水電站智能化改造現(xiàn)狀分析及建設思考

●李舉峰

近年來，水力發(fā)電作為清潔能源，已經(jīng)成為我國電力能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，水電站的發(fā)展方向也逐漸成為水電建設行業(yè)重點探討內(nèi)容。隨著智能電網(wǎng)建設的全面展開以及智能技術在電力行業(yè)的大力普及，水電站智能化進程也日益獲得重視，因此，研究和掌握水電站智能化技術及相關管理技巧顯得尤為重要。本文通過分析傳統(tǒng)水電站現(xiàn)狀以及對比智能化水電站技術指標，進一步對傳統(tǒng)水電站智能化工作展開探討。

一、建設智能化水電站的背景

隨著世界工業(yè)對先進技術的要求不斷提高，信息化、自動化等技術的不斷進步，為工業(yè)智能化提供了先決條件。2001年，美國電力科學研究院（EPRI）提出了智能電網(wǎng)的概念。2009年，美國《經(jīng)濟復興計劃進度報告》中明確將智能電網(wǎng)建設作為美國國家戰(zhàn)略。2010年3月，溫家寶總理在《政府工作報告》中也提出要加強智能電網(wǎng)的建設。由此，智能電網(wǎng)被列入國家能源“十二五”規(guī)劃研究課題。在此背景下，作為重要電源點的水電站提高廠網(wǎng)協(xié)調(diào)能力也就迫在眉睫。

但是，近年來，智能電網(wǎng)建設主要集中在輸電、送電、配電和用電等方面，作為電網(wǎng)始端的發(fā)電環(huán)節(jié)的智能化建設工作相對滯后，尤其是智能水電建設方面。按照國內(nèi)現(xiàn)行智能水電站的技術標準，我國尚未建設出一個符合相關標準、滿足智能電網(wǎng)要求的真正意義上的智能水電站。目前，我國水電站建設主要參照“無人值守（少人值班）”的模式開展，眾多大型水電站也以此模式運行，智能水電建設雖由此邁出了第一步，但是依然任重道遠。

二、傳統(tǒng)水電智能化現(xiàn)狀分析

對照智能水電建設相關技術導則，進一步分析傳統(tǒng)水電站與智能化水電站的技術差別以及現(xiàn)階段制約智能水電建設的主要因素。

（一）建設思路不明確，水電行業(yè)對智能化改造工作仍處于探索階段

水電行業(yè)對智能化水電站架構(gòu)的建設沒有統(tǒng)一標準。目前，我國水電站發(fā)展建設主要以大量常規(guī)水電站為主，技術上也相當成熟，難以對設備及控制框架等進行一次性改造。在這種情況下開展智能化水電站改造建設工作，行業(yè)內(nèi)應建立統(tǒng)一標準或制度，為智能水電站改造建設工作提供具有可執(zhí)行性的指導方向，避免各自為戰(zhàn)、浪費資源。

（二）管理思維固化

傳統(tǒng)水電的優(yōu)勢在于良好的運行穩(wěn)定性，主要由于技術及設備的可靠性獲得了時間的檢驗，但是這也造成了管理思維固化。比如，在進行智能化改造時，很多已經(jīng)滿足智能化標準要求的設備依然按照原有的方式接入到舊系統(tǒng)中，諸多智能設備先進技術依然封存在設備內(nèi)部，沒有獲得有效的利用。并且，在如今信息技術、通訊技術發(fā)達的時期，過程層、單元層及監(jiān)控系統(tǒng)等設備間的主要傳輸方式保守，包括控制回路、信號回路等均依賴于大量的控制電纜，在先進通訊方式的應用上缺少突破。

（三）智能一體化平臺建設工作滯后

近年來，水電站智能化設備開發(fā)已經(jīng)走在了水電站智能化建設工作的前頭，很多改造項目都已經(jīng)要求使用具備智能化技術的設備，并且安裝到了現(xiàn)場。但由于水電站智能一體化平臺未及時建立，現(xiàn)場設備與中央控制系統(tǒng)的連接依然使用原始的銅線電纜等方式，智能裝置內(nèi)部數(shù)據(jù)無法獲得有效的收集、整理和分析，嚴重制約智能水電建設的步伐。

