曹 偉，王子銘

（四川華能涪江水電有限責(zé)任公司，四川 成都 610041）

0 概述

20世紀(jì)90年代初期，基于我國水電站裝備制造能力的水平，流域梯級水電站實(shí)現(xiàn)“無人值班、關(guān)門運(yùn)行、綜合自動化”的主要瓶頸還是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和基礎(chǔ)自動化設(shè)備的可靠性較差，綜合自動化涉及的范圍有限，其時(shí)要實(shí)現(xiàn)“無人值班、關(guān)門運(yùn)行”途徑復(fù)雜、代價(jià)大、周期長。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著水電站裝備制造水平的全面提升，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的快速發(fā)展，為流域梯級水電站“無人值班、關(guān)門運(yùn)行、綜合自動化”的實(shí)現(xiàn)提供了新的思路和手段。2002年開工建設(shè)的華能火溪河流域梯級電站利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、通訊、自動化監(jiān)控等科技產(chǎn)品的進(jìn)步，通過合理確定技術(shù)路線、整體規(guī)劃、分步實(shí)施，在短短5年時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了流域四個(gè)電站的“無人值班、關(guān)門運(yùn)行”和全流域的綜合自動化，創(chuàng)建了新的實(shí)現(xiàn)模式，賦予了新的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容。

1 傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模式的缺點(diǎn)分析

傳統(tǒng)模式重點(diǎn)著眼于提高計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和基礎(chǔ)自動化設(shè)備的可靠性，對于“無人值班、關(guān)門運(yùn)行”實(shí)現(xiàn)必不可少的其他子系統(tǒng)建設(shè)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和有效實(shí)現(xiàn)手段，如系統(tǒng)建設(shè)初期只考慮計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，系統(tǒng)間通訊和數(shù)據(jù)共享也最多考慮到監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)速器、勵(lì)磁等自動裝置的接口，對綜合自動化其他子系統(tǒng)雖然也有建設(shè)計(jì)劃和通訊接口、數(shù)據(jù)共享的設(shè)想，但由于沒有有效的技術(shù)手段，致使實(shí)現(xiàn)途徑復(fù)雜；又如梯級電站建設(shè)初期，由于缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，僅為監(jiān)控系統(tǒng)單獨(dú)建設(shè)通訊通道，雖然實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)在流域內(nèi)的局域網(wǎng)互聯(lián)，但隨后建設(shè)的工業(yè)電視系統(tǒng)不得不重建光纖通道，并在實(shí)際使用中獨(dú)占光纖通道，使隨后建設(shè)的其他子系統(tǒng)也面臨類似問題，通訊通道的重復(fù)建設(shè)造成投資大，決策審批時(shí)間長，建設(shè)周期長，也使綜合自動化系統(tǒng)整體開發(fā)完成的周期變長。傳統(tǒng)模式在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)、數(shù)據(jù)共享、系統(tǒng)聯(lián)動方面沒有很好的解決辦法，最終運(yùn)行的各子系統(tǒng)是一個(gè)個(gè)孤立的系統(tǒng)，使綜合自動化系統(tǒng)的自動化水平大打折扣。因此建設(shè)成本高、周期長，子系統(tǒng)之間技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)共享難、聯(lián)動性差、自動化水平不高，是傳統(tǒng)模式實(shí)現(xiàn)“無人值班、關(guān)門運(yùn)行、綜合自動化”的特點(diǎn)，這也使得流域梯級電站“無人值班、關(guān)門運(yùn)行”實(shí)現(xiàn)周期變長，運(yùn)轉(zhuǎn)效率不高。

2 火溪河“無人值班、關(guān)門運(yùn)行、綜合自動化”實(shí)現(xiàn)的新模式

2002年開始建設(shè)的火溪河流域梯級電站，以新的思路和模式建設(shè)流域梯級電站的綜合自動化系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)的高效構(gòu)建，輔以可靠的機(jī)電設(shè)備運(yùn)行和先進(jìn)的生產(chǎn)管理模式最終實(shí)現(xiàn)了全流域電站的“無人值班、關(guān)門運(yùn)行”和成都遠(yuǎn)控。

