五凌集控智能報警技術與應用

謝源強，龔傳利

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410004；2.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038）

0 引言

五凌電力有限公司（以下簡稱公司）先后在沅江流域建成五強溪、凌津灘、洪江、碗米坡、三板溪、掛治、白市、托口、落水洞共9座水電站，在湘江流域建成近尾洲水電站，在資江流域建成東坪、株溪口、馬跡塘共3座水電站，13座常規水電總裝機容量469.5萬kW。同時積極探索流域梯級電站遠程集控工作，2003年啟動梯調自動化系統建設，2006年開始對沅江梯級電站實行統一調度管理，2010年3月成立發電集控中心，至2020年6月五凌集控控制電廠13個，受控機組56臺，受控容量469.5萬kW，是國內實際控電廠和機組臺數最多的集控中心。

1 智能報警研究背景

公司集控中心具有“全采、全送、全監、全控”和區域集中值班的特點，各廠站的接入數據（涵蓋從上位機的報警命名、分級、畫面、閉鎖、計算到下位機的實點、虛點、順控流程等）由于建設時間、運維習慣、設備特點等原因沒有統一的標準，隨意性較大，在集控層面集中表現為報警數量多、雜、亂，大大降低了集控值班人員的值班效率。各個集控電廠報警信息不規范，可能導致報警信息二義性，集控值班人員無法準確無誤掌握設備狀況；報警信息過多，集控值班人員不能抓住最重要信息，有必要采用多種措施提醒值班運行和維護人員。

此外，傳統計算機監控系統的報警方式為點對點的一維方式，系統本身不具備分析預判功能，需要值班人員憑個人經驗進行分析判斷，在公司一人一席多廠海量報警及專業人員不斷稀釋的背景下，集控值班監盤壓力與日俱增，安全生產管理水平無法得到持續改進提高；同時五凌集控具有橫跨“網調、省調、地調”及多廠區域值班的特色模式，如遇多級調度同時下令開/停機組臺數較多時，集控區域值班人員無法兼顧實時監控，容易遺漏重要報警信息。

2 運行智能報警技術研究的總目標與原則

2.1 運行智能報警技術研究的總目標

通過制定監控接入數據規范，規范監控接入報警信息，建立智能化報警模型庫，在下位機及上位機開發智能化報警邏輯，將報警方式提升為點到面的二維方式甚至三維方式，由系統代替運行人員對報警進行分析預判，直接反饋結果，進一步提高集控運行值班的可靠性，降低集控值班人員誤判的概率，減少報警數量，有效地減輕運行值班人員的監盤壓力，推動監盤方式由人工分析判斷向機器智能化轉變，實現電廠設備報警數據的規范化和智能化，有效實現智慧運行、智慧集控，同時也為公司生產智能決策系統建設，實現智慧檢修提供有力支撐。

運行智能報警技術研究應注重系統設備診斷智能化、報警信息規范化，能夠充分體現公司的智慧集控，總目標具體如下：

（1）運行智能報警技術的智能化：完成報警智能化模型庫建設，開發報警智能化程序，實現故障診斷智能化，推動監盤方式由人工分析判斷向機器智能化轉變，實現電廠設備報警數據智能化，實現智慧運行、智慧集控。

（2）運行智能報警技術的規范化：完成監控系統接入數據規范建設，對監控系統設備信息命名、監控畫面、設備操作、報警字符串定義、動態符號定義、動態字符串組定義、動態顏色組定義、事故/故障光字牌等進行規范，實現報警信息規范化，減少報警信息二義性。

2.2 運行智能報警技術研究的原則

（1）安全性：監控系統下位機新增的報警智能化程序不能影響原有監控系統下位機PLC性能，以保障監控系統能夠安全穩定運行。

（2）可靠性：設備定值的確定，報警模型的建立，均需充分考慮各電廠設備的性能、設備運行方式等因素，確保報警智能化程序能夠可靠地運行，不誤報警，不漏報警。

（3）可拓展性：在前期的實踐應用基礎上，通過電廠側持續新增實采數據，不斷完善報警模型庫，以一維報警模型為重點，先建立一維的報警模型，由點到面，由一維建模向二維、甚至多維建模擴展，不斷持續完善創新，同時報警智能化程序編寫盡可能采用梯型圖方式，便于后期的拓展。

