传统水电厂在“精品电厂”创建中的智能化研究

2023-01-11 04:31覃进一

水电与新能源 2022年4期

覃进一

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北宜昌 443000)

智能电厂是在广泛采用现代数字信息处理和通信技术基础上，集成智能传感与执行、智能控制和管理决策等技术，达到安全、高效、环保运行并与智能电网相互协调，以使现有的发电方式可以更好的适应未来的智能社会以及能源革命和创新，是水电厂面向未来发展的必经之路。所以传统水电厂就迫切需要改变粗放型管理模式，推进制度、管理、科技创新，培育新成长优势，提升管控力度，降本增效，提高企业管理水平和核心竞争力。

隔河岩水力发电厂于1994年11月4台机组全部投产发电，1995年底实现了安全、文明生产双达标，1998年实现了无人值班(少人值守)，成为全国首家常规一流水电厂，曾被全国水电行业誉为“五朵金花”之一，一直以“高起点、高标准、高水平”的要求提出了“培养一流人才、创造一流管理、建设一流电厂”的建厂目标，使隔河岩电厂一开始就有了明确的定位(在设备和技术上处于国内领先水平)[1]。电厂在编制“十三五”规划时，根据公司专业化管理和内涵式发展战略，明确提出的四型“精品电厂”建设目标，即从本质安全型、队伍专业型、管理标准型、环境优美型四个方面推动精品电厂建设，持续提供优质电能。智能化的发展，能加快推进建设现代化精品电厂。

1 智能电厂建设特点与发展趋势

智能电厂是在广泛采用现代数字信息处理和通信技术基础上，以新型传感、物联网、人工智能、虚拟现实为技术支撑，集成智能传感与执行、智能控制和管理决策等技术，达到安全、高效、环保运行并与智能电网相互协调[2]，再通过学习能力和自适应能力的建设，为达到智慧电厂标准打下基础。不论是新建电厂还是现有电厂升级改造，智能电厂的兴起既顺应时代发展，又是传统电力企业自我变革的必经之路。

在近年的新建发电场站中，国内各个发电集团特别是热电厂站都在积极上马智能电厂，树立样板工程，在很多电厂中有了很好的实践，并逐渐向水电厂推广。例如京能高安屯热电是全国第一个数字化热电厂，其首创将互联网技术运用到传统的电力行业，运用大数据进行生产管理、三维仿真训练等。大唐姜堰电厂虚拟电厂中的智能两票、电子围栏、巡检导航与人员定位、APP应用、基于大数据分析的运行优化、运行诊断和事故预报。大渡河大岗山水电站500 kV出现场，在人行通道的下方架设巡检机器人轨道，巡检机器人可完成获取高清视频、温度场分步、电晕分布、地质沉降数据监测、趋势预警等，极大提高管理效率和管理自动化水平[3]。大渡河瀑布沟电站“再造”后，建立了3D智能虚拟电厂，为现场作业人员提供了云端漫游巡回场景，开展虚拟巡回作业，为现场作业人员提供了云端漫游巡回场景，而且与传统水电站呈现出明显变化的是，大渡河公司各个电站的中控室已全面取消，人工抄表、监盘等工作职能已不复存在，取而代之的是新成立的应急处置中心，主要承担着故障诊断、补充巡检和应急处置等工作。

2 隔河岩电厂在精品电厂创建过程中的智能化实践

隔河岩水电厂作为全国较早投产的百万千瓦级水电厂，与当时其他同类型电厂相比具有较先进的自动化水平和管理方式。在高起点的基础上，隔河岩电厂并不安于现状，紧跟时代和清江梯级开发的步伐，不断完善现代化更新改造，在水电厂生产运行中不断尝试智能化的应用，以标准化管理本质安全型设备。

1)AMS智能设备管理系统应用。该系统以电厂设备管理为中心，以工作票和工单管理为主线，在此基础上进行电厂设备、物资、运行、维护、安全监督、信息资源、决策等的管理并将其关联起来。经过不断的完善，目前比较成熟可靠，具有一定的特点和先进性。

2)便携式巡检扫描系统应用。设备巡检系统的开发和应用是监控系统的有益补充，同时有利于提高巡检效率,有效保证所巡检设备状态、数据采集的完整性和科学性。该装置还可对相关设备进行趋势分析，可查看任意两参数间的关系曲线；通过Web查询和发布这些信息，供运行和管理人员决策参考。一次专业红外热成像技术的应用更是扩展了传统“一看、二听、三嗅”的巡视技法。

3)状态监测分析系统应用。机组HOMIS系统现地监测单元与远程分析与诊断平台建成投入运行后，通过对水力机组的运行稳定性(包括振动、摆度、压力脉动等物理量)、发电机绕组主绝缘内部放电、端部电晕及槽放电、调速系统监测、气隙与磁场强度、变压器监测及实时报告等的信息综合，建立功能较为完备的跟踪分析系统，提供报警、预警、状态分析、性能评价、故障诊断等一系列工具和手段，以关键的运行参数数据可以辅助决策，判断机器的运行状态、优化机器的维护时机，做到设备的可控、在控。可以为机组的安全运行、优化调度和检修指导提供有力的技术支持，做到检修前心里有数，检修时得心应手，检修后高枕无忧。

4)智能安全管理系统应用。智能安全管理主要是从技术手段上实现外来人员管控、智能安全防护、风险预控、关口前移，可作为实现本质化安全的辅助功能。隔河岩电厂运行的智能钥匙管理系统，配合手机门禁权限管理应用，有效杜绝了电力操作过程中走错工作间隔和误操作的恶性行为。

