目標(biāo)，使隔河巖電廠一開始就有了明確的定位(在設(shè)備和技術(shù)上處于國內(nèi)領(lǐng)先水平)[1]。電廠在編制“十三五”規(guī)劃時，根據(jù)公司專業(yè)化管理和內(nèi)涵式發(fā)展戰(zhàn)略，明確提出的四型“精品電廠”建設(shè)目標(biāo)，即從本質(zhì)安全型、隊伍專業(yè)型、管理標(biāo)準(zhǔn)型、環(huán)境優(yōu)美型四個方面推動精品電廠建設(shè)，持續(xù)提供優(yōu)質(zhì)電能。智能化的發(fā)展，能加快推進建設(shè)現(xiàn)代化精品電廠。

1 智能電廠建設(shè)特點與發(fā)展趨勢

智能電廠是在廣泛采用現(xiàn)代數(shù)字信息處理和通信技術(shù)基礎(chǔ)上，以新型傳感、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實為技術(shù)支撐，集成智能傳感與執(zhí)行、智能控制和管理決策等技術(shù)，達(dá)到安全、高效、環(huán)保運行并與智能電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)[2]，再通過學(xué)習(xí)能力和自適應(yīng)能力的建設(shè)，為達(dá)到智慧電廠標(biāo)準(zhǔn)打下基礎(chǔ)。不論是新建電廠還是現(xiàn)有電廠升級改造，智能電廠的興起既順應(yīng)時代發(fā)展，又是傳統(tǒng)電力企業(yè)自我變革的必經(jīng)之路。

在近年的新建發(fā)電場站中，國內(nèi)各個發(fā)電集團特別是熱電廠站都在積極上馬智能電廠，樹立樣板工程，在很多電廠中有了很好的實踐，并逐漸向水電廠推廣。例如京能高安屯熱電是全國第一個數(shù)字化熱電廠，其首創(chuàng)將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用到傳統(tǒng)的電力行業(yè)，運用大數(shù)據(jù)進行生產(chǎn)管理、三維仿真訓(xùn)練等。大唐姜堰電廠虛擬電廠中的智能兩票、電子圍欄、巡檢導(dǎo)航與人員定位、APP應(yīng)用、基于大數(shù)據(jù)分析的運行優(yōu)化、運行診斷和事故預(yù)報。大渡河大崗山水電站500 kV出現(xiàn)場，在人行通道的下方架設(shè)巡檢機器人軌道，巡檢機器人可完成獲取高清視頻、溫度場分步、電暈分布、地質(zhì)沉降數(shù)據(jù)監(jiān)測、趨勢預(yù)警等，極大提高管理效率和管理自動化水平[3]。大渡河瀑布溝電站“再造”后，建立了3D智能虛擬電廠，為現(xiàn)場作業(yè)人員提供了云端漫游巡回場景，開展虛擬巡回作業(yè)，為現(xiàn)場作業(yè)人員提供了云端漫游巡回場景，而且與傳統(tǒng)水電站呈現(xiàn)出明顯變化的是，大渡河公司各個電站的中控室已全面取消，人工抄表、監(jiān)盤等工作職能已不復(fù)存在，取而代之的是新成立的應(yīng)急處置中心，主要承擔(dān)著故障診斷、補充巡檢和應(yīng)急處置等工作。

2 隔河巖電廠在精品電廠創(chuàng)建過程中的智能化實踐

隔河巖水電廠作為全國較早投產(chǎn)的百萬千瓦級水電廠，與當(dāng)時其他同類型電廠相比具有較先進的自動化水平和管理方式。在高起點的基礎(chǔ)上，隔河巖電廠并不安于現(xiàn)狀，緊跟時代和清江梯級開發(fā)的步伐，不斷完善現(xiàn)代化更新改造，在水電廠生產(chǎn)運行中不斷嘗試智能化的應(yīng)用，以標(biāo)準(zhǔn)化管理本質(zhì)安全型設(shè)備。

1)AMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)應(yīng)用。該系統(tǒng)以電廠設(shè)備管理為中心，以工作票和工單管理為主線，在此基礎(chǔ)上進行電廠設(shè)備、物資、運行、維護、安全監(jiān)督、信息資源、決策等的管理并將其關(guān)聯(lián)起來。經(jīng)過不斷的完善，目前比較成熟可靠，具有一定的特點和先進性。

2)便攜式巡檢掃描系統(tǒng)應(yīng)用。設(shè)備巡檢系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用是監(jiān)控系統(tǒng)的有益補充，同時有利于提高巡檢效率,有效保證所巡檢設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集的完整性和科學(xué)性。該裝置還可對相關(guān)設(shè)備進行趨勢分析，可查看任意兩參數(shù)間的關(guān)系曲線；通過Web查詢和發(fā)布這些信息，供運行和管理人員決策參考。一次專業(yè)紅外熱成像技術(shù)的應(yīng)用更是擴展了傳統(tǒng)“一看、二聽、三嗅”的巡視技法。