系統(tǒng)的建設(shè)首先根據(jù)流域四個(gè)電站地理位置相對集中（40 km范圍內(nèi)、各個(gè)梯級電站彼此之間的距離均在10～15 km內(nèi)），裝機(jī)規(guī)模不大（總裝機(jī)400 MW），電站之間交通方便（九寨環(huán)線公路經(jīng)過全部四個(gè)電站和閘首）的特點(diǎn)，提出了“無人值班、關(guān)門運(yùn)行、數(shù)字電站、網(wǎng)絡(luò)控制”的建設(shè)目標(biāo)。并確立了全新的“擴(kuò)大廠站”的模式，即將流域四個(gè)梯級電站視為一個(gè)物理距離擴(kuò)大的廠站，各個(gè)梯級電站取消常規(guī)模式中設(shè)置在電站內(nèi)的中控室和各自獨(dú)立的電站辦公、現(xiàn)場生活設(shè)施、庫房、機(jī)修車間等，各種保護(hù)、控制等二次設(shè)備均布置于一次設(shè)備和現(xiàn)地附近，取消副廠房，集中設(shè)置流域維護(hù)管理中心作為流域總控室，負(fù)責(zé)流域電站的集中監(jiān)控，并作為流域電站的集中管理、維護(hù)、辦公和生活基地，對流域內(nèi)的四個(gè)梯級電站進(jìn)行日常的運(yùn)行、管理工作。四個(gè)梯級電站按照“無人值班”的運(yùn)行管理模式，值班人員統(tǒng)一在白馬寨梯級集控中心待命、休息，定期去電站進(jìn)行巡視檢查、日常維護(hù)以及檢修管理等工作。

圖1 火溪河流域通信組網(wǎng)圖

其次，根據(jù)當(dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展水平和流域規(guī)劃建設(shè)特點(diǎn)，制定了合理的技術(shù)路線和實(shí)現(xiàn)途徑。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和光通信技術(shù)的迅猛發(fā)展和日益融合，為我們提供了制定“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施”的技術(shù)基礎(chǔ)。火溪河流域電站建設(shè)初期出現(xiàn)了一種被稱為MSTP的能承載IP應(yīng)用的SDH傳輸技術(shù)，該技術(shù)既能全面支持基于TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用，還具備SDH可提供統(tǒng)一傳輸平臺、具有確定性和保護(hù)功能的優(yōu)勢，能滿足流域電站所有綜合自動化系統(tǒng)的傳輸要求。我們認(rèn)識到這是實(shí)現(xiàn)流域梯級綜合自動化的有力手段，通過和設(shè)計(jì)院、相關(guān)廠家的充分論證，確定了建設(shè)構(gòu)建于流域光纖環(huán)網(wǎng)之上的MSTP傳輸平臺，作為綜合自動化各子系統(tǒng)的統(tǒng)一傳輸平臺，“建設(shè)以MSTP技術(shù)為基礎(chǔ)的統(tǒng)一傳輸平臺，各應(yīng)用子系統(tǒng)基于TCP/IP協(xié)議開發(fā)”成為了火溪河綜合自動化系統(tǒng)建設(shè)的主要技術(shù)路線。

隨后我們利用220 kV送電線路的OPGW光纜，并沿已有的35 kV施工線路桿塔新建ADSS光纜后，構(gòu)建了連接流域各電站、電站大壩和梯級控制中心的流域光纖環(huán)網(wǎng)，依托該光纖環(huán)網(wǎng)，建設(shè)流域計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和2.5G MSTP多業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)遍布各廠房、大壩、集控中心），除計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)占一對光芯組成環(huán)網(wǎng)外，將火溪河流域的四個(gè)梯級電站和白馬寨梯級集控中心各綜合業(yè)務(wù)作為一個(gè)整體進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、實(shí)施完整的綜合自動化系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的流域梯級電站綜合自動化系統(tǒng)建設(shè)過程中各子系統(tǒng)獨(dú)占光纖通道，建設(shè)成本高、建設(shè)周期長所不同，該系統(tǒng)首先建設(shè)全流域公用傳輸平臺，該平臺構(gòu)建于兩對光纖環(huán)之上，形成具備1＋1保護(hù)的流域光通訊環(huán)網(wǎng)，各子系統(tǒng)建設(shè)不需獨(dú)占光纖，只需利用傳輸設(shè)備提供的標(biāo)準(zhǔn)接口和通過網(wǎng)管劃分帶寬，新應(yīng)用可立即實(shí)現(xiàn)全流域組網(wǎng)；另外該系統(tǒng)除具有SDH技術(shù)支持TDM業(yè)務(wù)、具備完整保護(hù)功能外，還能有效承載諸如IP、VPN等各種新業(yè)務(wù)，只要支持TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用就能很容易地組網(wǎng)傳輸，而TCP/IP協(xié)議是國際公開開放協(xié)議，幾乎綜合自動化系統(tǒng)涉及到的所有應(yīng)用都支持，在子系統(tǒng)的建設(shè)中不用特別考慮應(yīng)用的組網(wǎng)、傳輸需求。因此利用MSTP技術(shù)作為綜合自動化各子系統(tǒng)的傳輸平臺，具有接口公開透明、接入成本低、接入周期短的優(yōu)勢，使火溪河流域電站在短短5年時(shí)間就全面實(shí)現(xiàn)了綜合自動化。

