國家能源集團萬安水力發(fā)電廠 張福林

2020年4月國家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦頒發(fā)《關(guān)于推進(jìn)“上云用數(shù)賦智”行動培育新經(jīng)濟發(fā)展實施方案》的通知（發(fā)改高技〔2020〕552號），強調(diào)構(gòu)建多層聯(lián)動的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，推動企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，助力企業(yè)提質(zhì)增效，打造核心競爭力。同年國家能源集團公司發(fā)布了《智能水電廠技術(shù)規(guī)范》及《國家能源集團網(wǎng)絡(luò)安全和信息化管理規(guī)定》，按照集團公司智能企業(yè)建設(shè)相關(guān)要求，根據(jù)《國家能源集團網(wǎng)絡(luò)安全和信息化規(guī)劃綱要》、《國家能源集團2019年網(wǎng)絡(luò)安全和信息化工作要點》、2020年集團總經(jīng)理“基石項目”專題會議等文件的指導(dǎo)精神，萬安水電廠急需進(jìn)行數(shù)字化改造，信息化建設(shè)。目前全國水電廠在智能水電廠建設(shè)和智能水電發(fā)展方向已經(jīng)初具規(guī)模，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的逐步普及，萬安水電廠主動聯(lián)系調(diào)動內(nèi)外部資源，推動科技創(chuàng)新和技術(shù)革命。智能電廠的基礎(chǔ)是數(shù)字化、信息化、自動化。智能水電廠建設(shè)需從頂層設(shè)計、統(tǒng)籌規(guī)劃，需電廠各級人員統(tǒng)一思想、梳理理念、明晰路徑，從廠自身實際出發(fā)，因地制宜、循序漸進(jìn)，做好長期攻堅克難的準(zhǔn)備。

1 萬安電廠現(xiàn)狀

目前萬安電廠在信息化建設(shè)、設(shè)備運行維護(hù)、安全管理方面依然停留在比較落后的階段，有許多的不足之處：自動化程度不高。萬安水電廠現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施狀態(tài)量采集不夠，相關(guān)的傳感器、儀表應(yīng)用不足，僅在主要設(shè)備和輔設(shè)擁有控制系統(tǒng)。各機組PLC等工控機相互獨立，并直線的形式給到上位機，未對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的整合統(tǒng)一，主要設(shè)備型號不一、輔設(shè)品牌不一，各系統(tǒng)間接口協(xié)議不一致，難以管理；信息孤島嚴(yán)重。由于受到系統(tǒng)分批投入運行的歷史原因，萬安電廠建立信息化系統(tǒng)40多個，各系統(tǒng)間相互獨立無法通信，數(shù)據(jù)資源未能進(jìn)行有效整合，缺少數(shù)據(jù)治理與分析，沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)倉庫和大數(shù)據(jù)分析平臺；人員老化嚴(yán)重。隨著時間的推移老齡化越來越嚴(yán)重，老師傅幾十年的工作經(jīng)驗缺少固化、提煉的有效措施，智能水電廠建設(shè)應(yīng)固化老師傅的經(jīng)驗；硬件架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)不足。經(jīng)過了幾十年發(fā)展，電廠在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、硬件體系缺乏標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)支撐，這可能會制約以后的發(fā)展。

2 萬安電廠急需應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

2020年國家能源集團公司發(fā)布了《智能水電廠技術(shù)規(guī)范》，中電聯(lián)發(fā)布《智能水電廠一體化管控平臺技術(shù)規(guī)范》GB/T39264-2020，初步明確了智能水電廠體系架構(gòu)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能體系、基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)、智能高級應(yīng)用、公共服務(wù)等。這為萬安水電廠智能水電廠建設(shè)指明了方向。同時萬安電廠被集團公司列為一流水電示范企業(yè)建設(shè)單位，集團公司要求示范企業(yè)在智能化企業(yè)建設(shè)方面需達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平，萬安電廠依托生產(chǎn)調(diào)度大樓拆遷還建將建設(shè)三級單位的數(shù)據(jù)中心機房，以機房建設(shè)為基礎(chǔ)，積極謀劃智能水電廠建設(shè)。

