梯级小水电集控中心的建设与研究

李 闯，龚传利

（1.五凌电力集控中心，湖南 长沙 410000；2.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

0 引言

随着云南镇康梯级小水电开发建设项目的完成，各厂站监控、水调、电能计量、继电保护与安全防护等自动化系统获得广泛应用，技术也趋于成熟，为建立梯级小水电远程集控中心打下了良好的基础。开展流域梯级集控中心建设，实现多站远程集控，联合调度、经济运行，减员增效，提升员工生活品质，具有十分重要的现实意义。

1 流域电站概述

镇康湘源水电开发有限公司主要开发临沧南片（猛撒）河梯级电站，共投产5个梯级电厂，南片河梯级电站位于临沧市镇康、耿马两县南捧河一级支流上。

（1）木场采用引水式设计，不具备调节能力，总装机4.8 MW，厂房位于镇康县木场乡，坝址位于木场乡南片河上游。

（2）打窝采用径流式设计，不具备调节能力，总装机18.9 MW，进水坝位于镇康县木场乡大干沟村的南片河上。

（3） 板桥采用引水式设计，不具备调节能力，总装机8 MW，厂房位于镇康县木场乡，坝址在木场乡金竹林村上游。

（4）硝塘采用径流式设计，不具备调节能力，总装机8 MW，厂房位于镇康县木场乡，坝址在木场乡中场村上游。

（5）营盘为引水式设计，不具备调节能力，总装机8 MW，厂房位于镇康县木场乡内，坝址在木场乡猛勘河上。

2 建设的目的和意义

项目以实现云南镇康所属多流域水电站数据的采集、远程集中监视和控制(SCADA)、经济调度、历史数据存储、分析为目的。利用多流域多电站的联合运行，整合全流域水资源，合理分配各厂站实时负荷，达到防汛、发电综合效率最大化，逐步实现“无人值班、少人值守、夜间关门”的管理模式，增强员工归属感和企业以人为本的文化。

3 系统设计原则与结构

对于小型梯级调度中心项目来说，建设周期、投入资金及运维人力均无法做到与中、大型梯级调度中心一样面面俱全，故集控中心的建设应综合考虑投入和产出、地理环境及电站运行检修的便利，以及流域内电站实现“无人值班、少人值守、夜间关门”运行管理模式的需要，采用扩大厂站模式和梯级集控中心相结合的配置方案，将集控中心建设在交通便利、人员集中的厂站附近，对其他梯级厂站进行远方监视，优化调度，既可以充分发挥集中调度的优势，又能降低人力资源成本。

3.1 设计原则

（1）按照“少人值守、夜间关门运行”的原则进行集控中心的总体规划、设计和软硬件配置，厂站侧预留考虑必要的应急处置设备。

（2）系统采用开放的分层、分布结构，在集控中心各系统的长期运行中，系统结构应保证够先进、易运维、可扩展和便移植，同时充分考虑系统资源的利用和投资收益。

（3）集控远程监控系统作为生产控制大区应严格执行国家能源局安全【2014】年317号《电力行业网络与信息安全管理办法》和GB/T 36572-2018《电力监控系统网络安全防护导则》的要求，做到分区合理、专网专用、横向隔离、纵向加密。

（4）系统内重要软、硬件设备的选型和采购应满足国家网络安全的要求，充分利用电力行业目前的前沿技术，保障系统的可靠性、安全性、实时性、实用性[1]；同时兼顾可拓展性，以符合电力系统高速发展的需要。

（5）系统应能长期可靠稳定运行，电调、水调等系统根据承载业务的重要程度适当冗余配置，各项指标均应在国家或电力行业的标准之上。

（6）各应用系统平台以模块化、结构化设计为基础，兼顾可扩性，以便日后运维和业务扩展的需要。

3.2 计算机监控系统

镇康流域水电集控中心计算机监控系统采用分层分布式结构，为保证该项目投入和产出比最大化，结合小水电自身实际情况，本项目根据要求选用“扩大厂站直采、直送、直控”模式，简化电厂控制层（设置仅配置一台应急操作员站）配置[1]。集控中心与厂站监控系统网络IP地址规划应在同一网段，集控远程监控总站可直接与各厂站现地控制单元进行通信，实现集控与厂站侧数据的直采、直送、直控。集控中心网络拓扑如图1所示，厂站侧网络拓扑如图2所示。

此模式特色如下：

（1）减员增效。新运管模式下，各电站中控室仅需设置一台应急操作站，无需再进行常态化的监屏和操作，可大大降低人力资源成本。采用该模式后，集控中心可实时掌握直调厂站的状况，对机组进行统一调度和充分利用，达到减员提效的新成果。