3 運行智能報警技術研究

3.1 集中監控接入數據規范

為解決集控電廠報警信息命名不統一、不規范、不明了，本文以電網設備通用模型數據命名規范和電力系統廠站主設備命名規范為依據，編制一套集中監控接入數據規范，該規范根據各集控電廠機組及其相關設備類型的分類及特性，對監控系統設備信息命名、監控畫面、設備操作、報警字符串定義、動態符號定義、動態字符串組定義、動態顏色組定義、事故/故障光字牌等進行了規范[1，2]。表1為集中監控接入數據規范實施前后監控系統數據庫報警命名，從表1中可以看出，經集中監控接入數據規范后，將設備定值、報警類型、單位等內容與數據庫中的信息緊密結合，使運行值長能夠清楚明白報警信息的內在涵義。為更好的區別報警信息，辨識報警信息的重要程度，該規范對監控系統設備報警分級進行了規范，設備報警分為三級，并用不同的顏色區分。

表1 上位機數據庫修改前和修改后的漢字名

3.2 運行智能化報警模型庫

目前計算機監控系統及各類輔機控制系統均缺少系統實時運行自診斷或集成診斷與分析，在此現狀下，需要發電運行人員敏銳感知一切異常信號（時刻不停地盯盤）并進行相關信號（巡屏）查找后綜合分析與判斷，運行人員值班的工作強度與壓力非常大。通過收集整理各集控水電廠日常運行、調試過程、電力系統內相關的不安全事件，并綜合運行及專業人員事故預想；充分融合運行、維護人員的優秀經驗，從運行分析、運行方式安排、趨勢分析及系統間協聯四個維度進行深入分析，研究實時預判手段及措施，建立監控系統上、下位機運行智能化報警模型庫，在監控系統上、下位機上開發運行智能化報警邏輯，實現對發電運行設備風險的自動判斷和識別。

根據集控電廠設備的分類，將智能化報警模型庫分別建立機組、公用、開關站、閘門、系統LCU模型庫，共計937個運行智能化報警模型庫。其中機組LCU標準模型庫共計390個模型，公用LCU下位機標準模型庫共計149個模型，開關站LCU下位機標準模型庫共計158個模型，閘門LCU下位機標準模型庫共計224個模型，系統LCU上位機標準模型庫共計16個模型。機組LCU模型庫主要包括開/停機（正常/異常）、有無功負荷調整、主變、發電機、勵磁、調速器、供排水系統、輔機等模型，如表2所示。公用LCU模型庫主要包括直流系統、高低壓氣系統、排水系統等模型，如表3所示。開關站LCU模型庫主要包括分合開關、GIS氣系統、直流系統等，如表4所示。閘門LCU模型庫主要包括分合開關、消防水系統、弧門系統、柴油發電機系統等，如表5所示。系統LCU模型庫主要包括電廠與集控對時不一致、與集控電力鏈路中斷等，如表6所示。

目前已建立了混流式機組、燈泡貫流式機組、軸流轉漿式機組智能化報警模型庫，各個電廠可根據設備情況，按照標準模型庫進行建模，并進一步地完善開發。同時為確保實現模型庫中的功能，在實際實施過程中，需要考慮電廠各系統的定值設置、設備的特性等，降低誤報的概率。

表2 機組LCU智能化報警典型模型庫

表3 公用LCU智能化報警典型模型庫

表4 開關站LCU智能化報警典型模型庫

表5 閘門LCU智能化報警典型模型庫

表6 系統LCU智能化報警典型模型庫

4 集控建設和運行智能報警技術應用

4.1 集控建設應用效益分析

五凌集控中心通過實施“一人一席多廠”的“區域值班員”，五凌公司13個水電廠僅需36個值班員，較傳統的“一人一席一廠”的遠程集控值班方式可減員48人，較目前電廠現地值班方式則一共可減少運行人員近200人，為新廠及水電服務業提供了大量技術骨干，直接創造經濟效益每年2 000萬元以上。