2.1 急需應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

在線監(jiān)測技術(shù)。數(shù)據(jù)是智能水電廠建設(shè)的關(guān)鍵，數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測是智能水電廠建設(shè)必不可少的環(huán)節(jié)。目前市場上各種在線監(jiān)測分析系統(tǒng)參差不齊，水平各有高低，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。去年萬安水電廠上了機組碳刷在線監(jiān)測、磁極在線監(jiān)測、機組狀態(tài)監(jiān)測等系統(tǒng)，但系統(tǒng)都是各自獨立。萬安電廠需在同一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議下，根據(jù)技術(shù)的發(fā)展程度統(tǒng)籌謀劃，結(jié)合檢修技改工作分步推進(jìn)。

通訊技術(shù)。數(shù)據(jù)采集傳輸是關(guān)鍵，要實現(xiàn)全站數(shù)據(jù)的釆集必須依托于各式各樣的采集方式，比如5G、光纖、wifi等。關(guān)鍵數(shù)據(jù)量傳輸采用光纖、5G等大容量、低延時方式，生產(chǎn)區(qū)域則應(yīng)考慮布置無線或5G技術(shù)，其主要作用有：智能水電廠APP使用。智能水電廠的建設(shè)勢必會建設(shè)相應(yīng)的管理APP，在覆蓋區(qū)域內(nèi)使用終端進(jìn)行移動辦公，接入對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)后可查看數(shù)據(jù)、處理文件等，節(jié)約作業(yè)時間、提高作業(yè)效率；實時數(shù)據(jù)傳輸。在未來應(yīng)用場景中，相關(guān)智能設(shè)備感應(yīng)數(shù)據(jù)采集、智能巡檢機器人均可采用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸，提高工作效率及工作質(zhì)量；現(xiàn)場通信信號的補充?？砂褵o線網(wǎng)絡(luò)視做通信網(wǎng)絡(luò)的補充，提高員工間的互動效率，實時傳輸，提高工作、應(yīng)急處突的能力。

綜合數(shù)據(jù)分析平臺。過去十幾年，萬安電廠根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求選上了各類的管理軟件支撐業(yè)務(wù)管理流程，提高了生產(chǎn)管理效率，也大大方便了辦公及生產(chǎn)，但各個系統(tǒng)間的連接并沒有有效進(jìn)行整合。目前正在運營的軟件系統(tǒng)有40多個，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，系統(tǒng)間信息和數(shù)據(jù)融合度、互動性差。整合水電站生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各系統(tǒng)間的智能化聯(lián)動，設(shè)備與人、設(shè)備與設(shè)備之間的友好互動，降低設(shè)備對人的依賴，實現(xiàn)水電站集中運行管理的全景數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)協(xié)同，推動水電廠管理創(chuàng)新，是萬安水電廠智能水電廠建設(shè)的最根本目標(biāo)。

基于IEC61850及IEC61970通信協(xié)議的通信架構(gòu)體系建設(shè)。IEC61850的通信模型使建設(shè)數(shù)據(jù)模型有了標(biāo)準(zhǔn)支撐。IEC61970通信協(xié)議用于安全I(xiàn)II區(qū)各相互獨立的子系統(tǒng)之間聯(lián)動整合過程的通信標(biāo)準(zhǔn)，在智能水電廠建設(shè)規(guī)劃咨詢服務(wù)中，將對全廠40多個子系統(tǒng)進(jìn)行摸排，整理其具備的數(shù)據(jù)接口，按照統(tǒng)一集成的要求進(jìn)行保留或廢止該系統(tǒng)，按照IEC61970標(biāo)準(zhǔn)對未來將建成的信息系統(tǒng)、邊緣計算系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)約。

3 萬安電廠智能水電廠建設(shè)步驟

目前智能水電廠技術(shù)的發(fā)展逐漸趨于成熟，然而智能水電廠建設(shè)不能盲目跟風(fēng)，不能追求面子工程。需要技術(shù)人員有統(tǒng)一思想、凝聚共識，擦亮眼睛，擇優(yōu)選上、擇機而上，結(jié)合水電廠的生產(chǎn)特點及運行特點分步建設(shè)。

3.1 第一步：做好智能水電廠頂層設(shè)計規(guī)劃

智能水電廠的頂層設(shè)計規(guī)劃是重中之重，有了定制化的智能水電廠頂層設(shè)計規(guī)劃就能明確建設(shè)方向，對照自身差距以查缺補漏的形式進(jìn)行建設(shè)，能夠加快建設(shè)速度，少走彎路。目前主流的智能水電廠架構(gòu)有“四自”與九大系統(tǒng)類、“345框架模型”等。

