水电厂程序化操作浅议

华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂 贺 飞 李锐奎 马春立

程序化操作近年来在电网系统快速发展，特别是随着数字变电站、智能变电站的建设，程序化操作在变电站及电力调度系统有了长足发展。2005年投运的苏州110kV 新河变电站是我国第一座应用程序化操作技术的变电站；2014年投运的福州1000kV 榕城特高压变电站实现了程序化操作；2020年广东电网实现了省地系统级程序化操作，运用调度程序化操作机器人通过网络发令实现了调度操作指令的自动下发及自动执行。

1 水电厂设备及运行操作现状

1.1 程序化操作与传统操作对比

程序化操作：操作效率高；具备完备的防误操作闭锁逻辑，操作安全可靠，不存在误操作风险；操作人员不在设备现场，不存在人员伤亡风险；能够有效减少事故处理时长；要求所操作设备具备电动化、自动化水平；按既定程序逐步执行操作，灵活性有待增强。传统人工操作：操作效率低；操作安全性受多种因素影响，存在误操作风险；操作人员需到现场操作，存在人员伤亡风险；事故时操作时间相对较长；对所操作设备要求相对较低；对各种工况适应性较强。

1.2 程序化操作对设备的基本要求

1.2.1 对相关设备基本要求：

对一次设备的要求。必须满足电动化要求，具有可遥控性，且安全可靠性有保障；对二次设备的要求。应具备强大的稳定性能与安全性能，如辅助触点位置信息能够和一次设备实际位置一一对应。

1.2.2 对计算机监控系统的要求

能够实时采集被操作设备的状态信息；完备的防误操作闭锁功能。每一个操作步骤都必须得到全面的闭锁功能保障，且这些闭锁功能必须具有严密的逻辑性。只有上一个操作步骤完成后，才允许执行下一个操作指令；能够实现操作全过程的自动化、透明化和可视化。操作过程每个步骤的执行情况（包括执行异常原因告警）、整个操作流程及当前所执行的步骤等信息都应完全呈现给用户。

信息记录功能。可以详细、准确地将程序化操作中的任意一个步骤及事件内容通过数据的方式记录在系统中；具备一定容错能力。当个别信息异常时能够不致不产生误操作；具备操作执行异常时的自动处置能力（暂停或退出）和紧急停止功能。紧急停止功能包括自动和手动两种方式，自动方式指操作执行过程中出现异常情况时、程序化操作流程可自动退出，手动方式指操作执行过程中随时可以人为退出。

1.3 设备现状

通过对澜沧江及金沙江流域各新建及在运电站的调研，相关设备基本情况如下。

电气设备方面。水电厂发电机出口及以上电压等级的开关、刀闸及地刀一般均具备遥控功能；厂用电各中压开关、低压进线及联络开关也具备遥控功能，各地刀及低压负荷开关一般不能遥控操作。厂用电各中压开关、低压进线及联络开关小车一般均有“工作位”和“试验位”等不同位置，目前绝大部分水电厂上述各开关小车在不同位置的转换都需要手动操作，不具备电动操作能力。各保护装置均未实现远方投退压板、切换定值功能，各电气盘柜柜内开关也未实现远方分、合功能；机械设备方面。水电厂油、水、气等系统，除自动补气、自动排污及自动开停机相关阀门外，其管路阀门一般都是手动阀门，配置的电动阀门较少。

1.4 运行操作现状

目前水电厂除了自动开停机等少量程序操作外，绝大部分运行操作都需要到现场手动操作，并执行“操作票”制度。即使是具备远程操作条件的设备，远程操作后依然要求人员到现场核实操作结果。一个完整的运行操作主要环节如下：值长下达操作指令、操作人在系统拟票、监护人审核操作票、值长审批操作票、操作人和监护人共赴现场执行操作票、操作结束后向值长复令并回填系统。

运行操作最重要的是现场执行环节，为提高运行操作的规范性和安全性，各电厂均制定了详细的管理规定，部分电厂要求对操作全程进行录像并进行抽查。但由于运行操作人员技能水平参差不齐，加之操作人员配置较少、操作数量较多，导致部分时段运行人员劳动强度较大。特别在设备检修期间，所有检修工作都需要运行人员填写操作票、执行安全操作，但即使一个最简单的操作也至少需要半小时以上，其它复杂一些的操作动辄耗费两三个小时、甚至五六个小时。这样操作人员压力较大、容易疲惫，操作安全受人员状态等因素影响，误操作事件时有发生，甚至出现设备损坏、人员伤亡的情况。

由上可见，目前水电厂手动操作占比很高。而手动操作效率低下，不能满足“无人值班（少人值守）”要求，且手动操作在安全上受到人员技能、精神状态等人为不确定因素的影响。因此，提高程序化操作占比是水电厂运行管理发展的重要方向之一。

2 水电厂程序化操作可行性分析

水电厂运行操作按所操作设备的属性，可简单分为电气操作、机械操作及两者的混合操作。

2.1 电气操作

电气设备的状态分为运行、热备用、冷备用和检修四种状态，主要电气设备的操作就是将其从一个“态”转换到另一个“态”，转换的过程就是操作设备各侧开关、刀闸、地刀的位置，并投退其保护装置（自动装置）。

