烏東德-白鶴灘梯級(jí)電站集控中心“水電一體”系統(tǒng)的建設(shè)思路與功能實(shí)現(xiàn)

劉 鄧，何堯璽，許利文，段堯彬，鄭林祥，蘇 健

(中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司，云南 昆明 650000)

昆明調(diào)控中心是三峽水利樞紐梯級(jí)調(diào)度通信中心(簡(jiǎn)稱(chēng)“三峽梯調(diào)”)的區(qū)域調(diào)控中心，同時(shí)也是烏東德-白鶴灘梯級(jí)電站的遠(yuǎn)方集中調(diào)度控制中心，實(shí)行“調(diào)控一體化”管理，負(fù)責(zé)梯級(jí)水庫(kù)及電站的實(shí)時(shí)監(jiān)視與集中控制[1]。為加強(qiáng)水電業(yè)務(wù)的協(xié)同性，提升水電聯(lián)合調(diào)度的能力，三峽梯調(diào)提出了在昆明調(diào)控中心建設(shè)“水電一體”的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)度梯級(jí)水庫(kù)及電站主要設(shè)備。

1 工程簡(jiǎn)介

烏東德水電站位于四川省涼山州會(huì)東縣和云南省昆明市祿勸縣交界的金沙江河道上，是金沙江下游四大世界級(jí)巨型水電站—烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩水電站的第一個(gè)梯級(jí)。烏東德水電工程具有多項(xiàng)世界級(jí)稱(chēng)號(hào)：大壩單位壩頂弧長(zhǎng)泄量世界第一、地下廠房高度世界第一、尾水調(diào)壓室開(kāi)挖半徑世界第一、導(dǎo)流洞開(kāi)挖斷面世界第一、導(dǎo)流洞高度世界第一、水輪發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量世界第二、拱壩高度世界第六、電站規(guī)模世界第七。電站左右岸各6臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)額定容量850 MW，總裝機(jī)容量10 200 MW，多年平均年發(fā)電量389.1億kW·h。按照工程建設(shè)進(jìn)度，已于2020年6月底開(kāi)始首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。

白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣交界的金沙江河道上。白鶴灘水電工程具有多項(xiàng)世界級(jí)稱(chēng)號(hào)：?jiǎn)螜C(jī)容量世界第一、圓筒式尾水調(diào)壓井規(guī)模世界第一、地下洞室群規(guī)模世界第一、300 m級(jí)高壩抗震參數(shù)世界第一、無(wú)壓泄洪洞群規(guī)模世界第一、裝機(jī)容量1 600萬(wàn)kW世界第二、拱壩總水推力1 650萬(wàn)t世界第二、拱壩壩高289 m世界第三、樞紐泄洪功率世界第三。白鶴灘水電站是“西電東送”的骨干電源點(diǎn)之一，電站左右岸各8臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)額定容量1 000 MW，總裝機(jī)容量16 000 MW，多年平均年發(fā)電量624億kW·h。按照工程建設(shè)計(jì)劃，將于2021年7月開(kāi)始蓄水發(fā)電。

2 系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)的架構(gòu)配置

昆明調(diào)控中心“水電一體”自動(dòng)化系統(tǒng)由中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司和南瑞集團(tuán)有限公司相互配合，以昆明區(qū)域的電調(diào)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)及水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)[2]為基礎(chǔ)，在基于電調(diào)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一操作界面下，實(shí)現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)統(tǒng)一展示、服務(wù)調(diào)用、交互計(jì)算，構(gòu)建面向用戶(hù)的水電調(diào)功能一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)，完成對(duì)梯級(jí)水庫(kù)及電站主要設(shè)備的聯(lián)合調(diào)度。系統(tǒng)的功能分布在系統(tǒng)不同的功能節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)中，每個(gè)功能節(jié)點(diǎn)嚴(yán)格執(zhí)行指定的任務(wù)，并通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)。對(duì)于重要的功能節(jié)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)采用冗余或集群配置[3]。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由三個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域構(gòu)成：系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)區(qū)域、系統(tǒng)對(duì)外通信數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)區(qū)域、系統(tǒng)應(yīng)用及培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域。系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)區(qū)域采用冗余雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)主要功能節(jié)點(diǎn)，以1 000 Mbps以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建高速局域網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)對(duì)外通信數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)區(qū)域由冗余雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)的100 Mbps以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成。系統(tǒng)應(yīng)用及培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域由單臺(tái)100 Mbps以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成單以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集與處理