3)狀態(tài)監(jiān)測分析系統(tǒng)應(yīng)用。機組HOMIS系統(tǒng)現(xiàn)地監(jiān)測單元與遠(yuǎn)程分析與診斷平臺建成投入運行后，通過對水力機組的運行穩(wěn)定性(包括振動、擺度、壓力脈動等物理量)、發(fā)電機繞組主絕緣內(nèi)部放電、端部電暈及槽放電、調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)測、氣隙與磁場強度、變壓器監(jiān)測及實時報告等的信息綜合，建立功能較為完備的跟蹤分析系統(tǒng)，提供報警、預(yù)警、狀態(tài)分析、性能評價、故障診斷等一系列工具和手段，以關(guān)鍵的運行參數(shù)數(shù)據(jù)可以輔助決策，判斷機器的運行狀態(tài)、優(yōu)化機器的維護時機，做到設(shè)備的可控、在控?？梢詾闄C組的安全運行、優(yōu)化調(diào)度和檢修指導(dǎo)提供有力的技術(shù)支持，做到檢修前心里有數(shù)，檢修時得心應(yīng)手，檢修后高枕無憂。

4)智能安全管理系統(tǒng)應(yīng)用。智能安全管理主要是從技術(shù)手段上實現(xiàn)外來人員管控、智能安全防護、風(fēng)險預(yù)控、關(guān)口前移，可作為實現(xiàn)本質(zhì)化安全的輔助功能。隔河巖電廠運行的智能鑰匙管理系統(tǒng)，配合手機門禁權(quán)限管理應(yīng)用，有效杜絕了電力操作過程中走錯工作間隔和誤操作的惡性行為。

除此之外，類似廠房通風(fēng)系統(tǒng)集控管理應(yīng)用、泄洪閘門集控系統(tǒng)應(yīng)用等等，都是隔河巖電廠在本質(zhì)安全型電廠建設(shè)過程中，由傳統(tǒng)型向現(xiàn)代化智能型電廠轉(zhuǎn)變的實踐。

3 傳統(tǒng)水電廠在智能化過程中呈現(xiàn)的主要特點

經(jīng)歷了近30年的高效生產(chǎn)和不斷改造升級，作為傳統(tǒng)水電企業(yè)，受廠房布局、設(shè)備自動化程度、網(wǎng)鏈兼容性、人員因素等多方面影響，全廠仍然存在分散控制的區(qū)域或設(shè)備孤島，沒有完成網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)集控，制約著電廠層對它們的過程監(jiān)控、現(xiàn)代化管理以及高效執(zhí)行。電廠的智能化、智慧化不足，在迎接電廠智能化方面技術(shù)儲備、人員培訓(xùn)方面存在短板，使得其在智能化發(fā)展過程中呈現(xiàn)出一些特殊問題，使得其智能化推進，這里做一點總結(jié)和探討。

1)廠房基礎(chǔ)布局的生產(chǎn)環(huán)境，制約著智能設(shè)備的應(yīng)用。由于水力發(fā)電必須借助水的高度差來獲取原始動力，加之大型立軸式機組布置，使得廠房結(jié)構(gòu)布局呈垂直方向上的多層格子結(jié)構(gòu)，空間利用率低。這一方面造成諸如電纜多通過豎井橋架放置，移動、施工、更換難度大，另一方面也使得巡檢機器人等系列的智能移動設(shè)備無法得到很好的應(yīng)用，如要更全面的實現(xiàn)現(xiàn)場可視化巡視檢查，就不得不加大定點可視終端和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的使用量，從而使得智能建設(shè)成本增加而影響建設(shè)積極性。

2)傳統(tǒng)電廠設(shè)備本身自動化功能不足。傳統(tǒng)水電廠自動化硬件不可能在短時間內(nèi)全部實現(xiàn)國產(chǎn)替代，原始硬件智能化水平較低。尤其是輔助設(shè)備基本處于獨立運行，沒有設(shè)備間、系統(tǒng)間、層級間的聯(lián)動能力。原始控制單元的兼容性差，不能滿足新建服務(wù)器集群、軟件架構(gòu)等等，不能實現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件和第三方用的統(tǒng)一監(jiān)視、管理和資源調(diào)配，實現(xiàn)應(yīng)用與硬件資源解耦，形成了一個個設(shè)備孤島。

3)在職工隊伍上存在差異。傳統(tǒng)水電廠人員結(jié)構(gòu)仍以60、70后為主力軍，他們能接受新事物和新技術(shù)，但在以安全、穩(wěn)定為主要目標(biāo)的電力生產(chǎn)中，仍偏向于以人為主導(dǎo)的設(shè)備管理和維護，對智能化、智慧化應(yīng)用心有余悸。正如20世紀(jì)80年代初，嘗試計算機技術(shù)應(yīng)用于水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的試點中，人們的思想觀念相對保守，認(rèn)為監(jiān)控系統(tǒng)是 “錦上添花”，可有可無，對基礎(chǔ)自動化元件的配套改造不夠重視。智能化建設(shè)，有了同樣的阻力。

