五凌集控智能报警技术与应用

谢源强，龚传利

（1.五凌电力有限公司，湖南 长沙 410004；2.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

0 引言

五凌电力有限公司（以下简称公司）先后在沅江流域建成五强溪、凌津滩、洪江、碗米坡、三板溪、挂治、白市、托口、落水洞共9座水电站，在湘江流域建成近尾洲水电站，在资江流域建成东坪、株溪口、马迹塘共3座水电站，13座常规水电总装机容量469.5万kW。同时积极探索流域梯级电站远程集控工作，2003年启动梯调自动化系统建设，2006年开始对沅江梯级电站实行统一调度管理，2010年3月成立发电集控中心，至2020年6月五凌集控控制电厂13个，受控机组56台，受控容量469.5万kW，是国内实际控电厂和机组台数最多的集控中心。

1 智能报警研究背景

公司集控中心具有“全采、全送、全监、全控”和区域集中值班的特点，各厂站的接入数据（涵盖从上位机的报警命名、分级、画面、闭锁、计算到下位机的实点、虚点、顺控流程等）由于建设时间、运维习惯、设备特点等原因没有统一的标准，随意性较大，在集控层面集中表现为报警数量多、杂、乱，大大降低了集控值班人员的值班效率。各个集控电厂报警信息不规范，可能导致报警信息二义性，集控值班人员无法准确无误掌握设备状况；报警信息过多，集控值班人员不能抓住最重要信息，有必要采用多种措施提醒值班运行和维护人员。

此外，传统计算机监控系统的报警方式为点对点的一维方式，系统本身不具备分析预判功能，需要值班人员凭个人经验进行分析判断，在公司一人一席多厂海量报警及专业人员不断稀释的背景下，集控值班监盘压力与日俱增，安全生产管理水平无法得到持续改进提高；同时五凌集控具有横跨“网调、省调、地调”及多厂区域值班的特色模式，如遇多级调度同时下令开/停机组台数较多时，集控区域值班人员无法兼顾实时监控，容易遗漏重要报警信息。

2 运行智能报警技术研究的总目标与原则

2.1 运行智能报警技术研究的总目标

通过制定监控接入数据规范，规范监控接入报警信息，建立智能化报警模型库，在下位机及上位机开发智能化报警逻辑，将报警方式提升为点到面的二维方式甚至三维方式，由系统代替运行人员对报警进行分析预判，直接反馈结果，进一步提高集控运行值班的可靠性，降低集控值班人员误判的概率，减少报警数量，有效地减轻运行值班人员的监盘压力，推动监盘方式由人工分析判断向机器智能化转变，实现电厂设备报警数据的规范化和智能化，有效实现智慧运行、智慧集控，同时也为公司生产智能决策系统建设，实现智慧检修提供有力支撑。

运行智能报警技术研究应注重系统设备诊断智能化、报警信息规范化，能够充分体现公司的智慧集控，总目标具体如下：

（1）运行智能报警技术的智能化：完成报警智能化模型库建设，开发报警智能化程序，实现故障诊断智能化，推动监盘方式由人工分析判断向机器智能化转变，实现电厂设备报警数据智能化，实现智慧运行、智慧集控。

（2）运行智能报警技术的规范化：完成监控系统接入数据规范建设，对监控系统设备信息命名、监控画面、设备操作、报警字符串定义、动态符号定义、动态字符串组定义、动态颜色组定义、事故/故障光字牌等进行规范，实现报警信息规范化，减少报警信息二义性。

2.2 运行智能报警技术研究的原则

（1）安全性：监控系统下位机新增的报警智能化程序不能影响原有监控系统下位机PLC性能，以保障监控系统能够安全稳定运行。

（2）可靠性：设备定值的确定，报警模型的建立，均需充分考虑各电厂设备的性能、设备运行方式等因素，确保报警智能化程序能够可靠地运行，不误报警，不漏报警。

（3）可拓展性：在前期的实践应用基础上，通过电厂侧持续新增实采数据，不断完善报警模型库，以一维报警模型为重点，先建立一维的报警模型，由点到面，由一维建模向二维、甚至多维建模扩展，不断持续完善创新，同时报警智能化程序编写尽可能采用梯型图方式，便于后期的拓展。