系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信采集各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，主要包括：國(guó)調(diào)、南網(wǎng)總調(diào)下發(fā)的調(diào)度指令及控制命令；烏東德、白鶴灘電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上送的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，如設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、開(kāi)關(guān)位置、運(yùn)行參數(shù)、電能量數(shù)據(jù)、故障異常、保護(hù)動(dòng)作與出口、電源監(jiān)視等；昆明水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)送的庫(kù)區(qū)和壩區(qū)的水位、雨量、流量、壓差、測(cè)站工況，以及出入庫(kù)流量、平滑流量、機(jī)組發(fā)電流量等數(shù)據(jù)；昆明機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)及其它電力二次輔助系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能處理，具體包括：越限及可用性檢查；事件順序記錄處理；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；智能報(bào)警篩選，形成各類(lèi)報(bào)警記錄，并根據(jù)篩選級(jí)別進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警；形成基于不同應(yīng)用的無(wú)主全分布式數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)；根據(jù)不同功能節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用需求不同，加載不同的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；生成報(bào)表及趨勢(shì)曲線(xiàn)圖；形成分時(shí)計(jì)量電度記錄和區(qū)域功率總加記錄；設(shè)備動(dòng)作次數(shù)和運(yùn)行時(shí)間的統(tǒng)計(jì)；電力市場(chǎng)輔助服務(wù)(一次調(diào)頻、AGC/AVC、無(wú)功補(bǔ)償?shù)?相關(guān)信息統(tǒng)計(jì)。

2.3 水電調(diào)數(shù)據(jù)交換原則

水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)與電調(diào)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換主要包含閘門(mén)指令、閘門(mén)狀態(tài)、機(jī)組狀態(tài)、機(jī)組出力、水情數(shù)據(jù)、發(fā)電計(jì)劃等各種信息。為提高數(shù)據(jù)交換的可靠性，并滿(mǎn)足二次安防的安全區(qū)穿越規(guī)定[4]，通過(guò)在安全Ⅱ區(qū)構(gòu)建綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)昆明區(qū)域內(nèi)各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。在綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)上建立水電調(diào)數(shù)據(jù)交換庫(kù)，水調(diào)與電調(diào)系統(tǒng)各自負(fù)責(zé)向交換庫(kù)中寫(xiě)入本系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)點(diǎn)號(hào)與本系統(tǒng)保持一致，并有準(zhǔn)確的時(shí)標(biāo)和狀態(tài)點(diǎn)定義，符合時(shí)效性要求，并滿(mǎn)足雙方約定的數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)接收方負(fù)責(zé)對(duì)交換數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)清理[5]。

2.4 水庫(kù)調(diào)度功能調(diào)用原則

水庫(kù)調(diào)度應(yīng)用功能由水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)基于Thrift框架開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)調(diào)用服務(wù)，提供應(yīng)用服務(wù)接口，供電調(diào)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)調(diào)用。應(yīng)用服務(wù)接口包含水務(wù)計(jì)算、流量平滑、閘門(mén)查算、報(bào)文拍發(fā)、曲線(xiàn)查詢(xún)、數(shù)據(jù)修改等，見(jiàn)圖1。服務(wù)接口一方面連接到水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)總線(xiàn)進(jìn)行交互，另一面將各類(lèi)應(yīng)用功能的輸入輸出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體使用Thrift進(jìn)行封裝。電調(diào)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)將封裝文件轉(zhuǎn)換成自身的識(shí)別語(yǔ)言，直接在電調(diào)一體化平臺(tái)中調(diào)用執(zhí)行。