三、智能化水電站改造建設方向

根據(jù)《智能水電站技術導則》，智能水電站在縱向上分為過程層、單元層、廠站層，橫向上分為安全I區(qū)、安全II區(qū)、管理信息大區(qū)。目前，智能化水電站改造主要集中在安全I區(qū)的縱向設備上，因此，本文以安全I區(qū)設備的智能化改造為探討對象。

（一）建設智能一體化平臺

二次系統(tǒng)主要包括自動裝置、故障錄波、繼電保護、調(diào)速器、機組狀態(tài)監(jiān)測、計算機監(jiān)測系統(tǒng)等，均已廣泛應用于水電站設備運行控制當中，并在一定程度上提高了設備安全運行管理能力。然而，目前水電站在運行中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)依然是數(shù)據(jù)孤島，數(shù)據(jù)交換共享難以實現(xiàn)，因此也進一步突顯了智能一體化平臺的重要性。

智能一體化平臺建設在智能化中起到?jīng)Q定性作用，無法拋開它去討論智能水電站的建設問題。因此，電力企業(yè)需要加快智能一體化平臺的建設，打造設備運行大數(shù)據(jù)中心，為現(xiàn)地設備數(shù)據(jù)收集、整理和分析工作做好鋪墊。

（二）建立設備運行分析系統(tǒng)

在打造智能一體化平臺的基礎上，要利用好基于平臺的大數(shù)據(jù)中心，建立設備運行分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要通過設備運行數(shù)據(jù)，云計算、AI智能分析等技術對設備健康水平進行處理，為運行人員制定出合理、高效的調(diào)度策略，同時針對設備劣化趨勢分析，為檢修維護人員提供設備檢修依據(jù)，實現(xiàn)設備狀態(tài)檢修，進一步提高設備利用率。

（三）建立高速、標準、統(tǒng)一的通訊網(wǎng)絡

具備數(shù)據(jù)信息傳輸高速化、標準化、網(wǎng)絡化是智能水電站主要特征之一，因此構(gòu)建具有全站統(tǒng)一標準的高速以太網(wǎng)是智能化水電站改造建設的必然要求。水電站設備繁多且分散、各自動化子系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、規(guī)約等較為繁瑣，因此智能化水電站對其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的要求更嚴格。網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)形式、適應性、可靠性、安全防護分區(qū)隔離、數(shù)據(jù)流行管理等方面將是今后智能水電建設的重點考量因素。

四、 智能化水電站技術要求

水電站智能化的實現(xiàn)主要依靠先進技術和設備，為設備管理、運行調(diào)度、降低人力成本等方面服務，其核心基于IEC61850標準建立的數(shù)據(jù)交換及數(shù)據(jù)應用。其主要要求有：

一是信息化采集方式全面化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化的轉(zhuǎn)型，為電站上層分析和功能控制管理系統(tǒng)提供全面、詳盡以及標準的基礎信息數(shù)據(jù)。這是智能化水電站建設的基礎環(huán)節(jié)。

二是在保證電站各自動化子系統(tǒng)先進性的前提下，構(gòu)建高速、標準的網(wǎng)絡，實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的通訊、數(shù)據(jù)無縫交互，為水電站綜合分析、智能決策、智慧調(diào)度等應用模塊功能的實現(xiàn)創(chuàng)造良好的環(huán)境和條件。

三是水電站將形成以綜合數(shù)據(jù)信息共享平臺和綜合智能決策管理系統(tǒng)為核心的高度集中和一體化的全廠智能控制中心，實現(xiàn)全廠統(tǒng)一、完整、科學化和智能化的運行管理模式。

五、結(jié)語

水電站智能化改造將隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展成為必然趨勢，但目前依然處于不斷探索中。筆者希望在建設智能水電站的過程中，能立足于實際情況，及時發(fā)現(xiàn)建設過程中存在的問題，早日建成真正意義上的智能化水電站。