依前文，水电厂发电机出口及以上电压等级的开关、刀闸及地刀一般均具备遥控功能。因此水电厂的电气主设备，包括发电机、变压器、高压开关、高压母线、线路、电抗器等，除保护装置（自动装置）投退需要手动操作外，其余各态转换的操作均具备程序化操作的硬件条件；软件方面，目前水电厂计算机监控系统功能完备，具备开发针对各主设备状态转换程序的能力，但开发成本较高、后期调试周期较长；管理方面，电气主设备价格昂贵，电厂高度重视其操作安全性，且属于调度（含集控中心）管辖设备，而程序化操作属于新生技术，尚未得到电厂人员的广泛认可。即使是当前的人工远方操作电厂也是非常谨慎，要求在高压刀闸、地刀操作后须使用内窥镜现场检查其断口实际状态。

对于厂用电系统，因各中压开关、低压进线及联络开关具备遥控分、合功能，但不具备开关小车及地刀遥控能力，所以厂用电系统目前仅具备“运行”、“热备用”两种状态转换程序化操作的硬件条件；软件方面，计算机监控系统具备开发针对厂用电系统“运行”、“热备用”两种状态转换程序的能力，但开发成本较高、后期调试周期较长；管理方面，厂用电系统完全属于电厂管辖设备，且厂用电系统操作量繁重、操作事故多发，电厂人员尝试厂用电系统程序化操作的积极性较高，如小湾电厂实现了备用电源一键倒换至坝顶（泄洪闸门）的程序操作。

对于低压电气盘柜，其柜内开关及其上级开关（位于低压配电盘柜）均不具备远方分、合能力，因此低压电气盘柜目前不具备程序化操作的硬件条件。

2.2 机械操作与混合操作

水电厂油、水、气等系统阀门一般都是手阀，因此目前水电厂机械操作不具备程序化操作的硬件条件。混合操作一般是针对油泵、水泵、闸门等设备，不论是其电源开关还是管路阀门均不能遥控操作，因此目前水电厂混合操作不具备程序化操作的硬件条件。

2.3 厂用电系统程序化操作闭锁条件

目前水电厂厂用电系统具备率先实现程序化操作的条件，而闭锁逻辑是程序化操作开发时的重要内容之一，厂用电系统程序化操作需考虑的电气闭锁条件梳理如下：常规“五防”闭锁条件；一次设备及其二次测控装置闭锁条件：一次设备状态明确，开关设备储能正常等。控制方式、控制电源、操作电源等正常。母线电压、开关电流等条件；保护及自动装置闭锁条件，包括保护装置工作正常、备自投方式正常等；部分重要负荷等其它闭锁条件，如程序化操作前需要提前转移的重要负荷已停运或其对应开关处于“分闸”位等。

3 水电厂程序化操作展望及建议

程序化操作具有操作效率高、安全性能好的特点，其在电网系统已由试点阶段向推广应用阶段发展。水电厂采用程序化操作，符合“无人值班”、“远程集控”、智慧电厂建设等管理需求，是未来水电厂运行操作的必然发展方向。随着技术的发展，程序化操作在水电厂将有如下三个发展趋势：一是可操作设备不断拓展，二是操作智能化水平不断提升，三是程序化操作占比逐步提升。

可操作设备方面，将由电气一次设备逐步拓展至电气二次设备和机械设备，其中电气二次设备包括保护装置的压板投退、定值切换及二次开关的遥控操作等。电气一次设备部分之前无法实现的程序化操作也将逐步实现，如随着智能中低压开关柜的出现，厂用电系统一键运行转检修、检修转运行等操作不再遥不可及；操作智能化方面，将逐步由固化的程序操作逐步提升至智能开票操作，如图形开票操作。该程序化操作方式可实现操作人员点击选择需操作的设备图标及其最终状态后自动生成对应操作票，经操作人员审核后下发执行，系统还允许操作人员对其自动生成的操作票进行修改。随着前两个趋势的发展，程序化操作在水电厂运行操作中的占比必然不断提升，进而逐步取代人工操作成为水电厂运行操作的主流形式。

为了尽早释放“程序化操作”给水电厂带来的生产效益，提出以下建议：对于在建电厂，建议将程序化操作纳入设计考虑事项。中低压厂用电系统开关柜直接采用智能型开关柜，具备开关小车及地刀遥控操作能力。计算机监控系统建设时具备网络发令能力并开发程序化操作功能，覆盖主设备、厂用电系统及公用油气水系统。考虑在油气水系统管路增加必要的电动阀门；对于已投电厂，建议结合设备更新项目完成中低压厂用电系统开关柜智能化改造，具备开关小车及地刀遥控操作能力。积极开展程序化操作探索，可先在厂用电系统进行局部试点，之后结合计算机监控系统完善（改造）项目进行程序化操作整体功能开发。