水電與新能源電站運行檢修模式新變化新趨勢和相關技術要求

袁　蕊，于春澤，李廣博，陳　飛

（中國電力投資集團公司，北京 100033）

水電與新能源電站運行檢修模式新變化新趨勢和相關技術要求

袁蕊，于春澤，李廣博，陳飛

（中國電力投資集團公司，北京 100033）

摘要：結合國內(nèi)水電與新能源電站運行檢修管理現(xiàn)狀、國外先進的管理理念方法，分析了集控運行、多能互補運行與狀態(tài)檢修管理的優(yōu)越性與發(fā)展方向，并闡述了水電與新能源電站遠程集控運行和狀態(tài)檢修管理給計算機監(jiān)控、通信與信息化技術等相關領域帶來的機遇與挑戰(zhàn)。

關鍵詞：水電；新能源；集控運行；狀態(tài)檢修；信息化技術

近年來，隨著計算機監(jiān)控、通信、信息化及其相關技術的不斷進步，水電與新能源電站遠程集中監(jiān)控運行已被業(yè)界廣泛認同并在全國范圍內(nèi)得到迅速推進，“多能互補運行”等新概念悄然興起并得到成功應用，設備狀態(tài)檢修已成為水電尤其是新能源電站檢修管理的發(fā)展方向。同時，隨著水電與新能源電站遠程集控運行、“多能互補運行”和狀態(tài)檢修的全面深入推進，對遠程監(jiān)控與信息化技術進一步提出了新的要求，給相關專業(yè)技術領域帶來了巨大機遇和挑戰(zhàn)。下面，以水電站集控運行為重點，簡要談談水電與新能源電站運行、檢修方面的新變化、新趨勢和相關技術要求。

1　水電站集控運行方面

所謂“水電站集控運行”是指設置集控中心接受調(diào)度機構指令，對多個水電站進行遠程監(jiān)視與控制的運行模式。

事實證明，實施水電站集控運行，完全能夠保證電網(wǎng)的運行安全，具有顯著的經(jīng)濟效益與社會效益。①經(jīng)濟效益顯著。三峽、清江、五凌、烏江梯級水電站實施集控運行后，通過實行梯級間的聯(lián)合調(diào)度，合理分配各電站負荷，并在實時調(diào)度過程中將電站水庫調(diào)度和電力調(diào)度緊密結合起來，優(yōu)化水庫和機組運行方式，降低耗水率，利用有限的水能資源多發(fā)電，給企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益。②減輕了電網(wǎng)調(diào)度的工作。實施集控運行后，電網(wǎng)調(diào)度只需將梯級水電站的日負荷曲線下達給集控中心，再由集控中心下達至各水電站，大大減少了電網(wǎng)調(diào)度的工作量，提高了工作效率。③有利于降低生產(chǎn)運行成本。集控運行模式下，現(xiàn)場只留少數(shù)值守人員負責設備巡檢與應急工作，精簡了水庫調(diào)度、發(fā)電運行值班人員，減少了管理崗位數(shù)量，降低了生產(chǎn)運行成本。④改善了員工工作條件。集控中心一般設在條件較好的城市甚至是省城，能有效地把電站運行人員從艱苦的環(huán)境中解脫出來，也有利于留住人才，真正實現(xiàn)企業(yè)“以人為本”的發(fā)展觀。

1.1現(xiàn)狀

（1）國外：集控運行在一些發(fā)達國家的應用已經(jīng)非常成熟。

（2）國內(nèi)：國家電力體制改革以來，一些大型流域水電公司在流域梯級水電站集控運行方面做了大量工作，取得了顯著效果，積累了許多寶貴經(jīng)驗。如三峽電力、五凌電力、湖北清江水電公司、貴州烏江水電公司等，都先后成立集控中心或梯調(diào)中心，實現(xiàn)了對所屬水電站的遠程集控運行。

（3）中電投：已建成投運流域水電站集控中心3個。

五凌電力--2012年5月完成遠程集控中心站構建，目前已有11個水電廠接入遠程集控系統(tǒng)，受控機組48臺、容量383萬kW，涉及到網(wǎng)、省、地三級調(diào)度。自實現(xiàn)遠程集控以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，開、停機成功率100%，調(diào)令執(zhí)行準確率、及時率100%，是中電投最早投運的集控系統(tǒng)。