图1 云南镇康流域集控中心网络拓扑图

图2 云南镇康流域各厂站侧网络拓扑图

（2）节约投资。新运管模式下，各厂站侧可减少监盘、电能计量和水情等业务服务器的配置，避免了设备的重复投入，减少了日常运维，成本得到较好控制。

（3）优化运维管理。新运管模式下，监控和运维模式将得到彻底改变，可合理调配维护人员对各厂站进行状态检修和设备管理。

（4）规范业务流程。集控中心将汇集直调厂站各业务数据、集中分析和统筹出口，规范各厂站设备运行信息管理和整理任务。

3.3 网络安全防护

根据《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》和《电力监控系统安全防护规定》的要求，需保证安全级别最高的计算机监控系统不受安全等级较低系统的影响，与安全级别较低的其他系统有足够的安全隔离，不允许其他系统直接访问计算机监控系统的信息，确保系统具有安全可靠性[2]。

系统需实现主机加固及审计功能。通过合理地设置系统权限、关闭非必要的远程访问端口，禁止不必要的应用和服务，定期更新系统补丁，消除系统预留后门。

系统的管理上采取多样防范措施，严控非法使用系统的软硬件资源。做到病毒库的及时更新和定期查杀，病毒的防护需覆盖电力二次系统的所有服务器和工作站，严防各种网络病毒的侵入与扩散。

3.4 电能计量系统

电能计量系统通过电力非实时网络，采用标准TCP/IP传输协议，实现远程终端数据的采集、统计分析、可视化展示等功能。针对不同的系统和应用、不同的数据库管理系统、不同的数据类别和数据量，综合考虑接口的可靠性、安全性、维护的方便性、数据传输效率等因素，系统通过接口服务器，采用不同的接口方式（中间库接口方式、报文传输数据方式、直接登录其他系统数据库）实现数据的集成和共享[3]。并为后期各场站的生产运营情况进行深度统计分析以及逐步向状态检修模式过渡提供部分数据基础。

3.5 工业电视系统

水电站视频监控系统以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用，其采用图像方式远程监视电站各设备的运行状态，使运行人员在集控中心便可监视整个梯级厂站内外的情况，在减轻工作人员的劳动量和劳动强度的同时，也能与厂站侧灭火、监控等系统等进行联动、及时发现各种危险状况，提醒值班人员，制止事故的发生。

3.6 供电系统

电力供用系统是集控中心监控、电能、通信等系统的不可分割的一部分，常被称为各系统的“心脏”，在相关系统中占有极为重要的地位。如果供电系统发生故障，会导致被供电系统全部瘫痪，将给集控中心造成巨大的经济损失和不良社会影响。因此，对于流域梯级集控中心而言，在一定意义上，不间断电源建设需作为保障各系统正常运作的头等大事。

4 集控中心功能与目标

云南镇康梯级电站远程集控中心监控系统是实现梯级商业化运营、经济运行和优化调度的基础设施，为实现梯级小水电站群集中控制、集中监视、协调运行、保证各电站和电网安全、稳定可靠运行提供了有效的技术手段[4]。

根据“无人值班、少人值守、夜间关门运行”的原则，逐渐实现对现地及远方（集控中心）设备的状态监控，集控中心侧进行监控、供电、通信系统的冗余配置，各电站仅配置一套应急处置系统。集控侧负责对调控中心与厂站日常操作、安全监视及管理；厂站监控系统只采集、监视来自本厂站的运行信息和数据，而不对控制对象进行控制操作，仅当集控中心计算机监控系统故障或失效或要求启用厂站系统时，控制调节权交由厂站控制，以实现整个梯级电站群安全稳定、远程集控、联合经济运行、水能综合利用效益最大化的目标。

5 系统建设的问题与解决思路

（1）云南镇康流域梯级各小水电所处大山深处，地理位置较为偏僻，其中一个电站方圆几公里无通信运营商基站，集控中心与厂站的运营商备用通信通道无法搭建。后经现场勘察，仔细分析讨论，巧妙地采用“分段租用电力、电信通道”方式，较好解决备用通道问题。电力、电信双通信通道冗余配置，有效保障重大设备设施的安全稳定运行。

（2）一般而言，梯级电站与调度部门通信采用直采直送，集控中心的建立必然改变现有电站与调度的通信联系方式，采用集控统一调度和统一上送模式。参考多个已投运梯级电站群的运维经验，唯有在技术和管理上做到厂网密切合作，方才能达到厂网双赢局面。

（3）梯级流域开发公司搭建集控中心面临的首要问题就是调度关系的转变。当前实现方式是集控中心接受并执行电网调度对单个电站的指令，电站运行方式由电网决定[4]。虽然调度关系实质上未变，但流域公司与电站的监控水平将大大提高，从而进一步优化调度和经济运行。

6 结束语

随着国家“2030碳达峰、2060碳中和”进程的不断推进，“无人值班，少人值守，夜间关门运行”的管控模式将成为各梯级电站运管的理想选择。文中研究了梯级小水电经济运行指导意见，结合其现有的人员及网络组织架构，对前期勘测中发现的问题给出了相应的解决建议，可为后期同类项目建设提供借鉴。

梯级小水电集控中心建设后可降低各梯级电厂发电成本，提高水利资源效率和流域整体规模效益，提升综合运维管理效能，保障梯级电厂发电效益的最大化。