淺談萬安水力發電廠智能化建設路線

國家能源集團萬安水力發電廠 張福林

2020年4月國家發展改革委、中央網信辦頒發《關于推進“上云用數賦智”行動培育新經濟發展實施方案》的通知（發改高技〔2020〕552號），強調構建多層聯動的產業互聯網平臺，推動企業數字化轉型升級，助力企業提質增效，打造核心競爭力。同年國家能源集團公司發布了《智能水電廠技術規范》及《國家能源集團網絡安全和信息化管理規定》，按照集團公司智能企業建設相關要求，根據《國家能源集團網絡安全和信息化規劃綱要》、《國家能源集團2019年網絡安全和信息化工作要點》、2020年集團總經理“基石項目”專題會議等文件的指導精神，萬安水電廠急需進行數字化改造，信息化建設。目前全國水電廠在智能水電廠建設和智能水電發展方向已經初具規模，隨著5G、物聯網等技術的逐步普及，萬安水電廠主動聯系調動內外部資源，推動科技創新和技術革命。智能電廠的基礎是數字化、信息化、自動化。智能水電廠建設需從頂層設計、統籌規劃，需電廠各級人員統一思想、梳理理念、明晰路徑，從廠自身實際出發，因地制宜、循序漸進，做好長期攻堅克難的準備。

1 萬安電廠現狀

目前萬安電廠在信息化建設、設備運行維護、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。萬安水電廠現場設備設施狀態量采集不夠，相關的傳感器、儀表應用不足，僅在主要設備和輔設擁有控制系統。各機組PLC等工控機相互獨立，并直線的形式給到上位機，未對數據進行有效的整合統一，主要設備型號不一、輔設品牌不一，各系統間接口協議不一致，難以管理；信息孤島嚴重。由于受到系統分批投入運行的歷史原因，萬安電廠建立信息化系統40多個，各系統間相互獨立無法通信，數據資源未能進行有效整合，缺少數據治理與分析，沒有統一的數據倉庫和大數據分析平臺；人員老化嚴重。隨著時間的推移老齡化越來越嚴重，老師傅幾十年的工作經驗缺少固化、提煉的有效措施，智能水電廠建設應固化老師傅的經驗；硬件架構標準化建設不足。經過了幾十年發展，電廠在網絡架構、硬件體系缺乏標準化建設支撐，這可能會制約以后的發展。

2 萬安電廠急需應用的關鍵技術

2020年國家能源集團公司發布了《智能水電廠技術規范》，中電聯發布《智能水電廠一體化管控平臺技術規范》GB/T39264-2020，初步明確了智能水電廠體系架構、系統結構、功能體系、基礎支撐系統、智能高級應用、公共服務等。這為萬安水電廠智能水電廠建設指明了方向。同時萬安電廠被集團公司列為一流水電示范企業建設單位，集團公司要求示范企業在智能化企業建設方面需達到行業領先水平，萬安電廠依托生產調度大樓拆遷還建將建設三級單位的數據中心機房，以機房建設為基礎，積極謀劃智能水電廠建設。

2.1 急需應用的關鍵技術

在線監測技術。數據是智能水電廠建設的關鍵，數據的采集、監測是智能水電廠建設必不可少的環節。目前市場上各種在線監測分析系統參差不齊，水平各有高低，協議標準不盡相同。去年萬安水電廠上了機組碳刷在線監測、磁極在線監測、機組狀態監測等系統，但系統都是各自獨立。萬安電廠需在同一的標準協議下，根據技術的發展程度統籌謀劃，結合檢修技改工作分步推進。

通訊技術。數據采集傳輸是關鍵，要實現全站數據的釆集必須依托于各式各樣的采集方式，比如5G、光纖、wifi等。關鍵數據量傳輸采用光纖、5G等大容量、低延時方式，生產區域則應考慮布置無線或5G技術，其主要作用有：智能水電廠APP使用。智能水電廠的建設勢必會建設相應的管理APP，在覆蓋區域內使用終端進行移動辦公，接入對應網絡后可查看數據、處理文件等，節約作業時間、提高作業效率；實時數據傳輸。在未來應用場景中，相關智能設備感應數據采集、智能巡檢機器人均可采用無線網絡進行實時數據傳輸，提高工作效率及工作質量；現場通信信號的補充。可把無線網絡視做通信網絡的補充，提高員工間的互動效率，實時傳輸，提高工作、應急處突的能力。