黃河公司--2003年成立集控中心，建立了電調(diào)和水調(diào)自動化系統(tǒng)，并完成了相關的試驗，具備對所屬水電站的遠程監(jiān)控功能。目前已完成所屬10座水電站的接入，由于電網(wǎng)方面的原因，目前只實現(xiàn)了對班多、蘇只兩個中型電站的遠程監(jiān)控運行，其他大型水電站“只監(jiān)不控”，沒有實現(xiàn)真正意義上的集控運行。

云南國際--2013年完成祿勸公司集控中心建設，規(guī)劃實現(xiàn)洗馬河、普渡河上4個電站的集控運行，目前已有3個水電廠接入集控系統(tǒng)，受控機組8臺、容量31.2萬kW，涉及到省、地兩級調(diào)度。預計2014年底接入甲巖電站，屆時，受控機組11臺、容量55.2萬kW。

1.2發(fā)展趨勢

集控運行以其成熟的技術、成功的實踐、顯著的經(jīng)濟效益與社會效益，已獲得業(yè)界的廣泛認同與充分肯定。據(jù)可靠消息，國家發(fā)改委近期擬開展一次水電消納與流域梯級水電站集中調(diào)度方面的專項調(diào)研，希望在國家層面推進流域梯級水電站集中調(diào)度工作，利用有限的水能資源多發(fā)電、多創(chuàng)效益，為社會創(chuàng)造更多財富。集控運行是集中調(diào)度的基礎性工作，要推進集中調(diào)度工作，集控運行必須先行。電力行業(yè)標準《流域梯級水電站集中控制規(guī)程》（DL/T1313-2013）已正式頒布。盡管目前在有些地方推進水電站集控運行仍然存在很大阻力。但我們有理由相信，水電站集控運行在不久的將來，定會得到快速、全面的推廣應用。

1.3關鍵技術要求

如果只是單純實現(xiàn)對多個水電站的遠程集控運行，與單站控制比較，基本上沒有什么特別的技術要求。就相當于把中控室挪了個地方，控制的機組和設備多了些而已。但是，要在實現(xiàn)遠程集控的基礎上做到安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，充分發(fā)揮集控運行的優(yōu)勢，則需要針對各單位、各電站的具體情況，開展以遠程集中監(jiān)控與診斷為核心的關鍵技術研究及應用。

流域梯級水電站或跨流域電站群遠程集中監(jiān)控與診斷關鍵技術研究，主要涉及系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡的構建、系統(tǒng)的優(yōu)化設計、梯級電站聯(lián)合經(jīng)濟運行、水電站設備遠程關聯(lián)監(jiān)測與故障診斷等。包括：遠程集控系統(tǒng)硬件平臺、網(wǎng)絡平臺、軟件平臺、系統(tǒng)功能等的規(guī)劃、設計研究及工業(yè)應用；集控數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方式的構建及工程應用；泄洪閘門遠程集控策略研究及工程應用；遠程集控模式下流域梯級水電站或跨流域電站群AGC、AVC及其安全技術研究與工程應用；聯(lián)合AGC/EDC技術的研究；集控數(shù)據(jù)平臺下電站設備遠程監(jiān)測與實時診斷技術的研究與工程應用；梯級上下游電站經(jīng)濟匹配運行模型關鍵技術研究及工程應用等。

2　新能源電站集控運行方面

“新能源電站集控運行”跟水電一樣，是指設置新能源集控中心接受調(diào)度機構指令，對多個風電場、光伏電站進行集中監(jiān)視與控制的運行模式。原來每個風場、光伏電站都要配備一套運行值班人員，實現(xiàn)集控后只需在集控中心配備監(jiān)控值班人員，負責幾個甚至幾十個新能源電站的監(jiān)控運行，大大提高了工作效率。集控中心的建成將各新能源電站的管理人員和運行人員從偏遠荒漠、邊遠山區(qū)整合到條件較好的地區(qū)或城市，解除了職工“安居樂業(yè)”的后顧之憂，有利于職工隊伍穩(wěn)定和企業(yè)凝聚力提升。

新能源電站一般來講單站容量都不大，且點多面廣，設備、系統(tǒng)比較簡單，功能單一就是發(fā)電，非常適合集控運行，在技術上容易實現(xiàn)。也只有實施集控運行，才能有效降低新能源電站的運營成本，保證應有的盈利水平。據(jù)了解，新能源電站的集控運行已在全國范圍內(nèi)全面推進，是新能源電站運維管理的必然趨勢。中電投集團于2013年初印發(fā)了《中國電力投資集團公司新能源電場（站）集控運行指導意見》，要求所屬各單位結合本單位具體實際，統(tǒng)籌規(guī)劃，積極推進新能源電站集控運行工作，實現(xiàn)“減人增效”，提升新能源盈利能力。目前，江蘇公司已率先在鹽城建成了中電投第一個新能源電站集控中心，實現(xiàn)了對所屬4個風電場、4個光伏電站的集控運行，取得了非常好的效果。其他二級單位也都已啟動新能源集控中心建設規(guī)劃，正在積極爭取電網(wǎng)公司支持，有序推進相關工作。