圖2 火溪河流域計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

3 “無人值班、關(guān)門運(yùn)行、綜合自動化”的新內(nèi)容

新模式除了成功建成如計(jì)算機(jī)監(jiān)控、工業(yè)電視、水情測報(bào)、火災(zāi)報(bào)警、電話通訊等子系統(tǒng)外，還賦予了流域綜合自動化系統(tǒng)新的內(nèi)容：為適應(yīng)無人值班的需要，建設(shè)周界安防及門禁系統(tǒng)；為響應(yīng)節(jié)能減排，切實(shí)降低廠用電，建設(shè)智能照明系統(tǒng)；利用在全流域無處不在的網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)涵蓋水電站生產(chǎn)管理各個(gè)環(huán)節(jié)的辦公自動化和生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)；依托發(fā)達(dá)的信息網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)公開共享的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮流域梯級總負(fù)荷調(diào)度的優(yōu)勢，建設(shè)流域梯級優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)；以及電量采集、繼電保護(hù)信息管理、網(wǎng)絡(luò)電話、巡檢系統(tǒng)等。

與傳統(tǒng)模式各子系統(tǒng)通訊接口、通訊規(guī)約不一致，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)共享難，系統(tǒng)之間聯(lián)動性差所不同，新模式下由于各子系統(tǒng)均構(gòu)建于以太網(wǎng)上，均支持TCP/IP協(xié)議，通訊接口、通訊規(guī)約一致，數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)共享容易，系統(tǒng)間聯(lián)動實(shí)現(xiàn)較為簡單。目前，除了完整地建設(shè)綜合自動化各子系統(tǒng)外，還通過建設(shè)綜合聯(lián)動平臺，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)電視、火災(zāi)報(bào)警、周界安防及門禁、智能照明等子系統(tǒng)的聯(lián)動，進(jìn)一步提高了“無人值班、關(guān)門運(yùn)行”的自動化水平；實(shí)現(xiàn)了水情測報(bào)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控、優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享，完善了各子系統(tǒng)的功能，提高了系統(tǒng)的整體性能。通過建設(shè)完善的二次安全防范系統(tǒng)，使各子系統(tǒng)按二次安防規(guī)范嚴(yán)格布置于相應(yīng)分區(qū)，各分區(qū)間按要求通過安全裝置互聯(lián)，確保了系統(tǒng)的安全性。

新模式下子系統(tǒng)也有所創(chuàng)新。作為系統(tǒng)核心的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，新模式下主輔機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一采購、選用同一廠家同一系列產(chǎn)品，整個(gè)流域所有電站和集控中心、遠(yuǎn)控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一招標(biāo)，分批采購，這就確保了全流域只有一套系統(tǒng)，產(chǎn)品型號集中，備件儲備量大大減少，少量的維護(hù)人員只需掌握一個(gè)電站的維護(hù)技能，就能開展全流域所有電站的維護(hù)工作，降低了人員成本和維護(hù)難度，更不存在傳統(tǒng)模式下不同系統(tǒng)的互聯(lián)接入成本支出。傳統(tǒng)流域電站設(shè)立單獨(dú)的消防值班室，消防報(bào)警信息只送本站值班室，新模式下實(shí)現(xiàn)了消防監(jiān)控系統(tǒng)全流域組網(wǎng)，消防報(bào)警信息除送本站消防值班室，還上送集控中心和遠(yuǎn)控中心，運(yùn)行人員對全流域電站消防報(bào)警24小時(shí)不間斷監(jiān)視，輔以與工業(yè)電視、智能照明、門禁安防系統(tǒng)高度自動化聯(lián)動，確保了流域電站“無人值班、關(guān)門運(yùn)行”正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