3 运行智能报警技术研究

3.1 集中监控接入数据规范

为解决集控电厂报警信息命名不统一、不规范、不明了，本文以电网设备通用模型数据命名规范和电力系统厂站主设备命名规范为依据，编制一套集中监控接入数据规范，该规范根据各集控电厂机组及其相关设备类型的分类及特性，对监控系统设备信息命名、监控画面、设备操作、报警字符串定义、动态符号定义、动态字符串组定义、动态颜色组定义、事故/故障光字牌等进行了规范[1，2]。表1为集中监控接入数据规范实施前后监控系统数据库报警命名，从表1中可以看出，经集中监控接入数据规范后，将设备定值、报警类型、单位等内容与数据库中的信息紧密结合，使运行值长能够清楚明白报警信息的内在涵义。为更好的区别报警信息，辨识报警信息的重要程度，该规范对监控系统设备报警分级进行了规范，设备报警分为三级，并用不同的颜色区分。

表1 上位机数据库修改前和修改后的汉字名

3.2 运行智能化报警模型库

目前计算机监控系统及各类辅机控制系统均缺少系统实时运行自诊断或集成诊断与分析，在此现状下，需要发电运行人员敏锐感知一切异常信号（时刻不停地盯盘）并进行相关信号（巡屏）查找后综合分析与判断，运行人员值班的工作强度与压力非常大。通过收集整理各集控水电厂日常运行、调试过程、电力系统内相关的不安全事件，并综合运行及专业人员事故预想；充分融合运行、维护人员的优秀经验，从运行分析、运行方式安排、趋势分析及系统间协联四个维度进行深入分析，研究实时预判手段及措施，建立监控系统上、下位机运行智能化报警模型库，在监控系统上、下位机上开发运行智能化报警逻辑，实现对发电运行设备风险的自动判断和识别。

根据集控电厂设备的分类，将智能化报警模型库分别建立机组、公用、开关站、闸门、系统LCU模型库，共计937个运行智能化报警模型库。其中机组LCU标准模型库共计390个模型，公用LCU下位机标准模型库共计149个模型，开关站LCU下位机标准模型库共计158个模型，闸门LCU下位机标准模型库共计224个模型，系统LCU上位机标准模型库共计16个模型。机组LCU模型库主要包括开/停机（正常/异常）、有无功负荷调整、主变、发电机、励磁、调速器、供排水系统、辅机等模型，如表2所示。公用LCU模型库主要包括直流系统、高低压气系统、排水系统等模型，如表3所示。开关站LCU模型库主要包括分合开关、GIS气系统、直流系统等，如表4所示。闸门LCU模型库主要包括分合开关、消防水系统、弧门系统、柴油发电机系统等，如表5所示。系统LCU模型库主要包括电厂与集控对时不一致、与集控电力链路中断等，如表6所示。

目前已建立了混流式机组、灯泡贯流式机组、轴流转浆式机组智能化报警模型库，各个电厂可根据设备情况，按照标准模型库进行建模，并进一步地完善开发。同时为确保实现模型库中的功能，在实际实施过程中，需要考虑电厂各系统的定值设置、设备的特性等，降低误报的概率。

表2 机组LCU智能化报警典型模型库

表3 公用LCU智能化报警典型模型库

表4 开关站LCU智能化报警典型模型库

表5 闸门LCU智能化报警典型模型库

表6 系统LCU智能化报警典型模型库

4 集控建设和运行智能报警技术应用

4.1 集控建设应用效益分析

五凌集控中心通过实施“一人一席多厂”的“区域值班员”，五凌公司13个水电厂仅需36个值班员，较传统的“一人一席一厂”的远程集控值班方式可减员48人，较目前电厂现地值班方式则一共可减少运行人员近200人，为新厂及水电服务业提供了大量技术骨干，直接创造经济效益每年2 000万元以上。

