水電廠程序化操作淺議

華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠 賀 飛 李銳奎 馬春立

程序化操作近年來(lái)在電網(wǎng)系統(tǒng)快速發(fā)展，特別是隨著數(shù)字變電站、智能變電站的建設(shè)，程序化操作在變電站及電力調(diào)度系統(tǒng)有了長(zhǎng)足發(fā)展。2005年投運(yùn)的蘇州110kV 新河變電站是我國(guó)第一座應(yīng)用程序化操作技術(shù)的變電站；2014年投運(yùn)的福州1000kV 榕城特高壓變電站實(shí)現(xiàn)了程序化操作；2020年廣東電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了省地系統(tǒng)級(jí)程序化操作，運(yùn)用調(diào)度程序化操作機(jī)器人通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)令實(shí)現(xiàn)了調(diào)度操作指令的自動(dòng)下發(fā)及自動(dòng)執(zhí)行。

1 水電廠設(shè)備及運(yùn)行操作現(xiàn)狀

1.1 程序化操作與傳統(tǒng)操作對(duì)比

程序化操作：操作效率高；具備完備的防誤操作閉鎖邏輯，操作安全可靠，不存在誤操作風(fēng)險(xiǎn)；操作人員不在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，不存在人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)；能夠有效減少事故處理時(shí)長(zhǎng)；要求所操作設(shè)備具備電動(dòng)化、自動(dòng)化水平；按既定程序逐步執(zhí)行操作，靈活性有待增強(qiáng)。傳統(tǒng)人工操作：操作效率低；操作安全性受多種因素影響，存在誤操作風(fēng)險(xiǎn)；操作人員需到現(xiàn)場(chǎng)操作，存在人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)；事故時(shí)操作時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)；對(duì)所操作設(shè)備要求相對(duì)較低；對(duì)各種工況適應(yīng)性較強(qiáng)。

1.2 程序化操作對(duì)設(shè)備的基本要求

1.2.1 對(duì)相關(guān)設(shè)備基本要求：

對(duì)一次設(shè)備的要求。必須滿足電動(dòng)化要求，具有可遙控性，且安全可靠性有保障；對(duì)二次設(shè)備的要求。應(yīng)具備強(qiáng)大的穩(wěn)定性能與安全性能，如輔助觸點(diǎn)位置信息能夠和一次設(shè)備實(shí)際位置一一對(duì)應(yīng)。

1.2.2 對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的要求

能夠?qū)崟r(shí)采集被操作設(shè)備的狀態(tài)信息；完備的防誤操作閉鎖功能。每一個(gè)操作步驟都必須得到全面的閉鎖功能保障，且這些閉鎖功能必須具有嚴(yán)密的邏輯性。只有上一個(gè)操作步驟完成后，才允許執(zhí)行下一個(gè)操作指令；能夠?qū)崿F(xiàn)操作全過(guò)程的自動(dòng)化、透明化和可視化。操作過(guò)程每個(gè)步驟的執(zhí)行情況（包括執(zhí)行異常原因告警）、整個(gè)操作流程及當(dāng)前所執(zhí)行的步驟等信息都應(yīng)完全呈現(xiàn)給用戶。

信息記錄功能。可以詳細(xì)、準(zhǔn)確地將程序化操作中的任意一個(gè)步驟及事件內(nèi)容通過(guò)數(shù)據(jù)的方式記錄在系統(tǒng)中；具備一定容錯(cuò)能力。當(dāng)個(gè)別信息異常時(shí)能夠不致不產(chǎn)生誤操作；具備操作執(zhí)行異常時(shí)的自動(dòng)處置能力（暫?；蛲顺觯┖途o急停止功能。緊急停止功能包括自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，自動(dòng)方式指操作執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)異常情況時(shí)、程序化操作流程可自動(dòng)退出，手動(dòng)方式指操作執(zhí)行過(guò)程中隨時(shí)可以人為退出。

1.3 設(shè)備現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)瀾滄江及金沙江流域各新建及在運(yùn)電站的調(diào)研，相關(guān)設(shè)備基本情況如下。

電氣設(shè)備方面。水電廠發(fā)電機(jī)出口及以上電壓等級(jí)的開關(guān)、刀閘及地刀一般均具備遙控功能；廠用電各中壓開關(guān)、低壓進(jìn)線及聯(lián)絡(luò)開關(guān)也具備遙控功能，各地刀及低壓負(fù)荷開關(guān)一般不能遙控操作。廠用電各中壓開關(guān)、低壓進(jìn)線及聯(lián)絡(luò)開關(guān)小車一般均有“工作位”和“試驗(yàn)位”等不同位置，目前絕大部分水電廠上述各開關(guān)小車在不同位置的轉(zhuǎn)換都需要手動(dòng)操作，不具備電動(dòng)操作能力。各保護(hù)裝置均未實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方投退壓板、切換定值功能，各電氣盤柜柜內(nèi)開關(guān)也未實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方分、合功能；機(jī)械設(shè)備方面。水電廠油、水、氣等系統(tǒng)，除自動(dòng)補(bǔ)氣、自動(dòng)排污及自動(dòng)開停機(jī)相關(guān)閥門外，其管路閥門一般都是手動(dòng)閥門，配置的電動(dòng)閥門較少。