3.2 第二步：建設(shè)綜合數(shù)據(jù)平臺及逐步推行數(shù)字化改造

建設(shè)綜合數(shù)據(jù)平臺。為滿足電廠辦公、生產(chǎn)調(diào)度及信息化建設(shè)需要，新建一棟生產(chǎn)調(diào)度大樓，建設(shè)一座大數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)中心，將安全I(xiàn)、II、III區(qū)搬遷至數(shù)據(jù)機房，便于后續(xù)數(shù)據(jù)的分析、清洗、調(diào)用。綜合數(shù)據(jù)平臺通過統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、信息模型，跨區(qū)整合計算機監(jiān)控、水情測報、水庫調(diào)度、狀態(tài)監(jiān)測、保護(hù)信息、網(wǎng)絡(luò)通信、大壩監(jiān)測、電能計量、工業(yè)電視、GPS對時、動力環(huán)境、電力五防、消防門禁等系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，打通信息孤島，為智能化水電廠建設(shè)提供統(tǒng)一的信息支撐和管理應(yīng)用環(huán)境，

逐步推行數(shù)字化改造。目前該廠已經(jīng)實現(xiàn)了自動化，各種在線監(jiān)測系統(tǒng)的投入不足。監(jiān)測的內(nèi)容及數(shù)據(jù)較少，無法對主設(shè)備的檢修和運行起到指導(dǎo)作用。目前該廠根據(jù)檢修技改已在逐步選上部分在線監(jiān)測系統(tǒng)，如主動聯(lián)系東方電機廠等單位，根據(jù)機組歷史運行情況，合作進(jìn)行#1機組碳刷在線監(jiān)測系統(tǒng)、#1機組轉(zhuǎn)子磁極在線智能巡檢系統(tǒng)開發(fā)，以及2021年申報的科技創(chuàng)新項目水電站關(guān)鍵重要螺栓在線監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)研究及基于3DGIS-Ark的萬安大壩安全監(jiān)測智能系統(tǒng)研究，充分利用科技創(chuàng)新項目經(jīng)費，按照目前水電廠的主設(shè)備情況、設(shè)備的運行特點，綜合考慮水電廠運行的安全性和經(jīng)濟性。針對目前水電廠的實際情況，逐步開展萬安電廠數(shù)字化改造，實現(xiàn)全站設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測。

3.3 第三步：建設(shè)智能巡檢+數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

水電站的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集主要依賴于監(jiān)控系統(tǒng)和其它輔助控制系統(tǒng)，廠房“跑、冒、滴、流”等環(huán)境信息無法通過自動化設(shè)備獲取，巡回點繁多，需消耗大量的時間精力。為此，選上智能巡檢機器人，是為適應(yīng)智能化水電站無人值守的發(fā)展需求。

同時，智能巡檢機器人是對設(shè)備和現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)視的主要設(shè)備，主要由前端采集儀器和后臺系統(tǒng)組成。前端采集器通過搭載智能攝像頭、紅外成像、氣體檢測、音頻分析等設(shè)備主要用來采集、監(jiān)測設(shè)備和現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)，具有“耳朵、眼睛、觸感”等仿生感知功能。后臺系統(tǒng)作為分布在各大區(qū)機器人的集中管理系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)對機器人采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理、分析、報警、操控等。后臺系統(tǒng)還兼具對外協(xié)作功能，在電站聯(lián)動平臺的勾連協(xié)同下，完成更多智能功能。智能巡檢機器人主體框架為三層結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)層、傳感器層、數(shù)據(jù)層。這也算數(shù)字化改造內(nèi)容之一。但在其他復(fù)雜環(huán)境下的巡檢，可采用的方案就是實時的在線監(jiān)測，這個在今后的建設(shè)過程中依據(jù)環(huán)境情況單獨研究。

3.4 第四步：數(shù)據(jù)挖掘

逐步構(gòu)建水電廠的硬件體系，結(jié)合綜合數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)采集情況，依據(jù)數(shù)據(jù)治理標(biāo)準(zhǔn)及清洗治理程度，選擇開發(fā)相關(guān)的高級應(yīng)用。

總之，智能水電廠建設(shè)不是一蹴而就，而是一項系統(tǒng)性的工程，在建設(shè)過程中引發(fā)的生產(chǎn)模式、管理方式的改變都需要進(jìn)行變革，只有拿出久久為功的韌勁才能在智能水電廠的建設(shè)陣地中，搶占屬于萬安電廠的一席之地。