優(yōu)化調(diào)度和生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)不屬于傳統(tǒng)模式下綜合自動化的范疇，新模式下由于流域范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)無處不在，數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交換更容易實(shí)現(xiàn)，這兩個(gè)系統(tǒng)成為了系統(tǒng)發(fā)展的自然延伸；隨著綜合自動化的完整實(shí)施，“無人值班、關(guān)門運(yùn)行”的高效實(shí)現(xiàn)，水電企業(yè)追求管理現(xiàn)代化，以達(dá)到生產(chǎn)過程的安全可控和水能資源的充分利用成為了更高層次的需求，憑借已實(shí)現(xiàn)的綜合自動化系統(tǒng)的有力支撐，流域梯級優(yōu)化運(yùn)行和生產(chǎn)管理信息化的實(shí)現(xiàn)也就水到渠成了?；鹣恿饔螂娬就哆\(yùn)之初，電站的調(diào)度方式是由四川省調(diào)分別對每一個(gè)電站下達(dá)單獨(dú)的負(fù)荷，由于省調(diào)值班員不能夠?qū)γ總€(gè)流域的水情、水庫水位、設(shè)備狀況等具體信息做到及時(shí)、詳細(xì)的掌握，致使所下達(dá)流域各電站間負(fù)荷經(jīng)常不太匹配，造成運(yùn)行中機(jī)組出力效率不高，水庫棄水壓力大，電站運(yùn)行人員要花費(fèi)大量精力、時(shí)間向調(diào)度申請負(fù)荷調(diào)整，而申請調(diào)整比較困難，即使申請到，也往往錯(cuò)過了最佳調(diào)整時(shí)機(jī)。面對這一困惑，我們通過仔細(xì)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)由于火溪河流域四個(gè)電站由兩回220 kV線路送出，兩回線路接入四川電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)都在電網(wǎng)的同一個(gè)變電站－江油天明變電站，如果電網(wǎng)對流域四個(gè)電站下達(dá)總負(fù)荷，流域電站總出力只要滿足總負(fù)荷要求，將不影響電網(wǎng)潮流分布，不影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)流域集控中心對流域水情和設(shè)備運(yùn)行情況能夠及時(shí)詳細(xì)掌握，可以將總負(fù)荷及時(shí)、合理分配到每個(gè)電站；基于這一認(rèn)識，通過我們積極促進(jìn)和各方的共同努力，2007年8月電網(wǎng)同意火溪河流域四個(gè)電站開始實(shí)施流域總負(fù)荷調(diào)度，通過總負(fù)荷調(diào)度，電站運(yùn)行效率得到提高，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)安全壓力和汛期棄水壓力降低，水能資源利用率得到了進(jìn)一步提高。而最初的總負(fù)荷調(diào)度采用運(yùn)行人員人工分配的方式，人工工作量較大，受人工經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算能力限制，負(fù)荷分配的及時(shí)性和機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)效率的提高相對有限，從2008年開始，我們著手開發(fā)年調(diào)節(jié)水庫和總負(fù)荷條件下的流域梯級水電站優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)不僅對龍頭水庫全年的蓄水、消落按全流域電站發(fā)電收益最大化進(jìn)行中長期規(guī)劃，更利用了總負(fù)荷調(diào)度的優(yōu)勢，對調(diào)度下達(dá)的總負(fù)荷根據(jù)流域來水、水庫水位、電站設(shè)備狀況，按每日發(fā)電后梯級蓄能最大化的原則，由計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先制定的策略，迅速計(jì)算出分配到各電站的實(shí)時(shí)負(fù)荷，由于計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力和預(yù)置策略的全面性、科學(xué)性和穩(wěn)定性，較人工分配方式下機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的效率更高，負(fù)荷分配更及時(shí)、更合理，水資源得到了更充分的利用（根據(jù)模擬運(yùn)行結(jié)果，優(yōu)化程度優(yōu)于人工分配3%以上），也更能發(fā)揮總負(fù)荷調(diào)度和年調(diào)節(jié)水庫的優(yōu)勢，確保了優(yōu)化調(diào)度中長期規(guī)劃目標(biāo)的落實(shí)。