1.4 運(yùn)行操作現(xiàn)狀

目前水電廠除了自動(dòng)開停機(jī)等少量程序操作外，絕大部分運(yùn)行操作都需要到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作，并執(zhí)行“操作票”制度。即使是具備遠(yuǎn)程操作條件的設(shè)備，遠(yuǎn)程操作后依然要求人員到現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)操作結(jié)果。一個(gè)完整的運(yùn)行操作主要環(huán)節(jié)如下：值長(zhǎng)下達(dá)操作指令、操作人在系統(tǒng)擬票、監(jiān)護(hù)人審核操作票、值長(zhǎng)審批操作票、操作人和監(jiān)護(hù)人共赴現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行操作票、操作結(jié)束后向值長(zhǎng)復(fù)令并回填系統(tǒng)。

運(yùn)行操作最重要的是現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行環(huán)節(jié)，為提高運(yùn)行操作的規(guī)范性和安全性，各電廠均制定了詳細(xì)的管理規(guī)定，部分電廠要求對(duì)操作全程進(jìn)行錄像并進(jìn)行抽查。但由于運(yùn)行操作人員技能水平參差不齊，加之操作人員配置較少、操作數(shù)量較多，導(dǎo)致部分時(shí)段運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度較大。特別在設(shè)備檢修期間，所有檢修工作都需要運(yùn)行人員填寫操作票、執(zhí)行安全操作，但即使一個(gè)最簡(jiǎn)單的操作也至少需要半小時(shí)以上，其它復(fù)雜一些的操作動(dòng)輒耗費(fèi)兩三個(gè)小時(shí)、甚至五六個(gè)小時(shí)。這樣操作人員壓力較大、容易疲憊，操作安全受人員狀態(tài)等因素影響，誤操作事件時(shí)有發(fā)生，甚至出現(xiàn)設(shè)備損壞、人員傷亡的情況。

由上可見，目前水電廠手動(dòng)操作占比很高。而手動(dòng)操作效率低下，不能滿足“無(wú)人值班（少人值守）”要求，且手動(dòng)操作在安全上受到人員技能、精神狀態(tài)等人為不確定因素的影響。因此，提高程序化操作占比是水電廠運(yùn)行管理發(fā)展的重要方向之一。

2 水電廠程序化操作可行性分析

水電廠運(yùn)行操作按所操作設(shè)備的屬性，可簡(jiǎn)單分為電氣操作、機(jī)械操作及兩者的混合操作。

2.1 電氣操作

電氣設(shè)備的狀態(tài)分為運(yùn)行、熱備用、冷備用和檢修四種狀態(tài)，主要電氣設(shè)備的操作就是將其從一個(gè)“態(tài)”轉(zhuǎn)換到另一個(gè)“態(tài)”，轉(zhuǎn)換的過(guò)程就是操作設(shè)備各側(cè)開關(guān)、刀閘、地刀的位置，并投退其保護(hù)裝置（自動(dòng)裝置）。

依前文，水電廠發(fā)電機(jī)出口及以上電壓等級(jí)的開關(guān)、刀閘及地刀一般均具備遙控功能。因此水電廠的電氣主設(shè)備，包括發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓開關(guān)、高壓母線、線路、電抗器等，除保護(hù)裝置（自動(dòng)裝置）投退需要手動(dòng)操作外，其余各態(tài)轉(zhuǎn)換的操作均具備程序化操作的硬件條件；軟件方面，目前水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能完備，具備開發(fā)針對(duì)各主設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序的能力，但開發(fā)成本較高、后期調(diào)試周期較長(zhǎng)；管理方面，電氣主設(shè)備價(jià)格昂貴，電廠高度重視其操作安全性，且屬于調(diào)度（含集控中心）管轄設(shè)備，而程序化操作屬于新生技術(shù)，尚未得到電廠人員的廣泛認(rèn)可。即使是當(dāng)前的人工遠(yuǎn)方操作電廠也是非常謹(jǐn)慎，要求在高壓刀閘、地刀操作后須使用內(nèi)窺鏡現(xiàn)場(chǎng)檢查其斷口實(shí)際狀態(tài)。

對(duì)于廠用電系統(tǒng)，因各中壓開關(guān)、低壓進(jìn)線及聯(lián)絡(luò)開關(guān)具備遙控分、合功能，但不具備開關(guān)小車及地刀遙控能力，所以廠用電系統(tǒng)目前僅具備“運(yùn)行”、“熱備用”兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序化操作的硬件條件；軟件方面，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具備開發(fā)針對(duì)廠用電系統(tǒng)“運(yùn)行”、“熱備用”兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序的能力，但開發(fā)成本較高、后期調(diào)試周期較長(zhǎng)；管理方面，廠用電系統(tǒng)完全屬于電廠管轄設(shè)備，且廠用電系統(tǒng)操作量繁重、操作事故多發(fā)，電廠人員嘗試廠用電系統(tǒng)程序化操作的積極性較高，如小灣電廠實(shí)現(xiàn)了備用電源一鍵倒換至壩頂（泄洪閘門）的程序操作。