圖1 水庫(kù)調(diào)度應(yīng)用服務(wù)

3 系統(tǒng)的主要功能

“水電一體”自動(dòng)化系統(tǒng)不僅具有對(duì)電站設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制的傳統(tǒng)電站監(jiān)控系統(tǒng)功能[6]，同時(shí)還新增了對(duì)水庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視與調(diào)度功能。這里將列舉幾項(xiàng)主要功能進(jìn)行介紹。

3.1 電站設(shè)備的遠(yuǎn)方控制與調(diào)節(jié)

“水電一體”自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)梯級(jí)電站主要發(fā)電設(shè)備、泄水設(shè)施等的遠(yuǎn)方控制與調(diào)節(jié)操作。主要包括：機(jī)組的正常開(kāi)、停機(jī)操作及緊急停機(jī)操作；機(jī)組進(jìn)水口閘門(mén)的啟、閉操作；斷路器、隔離開(kāi)關(guān)及接地刀閘的分、合操作；單臺(tái)機(jī)組的有功功率、無(wú)功功率調(diào)整；泄水閘門(mén)開(kāi)度控制；梯級(jí)各電站總有功功率、總無(wú)功功率的設(shè)定等。并且還配置了防止誤操作電站、防止越權(quán)操作、防止誤操作設(shè)備、防止帶地線(xiàn)(接地刀閘)合閘等功能。

3.2 智能監(jiān)視與報(bào)警

“水電一體”自動(dòng)化系統(tǒng)具有智能監(jiān)視與報(bào)警功能，采取了多種技術(shù)和措施，如報(bào)警信號(hào)智能分級(jí)、信號(hào)智能檢索、智能報(bào)警、設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)分析、后臺(tái)事件記錄分析查詢(xún)、自動(dòng)巡檢、設(shè)備缺陷管理等，來(lái)保障電站設(shè)備的安全運(yùn)行。并對(duì)每個(gè)設(shè)備對(duì)象均建立設(shè)備信息畫(huà)面，各類(lèi)報(bào)警、變位、越限、操作歷史信息均與設(shè)備對(duì)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可根據(jù)設(shè)備信息方便進(jìn)入相關(guān)畫(huà)面。

報(bào)警信號(hào)智能分級(jí)：系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度管理設(shè)備信號(hào)的重要性進(jìn)行合理分級(jí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要信號(hào)的重點(diǎn)監(jiān)視，并建立設(shè)備報(bào)警對(duì)象樹(shù)，對(duì)報(bào)警信號(hào)按設(shè)備逐級(jí)分類(lèi)，建立分層分級(jí)的立體數(shù)據(jù)監(jiān)視平臺(tái)。當(dāng)設(shè)備發(fā)生報(bào)警時(shí)，報(bào)警燈或設(shè)備對(duì)象閃爍并展現(xiàn)報(bào)警級(jí)別，點(diǎn)擊可追溯查找具體哪個(gè)子設(shè)備導(dǎo)致的報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警信號(hào)的快速定位，并且可瀏覽該設(shè)備或被選中子設(shè)備在某時(shí)間段的事件、操作列表。

智能報(bào)警：系統(tǒng)以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，通過(guò)頁(yè)面報(bào)文、語(yǔ)音提示、設(shè)備信號(hào)燈等方式，對(duì)設(shè)定的信號(hào)級(jí)別進(jìn)行報(bào)警。對(duì)電站主要設(shè)備突發(fā)故障進(jìn)行快速定位，并以明顯的報(bào)警閃爍提示在系統(tǒng)畫(huà)面中定位故障設(shè)備。