4 智能化過程中的具體建議

電廠的智能化應(yīng)該建立在運行操作層面自動化、數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，其研究重點不是解決某個設(shè)備、環(huán)節(jié)或過程的問題，而是系統(tǒng)性解決發(fā)電廠面向未來的整個管理問題[4]。目前各大中型水電廠大多具有較為完備的生產(chǎn)自動化系統(tǒng)，水電廠的智能化建設(shè)不可能完全脫離現(xiàn)有系統(tǒng)進行，而更可能是在現(xiàn)有系統(tǒng)格局的基礎(chǔ)上對其進行改造、優(yōu)化，以便向智能化方面邁進。因此本文僅就水電廠自動化系統(tǒng)的智能化改造談一點理解和看法。

1)在標(biāo)準(zhǔn)化管理中發(fā)展意識要先行。智能化電廠建設(shè)，需要進行頂層設(shè)計、全面規(guī)劃、統(tǒng)一理念、明確路徑、建立標(biāo)準(zhǔn)。大膽、大力推進業(yè)務(wù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化，推進數(shù)據(jù)集成和信息化，推進管控集中和智能化。在生產(chǎn)領(lǐng)域，積極應(yīng)用智能設(shè)備設(shè)施、智能巡檢系統(tǒng)、移動應(yīng)用設(shè)備等，不斷完善智能異常分析、智能運行優(yōu)化等功能，從生產(chǎn)一線員工開始切身感受智能化在帶來便利的同時仍能滿足設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠的生產(chǎn)要求。例如，運用智能點檢儀，編制設(shè)備二維碼，實現(xiàn)智能巡檢，借助手機APP，智能穿戴(AR)應(yīng)用，智能機器人等可以直接進行缺陷登記、巡檢記錄，來幫助運行人員直觀分析故障和設(shè)備隱患的實時監(jiān)管。

2)本質(zhì)安全型設(shè)備要具有面向高、精、尖的空間和能力。如在舊設(shè)備拆除中，要力爭除舊務(wù)盡，特別對于電纜夾層等有限空間清理。有限空間是傳統(tǒng)水電廠的固有短板，不能擴大，智能優(yōu)化利用。反復(fù)的舊改和新增設(shè)備，使得這類有限空間被占用，造成后期施工難度越來越大甚至無法施工。所以一定要徹底清理掉淘汰、廢棄的設(shè)備設(shè)施，為智能設(shè)備上馬留足余地。后期的數(shù)據(jù)采集與傳輸均光纖化，來節(jié)約大量二次電纜和空間，同時避免改造成本高、電纜抗干擾、電纜堆積發(fā)熱等問題。在新設(shè)備選型中，要求設(shè)備具有較強的應(yīng)變能力，不局限于某硬件或軟件平臺，采用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議及接口，開放的硬件及軟件產(chǎn)品，防止采用非標(biāo)產(chǎn)品，造成與其它設(shè)備的“不合群”。必須使信息模型與通信標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化，才能達(dá)到無縫的系統(tǒng)互連，實現(xiàn)全廠各設(shè)備之間智能協(xié)調(diào)互動，這樣就能實現(xiàn)綜合管理控制平臺取代傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的部分站控層，減少系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)。同時，新的設(shè)備應(yīng)具備高效的人機互動能力，應(yīng)支持可視化、消息推送等豐富的信息展示與發(fā)布功能，使運行和管理人員能夠準(zhǔn)確、及時地獲取與理解需關(guān)注的信息。

3)打造專業(yè)隊伍更要打造高素質(zhì)、現(xiàn)代化隊伍。在隊伍培訓(xùn)、補充過程中完成人的意識構(gòu)建，一是促進管理層人員的發(fā)展意識，二是實現(xiàn)操作層的實踐應(yīng)用能力提升。上世紀(jì)水電廠 “無人值班”(少人值守)的試點工作有力地推動了水電廠的自動化建設(shè) ，調(diào)動了各水電廠上計算機監(jiān)控系統(tǒng)的積極性 ，把計算機監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)作全廠“創(chuàng)一流”工作的重點 ，以監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)帶動全廠的自動化改造，為監(jiān)控系統(tǒng)工作的順利展開創(chuàng)造了良好的局面。水電廠智能化發(fā)展，傳統(tǒng)水電廠智能化再造同樣需要這種動能。傳統(tǒng)電廠可以發(fā)揮優(yōu)勢，通過整合運行管理歷史和人工經(jīng)驗，充分利用老廠人員經(jīng)驗、數(shù)據(jù)積累形成廠站甚至行業(yè)的專家系統(tǒng)，并通過遠(yuǎn)程診斷給與處理意見和指導(dǎo)。

5 結(jié) 語

智能水電站建設(shè)正在逐步推廣，信息化技術(shù)已廣泛應(yīng)用水電運行領(lǐng)域，清江隔河巖電廠作為全國首家常規(guī)一流水電廠，在從傳統(tǒng)水電廠向智能化電廠發(fā)展中不斷進行著有益實踐，擔(dān)當(dāng)著傳統(tǒng)水電廠智能化、智慧化建設(shè)的引領(lǐng)者、實踐者、推動者，緊跟時代發(fā)展趨勢，為傳統(tǒng)企業(yè)注入轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效的新動能。