新能源電站與水電站相比，功能單一，沒有防洪、航運、灌溉等綜合功能；運行操作比較簡單，沒有水庫調(diào)度、泄水閘門操作等。主要就是接聽調(diào)度電話，辦理調(diào)度業(yè)務，對升壓站、開關室的高壓開關包括出線開關進行分、合操作，停、啟風機，停、啟光伏電站逆變器，在線監(jiān)視光伏電站、風電場運行狀態(tài)、控制機組出力等。因此，對新能源集控系統(tǒng)的設計基本上沒有什么特殊的要求，比較容易實現(xiàn)。需要解決的主要問題：①解決好新能源電站現(xiàn)地各系統(tǒng)（風機、升壓站、功率預測系統(tǒng)）的通信規(guī)約與接口問題；②建立比較完善的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，探索智能分類報警、事故聯(lián)動等功能；③統(tǒng)籌好新能源電站（現(xiàn)地）、電網(wǎng)調(diào)度、集控中心三者之間的關系，尤其是AGC/AVC…。

3　多能互補運行方面

眾所周知，風電有一個最大的缺憾，那就是間歇性很強，大風一來全場滿發(fā)，風一停全場“停電”。光伏電也一樣，陽光好發(fā)的也好，一朵云兒飄過，負荷馬上下來。這樣的電，對電網(wǎng)運行安全是很有影響的。所謂“多能互補”，簡單說就是利用水電或火電機組在有功、無功調(diào)節(jié)方面的優(yōu)勢，為風電、光伏電站提供有功和無功補償，為電網(wǎng)輸送電壓、頻率合格的電能。

最早提出這一概念的是中電投。2013年12月，黃河公司在龍羊峽建成了第一個“水光互補”發(fā)電項目。該項目由320MWp并網(wǎng)光伏電站和龍羊峽水電站組成。光伏電站位于青海省海南州共和縣恰卜恰鎮(zhèn)西南的塔拉灘上，以330 kV電壓等級接入龍羊峽水電站，送電距離約48 km。項目利用龍羊峽水庫庫容大，調(diào)節(jié)能力強，水電機組啟動迅速、調(diào)節(jié)靈活、負荷響應快等特點，對光伏電站出力變化進行快速補償調(diào)節(jié)，以滿足電網(wǎng)對頻率、電壓的質(zhì)量要求。在龍羊峽“水光互補”項目成功實踐的基礎上，黃河公司計劃近期再建設羊曲16MWp、拉西瓦12MWp、公伯峽365MWp 3個“水光互補”光伏發(fā)電項目。云南國際計劃在楚雄建設集控中心，對所屬水電、風電、光伏電項目實施集控運行管理，建成一個“水風光互補”項目。

中電投提出的“水光互補”、“水風光互補”概念及龍羊峽“水光互補”項目得到了國家能源局的高度肯定。在此基礎上，國家能源局提出了“多能互補”新概念，并表示將在項目審批上給予“多能互補”項目以支持。

“多能互補”運行需要解決的關鍵技術問題主要是在水電、風電、光伏發(fā)電互補運行模式下聯(lián)合AGC、AVC及其安全技術的研究與工程應用，水電經(jīng)濟運行技術的研究與應用等。根據(jù)風、光電站功率預測曲線、調(diào)度下達的水電出力曲線、水風光總出力曲線，在保證水電站所承擔的調(diào)峰、調(diào)頻任務和水量運用方式不變的前提下，風、光電站按照最大能力發(fā)電，水電進行出力補償調(diào)節(jié)，以滿足電站總出力曲線和頻率變化在電網(wǎng)控制范圍內(nèi)。