智能檢索：根據(jù)關(guān)鍵字、時(shí)間段、主設(shè)備對(duì)象等便捷的檢索策略，高效、快速的查詢(xún)到指定設(shè)備運(yùn)行信息。

3.3 水庫(kù)運(yùn)行監(jiān)視與調(diào)度

系統(tǒng)可對(duì)梯級(jí)兩個(gè)水庫(kù)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，主要包括：長(zhǎng)江流域主要電站地理位置分布情況及其水庫(kù)重要運(yùn)行信息、流域重要測(cè)站信息、烏東德-白鶴灘梯級(jí)水庫(kù)運(yùn)行情況等通過(guò)曲線(xiàn)與數(shù)據(jù)表格的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)展示，具體展示數(shù)據(jù)包括：預(yù)報(bào)來(lái)水、出/入庫(kù)流量、上/下游代表水位、左/右岸尾水位、重要測(cè)站水位/流量、耗水率，耗水量，機(jī)組過(guò)流量、閘門(mén)泄水量，蓄放流量、機(jī)組水頭、上/下游水位日(小時(shí))變幅、泄水設(shè)施/疊梁門(mén)/攔污柵等運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)等。

系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用水庫(kù)調(diào)度功能應(yīng)用服務(wù)接口，進(jìn)行梯級(jí)水庫(kù)應(yīng)用調(diào)度，如水務(wù)計(jì)算：包括瞬時(shí)出入庫(kù)計(jì)算、時(shí)段出入庫(kù)計(jì)算和日出入庫(kù)計(jì)算，通過(guò)調(diào)用水務(wù)計(jì)算服務(wù)接口完成計(jì)算、查詢(xún)、展示。流量平滑：通過(guò)調(diào)用流量平滑服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)平滑流量值的寫(xiě)入與查詢(xún)。預(yù)報(bào)查詢(xún)：調(diào)用預(yù)報(bào)查詢(xún)服務(wù)接口，查詢(xún)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)中的預(yù)報(bào)流量值。報(bào)文報(bào)送：調(diào)用報(bào)文拍發(fā)服務(wù)接口完成報(bào)文的拍發(fā)、查詢(xún)、修改。閘門(mén)查算：調(diào)用閘門(mén)查算服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)水位下，閘門(mén)各開(kāi)度泄流值的查詢(xún)、展示。靜態(tài)曲線(xiàn)查詢(xún)：調(diào)用曲線(xiàn)查詢(xún)服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位庫(kù)容曲線(xiàn)、水位流量曲線(xiàn)、閘門(mén)泄流曲線(xiàn)、NHQ曲線(xiàn)、水位面積曲線(xiàn)、機(jī)組空載過(guò)流曲線(xiàn)、水頭損失曲線(xiàn)、預(yù)想出力曲線(xiàn)等曲線(xiàn)的查詢(xún)、展示。

4 結(jié) 語(yǔ)

烏東德-白鶴灘梯級(jí)電站集控中心“水電一體”自動(dòng)化系統(tǒng)從前期調(diào)研到方案設(shè)計(jì)及最后的正式投運(yùn)，共歷時(shí)3年左右。目前，系統(tǒng)可遠(yuǎn)方直接控制和監(jiān)視烏東德電站主要機(jī)電設(shè)備及泄水設(shè)施，隨著明年白鶴灘電站的投產(chǎn)發(fā)電，白鶴灘電站的主要機(jī)電設(shè)備信息也將接入昆明調(diào)控中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制與監(jiān)視。“水電一體”自動(dòng)化系統(tǒng)的成功建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了少系統(tǒng)完成多任務(wù)，減少了實(shí)際調(diào)度過(guò)程中多系統(tǒng)之間的切換、調(diào)用，提高了調(diào)度效率，提升了生產(chǎn)力。這是一次大膽的創(chuàng)新，打破了傳統(tǒng)的水電站監(jiān)控系統(tǒng)模式，對(duì)促進(jìn)水電事業(yè)的發(fā)展有較大的推動(dòng)作用。