對(duì)于低壓電氣盤柜，其柜內(nèi)開關(guān)及其上級(jí)開關(guān)（位于低壓配電盤柜）均不具備遠(yuǎn)方分、合能力，因此低壓電氣盤柜目前不具備程序化操作的硬件條件。

2.2 機(jī)械操作與混合操作

水電廠油、水、氣等系統(tǒng)閥門一般都是手閥，因此目前水電廠機(jī)械操作不具備程序化操作的硬件條件?；旌喜僮饕话闶轻槍?duì)油泵、水泵、閘門等設(shè)備，不論是其電源開關(guān)還是管路閥門均不能遙控操作，因此目前水電廠混合操作不具備程序化操作的硬件條件。

2.3 廠用電系統(tǒng)程序化操作閉鎖條件

目前水電廠廠用電系統(tǒng)具備率先實(shí)現(xiàn)程序化操作的條件，而閉鎖邏輯是程序化操作開發(fā)時(shí)的重要內(nèi)容之一，廠用電系統(tǒng)程序化操作需考慮的電氣閉鎖條件梳理如下：常規(guī)“五防”閉鎖條件；一次設(shè)備及其二次測(cè)控裝置閉鎖條件：一次設(shè)備狀態(tài)明確，開關(guān)設(shè)備儲(chǔ)能正常等?？刂品绞?、控制電源、操作電源等正常。母線電壓、開關(guān)電流等條件；保護(hù)及自動(dòng)裝置閉鎖條件，包括保護(hù)裝置工作正常、備自投方式正常等；部分重要負(fù)荷等其它閉鎖條件，如程序化操作前需要提前轉(zhuǎn)移的重要負(fù)荷已停運(yùn)或其對(duì)應(yīng)開關(guān)處于“分閘”位等。

3 水電廠程序化操作展望及建議

程序化操作具有操作效率高、安全性能好的特點(diǎn)，其在電網(wǎng)系統(tǒng)已由試點(diǎn)階段向推廣應(yīng)用階段發(fā)展。水電廠采用程序化操作，符合“無(wú)人值班”、“遠(yuǎn)程集控”、智慧電廠建設(shè)等管理需求，是未來(lái)水電廠運(yùn)行操作的必然發(fā)展方向。隨著技術(shù)的發(fā)展，程序化操作在水電廠將有如下三個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：一是可操作設(shè)備不斷拓展，二是操作智能化水平不斷提升，三是程序化操作占比逐步提升。

可操作設(shè)備方面，將由電氣一次設(shè)備逐步拓展至電氣二次設(shè)備和機(jī)械設(shè)備，其中電氣二次設(shè)備包括保護(hù)裝置的壓板投退、定值切換及二次開關(guān)的遙控操作等。電氣一次設(shè)備部分之前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的程序化操作也將逐步實(shí)現(xiàn)，如隨著智能中低壓開關(guān)柜的出現(xiàn)，廠用電系統(tǒng)一鍵運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修、檢修轉(zhuǎn)運(yùn)行等操作不再遙不可及；操作智能化方面，將逐步由固化的程序操作逐步提升至智能開票操作，如圖形開票操作。該程序化操作方式可實(shí)現(xiàn)操作人員點(diǎn)擊選擇需操作的設(shè)備圖標(biāo)及其最終狀態(tài)后自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)操作票，經(jīng)操作人員審核后下發(fā)執(zhí)行，系統(tǒng)還允許操作人員對(duì)其自動(dòng)生成的操作票進(jìn)行修改。隨著前兩個(gè)趨勢(shì)的發(fā)展，程序化操作在水電廠運(yùn)行操作中的占比必然不斷提升，進(jìn)而逐步取代人工操作成為水電廠運(yùn)行操作的主流形式。

為了盡早釋放“程序化操作”給水電廠帶來(lái)的生產(chǎn)效益，提出以下建議：對(duì)于在建電廠，建議將程序化操作納入設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)。中低壓廠用電系統(tǒng)開關(guān)柜直接采用智能型開關(guān)柜，具備開關(guān)小車及地刀遙控操作能力。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)時(shí)具備網(wǎng)絡(luò)發(fā)令能力并開發(fā)程序化操作功能，覆蓋主設(shè)備、廠用電系統(tǒng)及公用油氣水系統(tǒng)?？紤]在油氣水系統(tǒng)管路增加必要的電動(dòng)閥門；對(duì)于已投電廠，建議結(jié)合設(shè)備更新項(xiàng)目完成中低壓廠用電系統(tǒng)開關(guān)柜智能化改造，具備開關(guān)小車及地刀遙控操作能力。積極開展程序化操作探索，可先在廠用電系統(tǒng)進(jìn)行局部試點(diǎn)，之后結(jié)合計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完善（改造）項(xiàng)目進(jìn)行程序化操作整體功能開發(fā)。