綜合數據分析平臺。過去十幾年，萬安電廠根據實際業務需求選上了各類的管理軟件支撐業務管理流程，提高了生產管理效率，也大大方便了辦公及生產，但各個系統間的連接并沒有有效進行整合。目前正在運營的軟件系統有40多個，各業務系統存在信息孤島現象嚴重，系統間信息和數據融合度、互動性差。整合水電站生產運營數據，實現各系統間的智能化聯動，設備與人、設備與設備之間的友好互動，降低設備對人的依賴，實現水電站集中運行管理的全景數據、業務協同，推動水電廠管理創新，是萬安水電廠智能水電廠建設的最根本目標。

基于IEC61850及IEC61970通信協議的通信架構體系建設。IEC61850的通信模型使建設數據模型有了標準支撐。IEC61970通信協議用于安全III區各相互獨立的子系統之間聯動整合過程的通信標準，在智能水電廠建設規劃咨詢服務中，將對全廠40多個子系統進行摸排，整理其具備的數據接口，按照統一集成的要求進行保留或廢止該系統，按照IEC61970標準對未來將建成的信息系統、邊緣計算系統進行規約。

3 萬安電廠智能水電廠建設步驟

目前智能水電廠技術的發展逐漸趨于成熟，然而智能水電廠建設不能盲目跟風，不能追求面子工程。需要技術人員有統一思想、凝聚共識，擦亮眼睛，擇優選上、擇機而上，結合水電廠的生產特點及運行特點分步建設。

3.1 第一步：做好智能水電廠頂層設計規劃

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

3.2 第二步：建設綜合數據平臺及逐步推行數字化改造

建設綜合數據平臺。為滿足電廠辦公、生產調度及信息化建設需要，新建一棟生產調度大樓，建設一座大數據分析的數據中心，將安全I、II、III區搬遷至數據機房，便于后續數據的分析、清洗、調用。綜合數據平臺通過統一規范的數據標準、信息模型，跨區整合計算機監控、水情測報、水庫調度、狀態監測、保護信息、網絡通信、大壩監測、電能計量、工業電視、GPS對時、動力環境、電力五防、消防門禁等系統數據資源，打通信息孤島，為智能化水電廠建設提供統一的信息支撐和管理應用環境，

逐步推行數字化改造。目前該廠已經實現了自動化，各種在線監測系統的投入不足。監測的內容及數據較少，無法對主設備的檢修和運行起到指導作用。目前該廠根據檢修技改已在逐步選上部分在線監測系統，如主動聯系東方電機廠等單位，根據機組歷史運行情況，合作進行#1機組碳刷在線監測系統、#1機組轉子磁極在線智能巡檢系統開發，以及2021年申報的科技創新項目水電站關鍵重要螺栓在線監測與預警技術研究及基于3DGIS-Ark的萬安大壩安全監測智能系統研究，充分利用科技創新項目經費，按照目前水電廠的主設備情況、設備的運行特點，綜合考慮水電廠運行的安全性和經濟性。針對目前水電廠的實際情況，逐步開展萬安電廠數字化改造，實現全站設備的狀態監測。

3.3 第三步：建設智能巡檢+數據采集系統

水電站的現場數據采集主要依賴于監控系統和其它輔助控制系統，廠房“跑、冒、滴、流”等環境信息無法通過自動化設備獲取，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，是為適應智能化水電站無人值守的發展需求。

同時，智能巡檢機器人是對設備和現場環境監視的主要設備，主要由前端采集儀器和后臺系統組成。前端采集器通過搭載智能攝像頭、紅外成像、氣體檢測、音頻分析等設備主要用來采集、監測設備和現場環境數據，具有“耳朵、眼睛、觸感”等仿生感知功能。后臺系統作為分布在各大區機器人的集中管理系統，主要負責對機器人采集的數據進行存儲、處理、分析、報警、操控等。后臺系統還兼具對外協作功能，在電站聯動平臺的勾連協同下，完成更多智能功能。智能巡檢機器人主體框架為三層結構：基礎層、傳感器層、數據層。這也算數字化改造內容之一。但在其他復雜環境下的巡檢，可采用的方案就是實時的在線監測，這個在今后的建設過程中依據環境情況單獨研究。

3.4 第四步：數據挖掘

逐步構建水電廠的硬件體系，結合綜合數據平臺數據采集情況，依據數據治理標準及清洗治理程度，選擇開發相關的高級應用。

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