乌东德-白鹤滩梯级电站集控中心“水电一体”系统的建设思路与功能实现

刘 邓，何尧玺，许利文，段尧彬，郑林祥，苏 健

(中国长江电力股份有限公司，云南 昆明 650000)

昆明调控中心是三峡水利枢纽梯级调度通信中心(简称“三峡梯调”)的区域调控中心，同时也是乌东德-白鹤滩梯级电站的远方集中调度控制中心，实行“调控一体化”管理，负责梯级水库及电站的实时监视与集中控制[1]。为加强水电业务的协同性，提升水电联合调度的能力，三峡梯调提出了在昆明调控中心建设“水电一体”的综合自动化系统，实现一个系统调度梯级水库及电站主要设备。

1 工程简介

乌东德水电站位于四川省凉山州会东县和云南省昆明市禄劝县交界的金沙江河道上，是金沙江下游四大世界级巨型水电站—乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝水电站的第一个梯级。乌东德水电工程具有多项世界级称号：大坝单位坝顶弧长泄量世界第一、地下厂房高度世界第一、尾水调压室开挖半径世界第一、导流洞开挖断面世界第一、导流洞高度世界第一、水轮发电机组单机容量世界第二、拱坝高度世界第六、电站规模世界第七。电站左右岸各6台水轮发电机组，单机额定容量850 MW，总装机容量10 200 MW，多年平均年发电量389.1亿kW·h。按照工程建设进度，已于2020年6月底开始首批机组投产发电。

白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县交界的金沙江河道上。白鹤滩水电工程具有多项世界级称号：单机容量世界第一、圆筒式尾水调压井规模世界第一、地下洞室群规模世界第一、300 m级高坝抗震参数世界第一、无压泄洪洞群规模世界第一、装机容量1 600万kW世界第二、拱坝总水推力1 650万t世界第二、拱坝坝高289 m世界第三、枢纽泄洪功率世界第三。白鹤滩水电站是“西电东送”的骨干电源点之一，电站左右岸各8台水轮发电机组，单机额定容量1 000 MW，总装机容量16 000 MW，多年平均年发电量624亿kW·h。按照工程建设计划，将于2021年7月开始蓄水发电。

2 系统的建设实现

2.1 系统的架构配置

昆明调控中心“水电一体”自动化系统由中水科水电科技开发有限公司和南瑞集团有限公司相互配合，以昆明区域的电调自动化监控系统及水调自动化系统[2]为基础，在基于电调自动化监控系统统一操作界面下，实现两者的数据统一展示、服务调用、交互计算，构建面向用户的水电调功能一体化业务平台，完成对梯级水库及电站主要设备的联合调度。系统的功能分布在系统不同的功能节点计算机中，每个功能节点严格执行指定的任务，并通过局域网实现联结。对于重要的功能节点，计算机采用冗余或集群配置[3]。

系统网络由三个网络区域构成：系统主干网络区域、系统对外通信数据交换网络区域、系统应用及培训网络区域。系统主干网络区域采用冗余双网结构连接系统主要功能节点，以1 000 Mbps以太网交换机构建高速局域网络。系统对外通信数据交换网络区域由冗余双网结构的100 Mbps以太网交换机构成。系统应用及培训网络区域由单台100 Mbps以太网交换机构成单以太网结构。

2.2 系统数据的采集与处理

系统通过网络通信采集各系统的数据，主要包括：国调、南网总调下发的调度指令及控制命令；乌东德、白鹤滩电站计算机监控系统上送的实时运行信息，如设备运行状态、开关位置、运行参数、电能量数据、故障异常、保护动作与出口、电源监视等；昆明水调自动化系统发送的库区和坝区的水位、雨量、流量、压差、测站工况，以及出入库流量、平滑流量、机组发电流量等数据；昆明机房动力环境监测系统数据及其它电力二次辅助系统的数据。

系统对采集到的数据进行智能处理，具体包括：越限及可用性检查；事件顺序记录处理；数据转换，生成实时数据库；智能报警筛选，形成各类报警记录，并根据筛选级别进行语音报警；形成基于不同应用的无主全分布式数据库结构；根据不同功能节点的应用需求不同，加载不同的实时数据库；生成报表及趋势曲线图；形成分时计量电度记录和区域功率总加记录；设备动作次数和运行时间的统计；电力市场辅助服务(一次调频、AGC/AVC、无功补偿等)相关信息统计。

2.3 水电调数据交换原则

水调自动化系统与电调自动化监控系统数据交换主要包含闸门指令、闸门状态、机组状态、机组出力、水情数据、发电计划等各种信息。为提高数据交换的可靠性，并满足二次安防的安全区穿越规定[4]，通过在安全Ⅱ区构建综合数据平台，实现昆明区域内各系统的数据交换。在综合数据平台上建立水电调数据交换库，水调与电调系统各自负责向交换库中写入本系统提供的数据，数据点号与本系统保持一致，并有准确的时标和状态点定义，符合时效性要求，并满足双方约定的数据格式，数据接收方负责对交换数据的转换及数据清理[5]。