管理的現(xiàn)代化離不開管理的信息化，依托無處不在的網(wǎng)絡(luò)，我們建設(shè)了一套生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，使相關(guān)人員可共享生產(chǎn)管理信息，生產(chǎn)管理的各項(xiàng)制度和要求也通過系統(tǒng)預(yù)置的流程、權(quán)限得以落實(shí)和保證，大多數(shù)生產(chǎn)活動留下痕跡，可以有效追溯；建立了設(shè)備全壽命周期的動態(tài)臺帳，設(shè)備的技術(shù)資料、運(yùn)轉(zhuǎn)狀況可動態(tài)管理；通過和計(jì)算機(jī)監(jiān)控等其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)共享可有效開展技術(shù)管理的自動化和信息化。

4 火溪河綜合自動化實(shí)現(xiàn)新模式、新內(nèi)容的意義

總之，火溪河流域電站建設(shè)探索的“流域梯級電站無人值班、關(guān)門運(yùn)行、綜合自動化新模式和新內(nèi)容”有其較為深遠(yuǎn)的影響和意義：首先是節(jié)約了工程造價(jià)、降低了建設(shè)成本。通過采用“擴(kuò)大廠站”模式，電站取消副廠房，取消各站單獨(dú)配置的生活設(shè)施、生產(chǎn)配套設(shè)施，取消計(jì)算機(jī)監(jiān)控上位機(jī)系統(tǒng)，利用已有的OPGW光纖和35 kV線路桿塔構(gòu)建流域光纖環(huán)網(wǎng)，綜合自動化各子系統(tǒng)共用通訊平臺等創(chuàng)新手段達(dá)到這一目的；其次創(chuàng)新了建設(shè)模式，確立技術(shù)路線后，“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施”，統(tǒng)一的傳輸平臺具有模塊化設(shè)計(jì)，開放的標(biāo)準(zhǔn)化接口，方便各子系統(tǒng)的接入、組網(wǎng)，大大加快了系統(tǒng)完建的速度；第三、兼顧企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。新模式下綜合自動化系統(tǒng)建設(shè)更容易，“無人值班、關(guān)門運(yùn)行”自動化水平更高，實(shí)現(xiàn)更便捷，火溪河電站2002年開建，2008年就完全實(shí)現(xiàn)了“無人值班、關(guān)門運(yùn)行和成都遠(yuǎn)控”，電站維護(hù)采用大倒班方式，運(yùn)行人員在成都遠(yuǎn)控中心運(yùn)行值班，電站現(xiàn)場僅保留少量必要的維護(hù)人員，生產(chǎn)人員多數(shù)時(shí)間在都市工作、生活，實(shí)現(xiàn)了都市水電，改善了職工工作、生活條件，穩(wěn)定了職工隊(duì)伍；智能照明和總負(fù)荷模式下優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的投運(yùn)，一方面降低了企業(yè)運(yùn)營成本、加大了企業(yè)收入，更重要的是響應(yīng)“節(jié)能減排、建設(shè)節(jié)約型社會”的號召，節(jié)約了能源，充分利用了水能資源，履行了企業(yè)應(yīng)盡的社會責(zé)任。第四、拓展了流域梯級水電站綜合自動化的內(nèi)涵。新模式下“無人值班、關(guān)門運(yùn)行”通過綜合自動化系統(tǒng)整體快捷完建，也變得易于實(shí)現(xiàn)。“無人值班、關(guān)門運(yùn)行”不再是水電企業(yè)通過綜合自動化系統(tǒng)追求的最終目標(biāo)，而是將系統(tǒng)拓展到更能提升企業(yè)價(jià)值的流域優(yōu)化調(diào)度，生產(chǎn)管理信息化、現(xiàn)代化，設(shè)備狀態(tài)檢修專家支持等應(yīng)用上。第五、新模式在流域梯級電站建設(shè)中具有一定的推廣價(jià)值：流域電站在接入系統(tǒng)規(guī)劃中，盡量爭取全流域電站一點(diǎn)接入電力系統(tǒng)，以便為今后爭取流域總負(fù)荷調(diào)度政策和真正實(shí)現(xiàn)流域?qū)崟r(shí)優(yōu)化調(diào)度創(chuàng)造條件；流域電站綜合自動化宜統(tǒng)一規(guī)劃，有條件的流域可采用“擴(kuò)大廠站”的模式；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)日新月異、發(fā)展很快，跟蹤新技術(shù)的發(fā)展，選擇合適的技術(shù)路線，將使無人值班和流域綜合自動化的實(shí)現(xiàn)變得事半功倍；流域綜合自動化傳輸平臺盡早建設(shè)，形成無處不在的網(wǎng)絡(luò)，方便形成流域電站從建設(shè)到生產(chǎn)全過程的管理信息化。