同时，五凌集控中心自成立以来，以流域梯级电厂远程集控为基础，积极开展流域梯级水库优化调度，实现发电效益最大化，2010年至2019年13个常规水电累计发电1156亿kW·h，水库优化调度增发电量3%～5%，累计增发电量43.67亿kW·h，增加收入超13亿元，经济效益显著，集控优势显现。

4.2 运行智能报警技术应用报警数量分析

五凌集控中心协同各试点电厂，分别于2019年4月、9月完成了碗米坡、挂治两厂运行智能报警技术研究与应用，图7、图8分别为碗米坡电厂和挂治电厂运行智能报警应用前后报警数量对比，从图中可以看出，运行智能报警实施前，碗米坡电厂1 d报警量约1 000～16 000条，挂治电厂1 d报警量约600～27 000条，运行智能报警应用后，碗米坡电厂1 d报警量约40～350条；挂治电厂1 d报警量约80～350条，通过精准定义集控电厂事故和故障信息点，且仅将事故及故障点纳入单独报警窗口中呈现，使事故及故障动作状态下的报警信号才存于“报警一览表”窗口中报警，并通过开发上、下位机智能化报警逻辑后，相比应用前，报警数量减少90%以上，大大减少了集控运行值班人员报警监视数量，降低报警信息遗漏的概率，同时通过新增智能化报警模型，有助于及时发现电厂设备缺陷。

4.3 运行智能报警技术应用案例

自2019年在碗米坡电厂和挂治电厂实施运行智能报警后，及时发现下述典型隐性设备缺陷：

（1）4月21日03:34，碗米坡电厂新增智能化报警点“新碗米坡公用高压气系统气机运行间隔时间过短动作、两台高压气机同时运行动作”，检查发现2号高压气罐控制主用气机启动插头松动设备隐患，经处理后恢复正常。

（2）4月28日23：27，碗米坡电厂2号机备用状态下，新增智能化报警点“2号机组停备状态下油泵运行时间过长动作、2号机组调速器油压装置控制柜启备泵动作、2号机组两台油泵同时运行动作”，检查发现2号压油泵组合阀阀芯卡死导致2号泵启动后无法建压重要设备隐患，经解体清扫后恢复正常。

（3）9月14日15:55，挂治电厂新增智能化报警点“高压气机自动轮换异常动作”，1号高压气机连续运行两次，经检查提前发现高压气机PLC计数器存储已满，将计数器清零后，高压气机轮换恢复正常。

表7 碗米坡电厂运行智能报警应用实施前后报警数量对比

表8 挂治电厂运行智能报警应用实施前后报警数量对比

（4）10月10日23：15，挂治电厂新增智能化报警点“1号机机组停备状态时顶盖排水泵运行间隔过短”动作，现场检查导叶轴套漏水量变大，报警提醒及时。

5 结语

集控中心海量的报警信息，容易造成集控值班人员对重要报警的遗漏、误解与误判的现象，通过编制实施集中监控接入数据规范，使得报警信息简单明了，通过深入分析水电厂设备运行规律、历史设备事故以及设备故障情况，建立完善智能化报警模型，开发相应的智能报警逻辑程序，并成功在碗米坡电厂、挂治电厂进行实施应用。实施结果表明，开展运行智能报警应用后可以大大减少上位机报警数量，减轻运行人员的监盘压力，实现对发电运行设备风险的自动判断和识别，推动监盘方式由人工分析判断向机器智能化转变，有效地提高安全管理水平，有效实现智慧运行、智慧集控，同时也为公司生产智能决策系统建设，实现智慧检修提供有力支撑。