除此之外，类似厂房通风系统集控管理应用、泄洪闸门集控系统应用等等，都是隔河岩电厂在本质安全型电厂建设过程中，由传统型向现代化智能型电厂转变的实践。

3 传统水电厂在智能化过程中呈现的主要特点

经历了近30年的高效生产和不断改造升级，作为传统水电企业，受厂房布局、设备自动化程度、网链兼容性、人员因素等多方面影响，全厂仍然存在分散控制的区域或设备孤岛，没有完成网络化和系统集控，制约着电厂层对它们的过程监控、现代化管理以及高效执行。电厂的智能化、智慧化不足，在迎接电厂智能化方面技术储备、人员培训方面存在短板，使得其在智能化发展过程中呈现出一些特殊问题，使得其智能化推进，这里做一点总结和探讨。

1)厂房基础布局的生产环境，制约着智能设备的应用。由于水力发电必须借助水的高度差来获取原始动力，加之大型立轴式机组布置，使得厂房结构布局呈垂直方向上的多层格子结构，空间利用率低。这一方面造成诸如电缆多通过竖井桥架放置，移动、施工、更换难度大，另一方面也使得巡检机器人等系列的智能移动设备无法得到很好的应用，如要更全面的实现现场可视化巡视检查，就不得不加大定点可视终端和数据通讯设备的使用量，从而使得智能建设成本增加而影响建设积极性。

2)传统电厂设备本身自动化功能不足。传统水电厂自动化硬件不可能在短时间内全部实现国产替代，原始硬件智能化水平较低。尤其是辅助设备基本处于独立运行，没有设备间、系统间、层级间的联动能力。原始控制单元的兼容性差，不能满足新建服务器集群、软件架构等等，不能实现系统软硬件和第三方用的统一监视、管理和资源调配，实现应用与硬件资源解耦，形成了一个个设备孤岛。

3)在职工队伍上存在差异。传统水电厂人员结构仍以60、70后为主力军，他们能接受新事物和新技术，但在以安全、稳定为主要目标的电力生产中，仍偏向于以人为主导的设备管理和维护，对智能化、智慧化应用心有余悸。正如20世纪80年代初，尝试计算机技术应用于水电厂监控系统的试点中，人们的思想观念相对保守，认为监控系统是 “锦上添花”，可有可无，对基础自动化元件的配套改造不够重视。智能化建设，有了同样的阻力。

4 智能化过程中的具体建议

电厂的智能化应该建立在运行操作层面自动化、数字化、标准化的基础上，其研究重点不是解决某个设备、环节或过程的问题，而是系统性解决发电厂面向未来的整个管理问题[4]。目前各大中型水电厂大多具有较为完备的生产自动化系统，水电厂的智能化建设不可能完全脱离现有系统进行，而更可能是在现有系统格局的基础上对其进行改造、优化，以便向智能化方面迈进。因此本文仅就水电厂自动化系统的智能化改造谈一点理解和看法。

1)在标准化管理中发展意识要先行。智能化电厂建设，需要进行顶层设计、全面规划、统一理念、明确路径、建立标准。大胆、大力推进业务规范和标准化，推进数据集成和信息化，推进管控集中和智能化。在生产领域，积极应用智能设备设施、智能巡检系统、移动应用设备等，不断完善智能异常分析、智能运行优化等功能，从生产一线员工开始切身感受智能化在带来便利的同时仍能满足设备安全、稳定、可靠的生产要求。例如，运用智能点检仪，编制设备二维码，实现智能巡检，借助手机APP，智能穿戴(AR)应用，智能机器人等可以直接进行缺陷登记、巡检记录，来帮助运行人员直观分析故障和设备隐患的实时监管。

2)本质安全型设备要具有面向高、精、尖的空间和能力。如在旧设备拆除中，要力争除旧务尽，特别对于电缆夹层等有限空间清理。有限空间是传统水电厂的固有短板，不能扩大，智能优化利用。反复的旧改和新增设备，使得这类有限空间被占用，造成后期施工难度越来越大甚至无法施工。所以一定要彻底清理掉淘汰、废弃的设备设施，为智能设备上马留足余地。后期的数据采集与传输均光纤化，来节约大量二次电缆和空间，同时避免改造成本高、电缆抗干扰、电缆堆积发热等问题。在新设备选型中，要求设备具有较强的应变能力，不局限于某硬件或软件平台，采用标准化协议及接口，开放的硬件及软件产品，防止采用非标产品，造成与其它设备的“不合群”。必须使信息模型与通信标准统一化，才能达到无缝的系统互连，实现全厂各设备之间智能协调互动，这样就能实现综合管理控制平台取代传统控制系统中的部分站控层，减少系统重复建设。同时，新的设备应具备高效的人机互动能力，应支持可视化、消息推送等丰富的信息展示与发布功能，使运行和管理人员能够准确、及时地获取与理解需关注的信息。

3)打造专业队伍更要打造高素质、现代化队伍。在队伍培训、补充过程中完成人的意识构建，一是促进管理层人员的发展意识，二是实现操作层的实践应用能力提升。上世纪水电厂 “无人值班”(少人值守)的试点工作有力地推动了水电厂的自动化建设，调动了各水电厂上计算机监控系统的积极性，把计算机监控系统当作全厂“创一流”工作的重点，以监控系统建设带动全厂的自动化改造，为监控系统工作的顺利展开创造了良好的局面。水电厂智能化发展，传统水电厂智能化再造同样需要这种动能。传统电厂可以发挥优势，通过整合运行管理历史和人工经验，充分利用老厂人员经验、数据积累形成厂站甚至行业的专家系统，并通过远程诊断给与处理意见和指导。

5 结语