4　設備狀態(tài)檢修方面

通俗的講，狀態(tài)檢修就是根據(jù)設備的健康狀況確定什么時候進行檢修、修什么，避免不必要的“過修”、“失修”和人力物力浪費。早在20世紀80年代末，我國電力行業(yè)就啟動了狀態(tài)檢修的早期工作。但受制于當時的電力管理體制、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術水平，歷經(jīng)30余年，客觀的說還是沒能取得實質(zhì)性進展。2002年電力體制改革后，制約實施狀態(tài)檢修的管理體制因素應該說已經(jīng)不存在了，很多的發(fā)電企業(yè)都對開展狀態(tài)檢修表現(xiàn)出了很強烈的愿望，進行了許多有益探索，積累了一定經(jīng)驗。近年來，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術也有長足進步，為推進發(fā)電設備狀態(tài)檢修創(chuàng)造了有力條件。新能源電站的設備、系統(tǒng)相對比較簡單，但設備數(shù)量很多、分布范圍很廣，最有條件也最有必要實施狀態(tài)檢修。

目前，國內(nèi)第一部電力行業(yè)標準《水電站設備狀態(tài)檢修管理導則》已報國家能源局待批?！秾t》的制定對水電站實施狀態(tài)檢修必將產(chǎn)生重要促進作用。中電投正在起草《關于進一步規(guī)范和加強新能源電站生產(chǎn)運營管理的若干意見》，其中有一條就是要求各單位“要借助先進、成熟的技術，優(yōu)化檢修項目內(nèi)容和檢修周期，穩(wěn)步推進新能源電站的狀態(tài)檢修工作，盡量降低檢修費用和生產(chǎn)成本”。

狀態(tài)檢修是建立在先進的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術的基礎上的。要科學確定檢修項目內(nèi)容，合理制定檢修間隔和檢修周期，就必須采用有效的監(jiān)測手段和分析診斷技術，準確掌握設備狀態(tài)。現(xiàn)在有很多的公司都在做狀態(tài)監(jiān)測裝置，但功能有限，深度很不夠，大多只是停留在對振動、擺度、溫度、間隙、局放、總烴等狀態(tài)量的檢測、測量、顯示階段，為監(jiān)測而監(jiān)測，缺乏對設備運行狀態(tài)的評估，尤其是對設備異常或故障程度的判斷。故障診斷方面的差距則更大，已成為制約發(fā)電企業(yè)推行狀態(tài)檢修的最大技術瓶頸。故障診斷的作用，就是根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測所獲取的數(shù)據(jù)、信息，根據(jù)設備結構特性、參數(shù)和環(huán)境條件，結合該設備的歷史記錄，對設備可能或已經(jīng)發(fā)生的故障進行分析，判斷、確定故障性質(zhì)、類別、程度、原因和部位，指出故障發(fā)生、發(fā)展的趨勢和后果，提出控制故障發(fā)展以及消除故障的對策、措施。由此可見，要推行狀態(tài)檢修，在技術上還有許多的工作要做。特別是在故障診斷方面有很多的關鍵技術難題需要攻克，比如，建立盡可能覆蓋全部故障特征的、具有自我學習功能的知識庫，建立各種各樣的分析診斷模型等等。

狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)是實施狀態(tài)檢修的基礎性支持系統(tǒng)，及時、準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)和全面、系統(tǒng)的分析診斷缺一不可，否則將很難對設備狀態(tài)進行及時、準確的診斷，狀態(tài)檢修也就無從談起。但僅此是不夠的，還需要建立“檢修決策系統(tǒng)”和“設備綜合管理系統(tǒng)”。“檢修決策系統(tǒng)”的作用是幫助管理人員根據(jù)診斷結果確定檢修項目內(nèi)容、時間間隔和檢修周期，對檢修費用、效益進行評估，提供檢修決策支持。“設備綜合管理系統(tǒng)”的作用是實現(xiàn)對設備動、靜態(tài)管理和檢修過程管理，包括設備數(shù)據(jù)綜合管理、缺陷管理、檢修計劃立項、人力物力需求管理、檢修過程中的“安全、質(zhì)量、進度、費用”管理和工程驗收等等。

總而言之，發(fā)電設備狀態(tài)檢修是該提到議事日程上來了，新能源電站最有必要也比較容易實施，可以先試先行。但要全面推行發(fā)電設備的狀態(tài)檢修，顯然不是一朝一夕的事情，需要廣大科研工作者的潛心鉆研和不懈努力，需要各發(fā)電企業(yè)的不斷探索與大膽實踐。毋庸諱言，推行發(fā)電設備狀態(tài)檢修，在給發(fā)電企業(yè)創(chuàng)造顯著經(jīng)濟效益和社會效益的同時，也會給相關專業(yè)技術領域帶來巨大商機。

中圖分類號：TV737

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5387（2015）07-0065-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.019

收稿日期：2015-04-30

作者簡介：袁蕊（1965-），男，高級工程師，從事水電與新能源生產(chǎn)運營管理工作。