同時，五凌集控中心自成立以來，以流域梯級電廠遠程集控為基礎，積極開展流域梯級水庫優化調度，實現發電效益最大化，2010年至2019年13個常規水電累計發電1156億kW·h，水庫優化調度增發電量3%～5%，累計增發電量43.67億kW·h，增加收入超13億元，經濟效益顯著，集控優勢顯現。

4.2 運行智能報警技術應用報警數量分析

五凌集控中心協同各試點電廠，分別于2019年4月、9月完成了碗米坡、掛治兩廠運行智能報警技術研究與應用，圖7、圖8分別為碗米坡電廠和掛治電廠運行智能報警應用前后報警數量對比，從圖中可以看出，運行智能報警實施前，碗米坡電廠1 d報警量約1 000～16 000條，掛治電廠1 d報警量約600～27 000條，運行智能報警應用后，碗米坡電廠1 d報警量約40～350條；掛治電廠1 d報警量約80～350條，通過精準定義集控電廠事故和故障信息點，且僅將事故及故障點納入單獨報警窗口中呈現，使事故及故障動作狀態下的報警信號才存于“報警一覽表”窗口中報警，并通過開發上、下位機智能化報警邏輯后，相比應用前，報警數量減少90%以上，大大減少了集控運行值班人員報警監視數量，降低報警信息遺漏的概率，同時通過新增智能化報警模型，有助于及時發現電廠設備缺陷。

4.3 運行智能報警技術應用案例

自2019年在碗米坡電廠和掛治電廠實施運行智能報警后，及時發現下述典型隱性設備缺陷：

（1）4月21日03:34，碗米坡電廠新增智能化報警點“新碗米坡公用高壓氣系統氣機運行間隔時間過短動作、兩臺高壓氣機同時運行動作”，檢查發現2號高壓氣罐控制主用氣機啟動插頭松動設備隱患，經處理后恢復正常。

（2）4月28日23：27，碗米坡電廠2號機備用狀態下，新增智能化報警點“2號機組停備狀態下油泵運行時間過長動作、2號機組調速器油壓裝置控制柜啟備泵動作、2號機組兩臺油泵同時運行動作”，檢查發現2號壓油泵組合閥閥芯卡死導致2號泵啟動后無法建壓重要設備隱患，經解體清掃后恢復正常。

（3）9月14日15:55，掛治電廠新增智能化報警點“高壓氣機自動輪換異常動作”，1號高壓氣機連續運行兩次，經檢查提前發現高壓氣機PLC計數器存儲已滿，將計數器清零后，高壓氣機輪換恢復正常。

表7 碗米坡電廠運行智能報警應用實施前后報警數量對比

表8 掛治電廠運行智能報警應用實施前后報警數量對比

（4）10月10日23：15，掛治電廠新增智能化報警點“1號機機組停備狀態時頂蓋排水泵運行間隔過短”動作，現場檢查導葉軸套漏水量變大，報警提醒及時。

5 結語

集控中心海量的報警信息，容易造成集控值班人員對重要報警的遺漏、誤解與誤判的現象，通過編制實施集中監控接入數據規范，使得報警信息簡單明了，通過深入分析水電廠設備運行規律、歷史設備事故以及設備故障情況，建立完善智能化報警模型，開發相應的智能報警邏輯程序，并成功在碗米坡電廠、掛治電廠進行實施應用。實施結果表明，開展運行智能報警應用后可以大大減少上位機報警數量，減輕運行人員的監盤壓力，實現對發電運行設備風險的自動判斷和識別，推動監盤方式由人工分析判斷向機器智能化轉變，有效地提高安全管理水平，有效實現智慧運行、智慧集控，同時也為公司生產智能決策系統建設，實現智慧檢修提供有力支撐。