2.4 水库调度功能调用原则

水库调度应用功能由水调自动化系统基于Thrift框架开发设计调用服务，提供应用服务接口，供电调自动化监控系统中一体化业务平台调用。应用服务接口包含水务计算、流量平滑、闸门查算、报文拍发、曲线查询、数据修改等，见图1。服务接口一方面连接到水调自动化系统数据服务总线进行交互，另一面将各类应用功能的输入输出数据结构体使用Thrift进行封装。电调自动化监控系统将封装文件转换成自身的识别语言，直接在电调一体化平台中调用执行。

图1 水库调度应用服务

3 系统的主要功能

“水电一体”自动化系统不仅具有对电站设备进行实时监视、控制的传统电站监控系统功能[6]，同时还新增了对水库进行实时监视与调度功能。这里将列举几项主要功能进行介绍。

3.1 电站设备的远方控制与调节

“水电一体”自动化系统实现了对梯级电站主要发电设备、泄水设施等的远方控制与调节操作。主要包括：机组的正常开、停机操作及紧急停机操作；机组进水口闸门的启、闭操作；断路器、隔离开关及接地刀闸的分、合操作；单台机组的有功功率、无功功率调整；泄水闸门开度控制；梯级各电站总有功功率、总无功功率的设定等。并且还配置了防止误操作电站、防止越权操作、防止误操作设备、防止带地线(接地刀闸)合闸等功能。

3.2 智能监视与报警

“水电一体”自动化系统具有智能监视与报警功能，采取了多种技术和措施，如报警信号智能分级、信号智能检索、智能报警、设备运行趋势分析、后台事件记录分析查询、自动巡检、设备缺陷管理等，来保障电站设备的安全运行。并对每个设备对象均建立设备信息画面，各类报警、变位、越限、操作历史信息均与设备对象进行关联，可根据设备信息方便进入相关画面。

报警信号智能分级：系统根据调度管理设备信号的重要性进行合理分级，实现对重要信号的重点监视，并建立设备报警对象树，对报警信号按设备逐级分类，建立分层分级的立体数据监视平台。当设备发生报警时，报警灯或设备对象闪烁并展现报警级别，点击可追溯查找具体哪个子设备导致的报警，实现对报警信号的快速定位，并且可浏览该设备或被选中子设备在某时间段的事件、操作列表。

智能报警：系统以实时数据库和历史数据库为基础，通过页面报文、语音提示、设备信号灯等方式，对设定的信号级别进行报警。对电站主要设备突发故障进行快速定位，并以明显的报警闪烁提示在系统画面中定位故障设备。

智能检索：根据关键字、时间段、主设备对象等便捷的检索策略，高效、快速的查询到指定设备运行信息。

3.3 水库运行监视与调度

系统可对梯级两个水库运行情况进行实时监视，主要包括：长江流域主要电站地理位置分布情况及其水库重要运行信息、流域重要测站信息、乌东德-白鹤滩梯级水库运行情况等通过曲线与数据表格的方式进行实时展示，具体展示数据包括：预报来水、出/入库流量、上/下游代表水位、左/右岸尾水位、重要测站水位/流量、耗水率，耗水量，机组过流量、闸门泄水量，蓄放流量、机组水头、上/下游水位日(小时)变幅、泄水设施/叠梁门/拦污栅等运行状态及参数等。

系统通过调用水库调度功能应用服务接口，进行梯级水库应用调度，如水务计算：包括瞬时出入库计算、时段出入库计算和日出入库计算，通过调用水务计算服务接口完成计算、查询、展示。流量平滑：通过调用流量平滑服务接口，实现平滑流量值的写入与查询。预报查询：调用预报查询服务接口，查询水调自动化系统中的预报流量值。报文报送：调用报文拍发服务接口完成报文的拍发、查询、修改。闸门查算：调用闸门查算服务接口，实现相应水位下，闸门各开度泄流值的查询、展示。静态曲线查询：调用曲线查询服务接口，实现对水位库容曲线、水位流量曲线、闸门泄流曲线、NHQ曲线、水位面积曲线、机组空载过流曲线、水头损失曲线、预想出力曲线等曲线的查询、展示。

4 结 语

乌东德-白鹤滩梯级电站集控中心“水电一体”自动化系统从前期调研到方案设计及最后的正式投运，共历时3年左右。目前，系统可远方直接控制和监视乌东德电站主要机电设备及泄水设施，随着明年白鹤滩电站的投产发电，白鹤滩电站的主要机电设备信息也将接入昆明调控中心，实现远方控制与监视。“水电一体”自动化系统的成功建设，实现了少系统完成多任务，减少了实际调度过程中多系统之间的切换、调用，提高了调度效率，提升了生产力。这是一次大胆的创新，打破了传统的水电站监控系统模式，对促进水电事业的发展有较大的推动作用。