梯級小水電集控中心的建設與研究

李 闖，龔傳利

（1.五凌電力集控中心，湖南 長沙 410000；2.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038）

0 引言

隨著云南鎮康梯級小水電開發建設項目的完成，各廠站監控、水調、電能計量、繼電保護與安全防護等自動化系統獲得廣泛應用，技術也趨于成熟，為建立梯級小水電遠程集控中心打下了良好的基礎。開展流域梯級集控中心建設，實現多站遠程集控，聯合調度、經濟運行，減員增效，提升員工生活品質，具有十分重要的現實意義。

1 流域電站概述

鎮康湘源水電開發有限公司主要開發臨滄南片（猛撒）河梯級電站，共投產5個梯級電廠，南片河梯級電站位于臨滄市鎮康、耿馬兩縣南捧河一級支流上。

（1）木場采用引水式設計，不具備調節能力，總裝機4.8 MW，廠房位于鎮康縣木場鄉，壩址位于木場鄉南片河上游。

（2）打窩采用徑流式設計，不具備調節能力，總裝機18.9 MW，進水壩位于鎮康縣木場鄉大干溝村的南片河上。

（3） 板橋采用引水式設計，不具備調節能力，總裝機8 MW，廠房位于鎮康縣木場鄉，壩址在木場鄉金竹林村上游。

（4）硝塘采用徑流式設計，不具備調節能力，總裝機8 MW，廠房位于鎮康縣木場鄉，壩址在木場鄉中場村上游。

（5）營盤為引水式設計，不具備調節能力，總裝機8 MW，廠房位于鎮康縣木場鄉內，壩址在木場鄉猛勘河上。

2 建設的目的和意義

項目以實現云南鎮康所屬多流域水電站數據的采集、遠程集中監視和控制(SCADA)、經濟調度、歷史數據存儲、分析為目的。利用多流域多電站的聯合運行，整合全流域水資源，合理分配各廠站實時負荷，達到防汛、發電綜合效率最大化，逐步實現“無人值班、少人值守、夜間關門”的管理模式，增強員工歸屬感和企業以人為本的文化。

3 系統設計原則與結構

對于小型梯級調度中心項目來說，建設周期、投入資金及運維人力均無法做到與中、大型梯級調度中心一樣面面俱全，故集控中心的建設應綜合考慮投入和產出、地理環境及電站運行檢修的便利，以及流域內電站實現“無人值班、少人值守、夜間關門”運行管理模式的需要，采用擴大廠站模式和梯級集控中心相結合的配置方案，將集控中心建設在交通便利、人員集中的廠站附近，對其他梯級廠站進行遠方監視，優化調度，既可以充分發揮集中調度的優勢，又能降低人力資源成本。

3.1 設計原則

（1）按照“少人值守、夜間關門運行”的原則進行集控中心的總體規劃、設計和軟硬件配置，廠站側預留考慮必要的應急處置設備。

（2）系統采用開放的分層、分布結構，在集控中心各系統的長期運行中，系統結構應保證夠先進、易運維、可擴展和便移植，同時充分考慮系統資源的利用和投資收益。

（3）集控遠程監控系統作為生產控制大區應嚴格執行國家能源局安全【2014】年317號《電力行業網絡與信息安全管理辦法》和GB/T 36572-2018《電力監控系統網絡安全防護導則》的要求，做到分區合理、專網專用、橫向隔離、縱向加密。

（4）系統內重要軟、硬件設備的選型和采購應滿足國家網絡安全的要求，充分利用電力行業目前的前沿技術，保障系統的可靠性、安全性、實時性、實用性[1]；同時兼顧可拓展性，以符合電力系統高速發展的需要。

（5）系統應能長期可靠穩定運行，電調、水調等系統根據承載業務的重要程度適當冗余配置，各項指標均應在國家或電力行業的標準之上。

（6）各應用系統平臺以模塊化、結構化設計為基礎，兼顧可擴性，以便日后運維和業務擴展的需要。

3.2 計算機監控系統

鎮康流域水電集控中心計算機監控系統采用分層分布式結構，為保證該項目投入和產出比最大化，結合小水電自身實際情況，本項目根據要求選用“擴大廠站直采、直送、直控”模式，簡化電廠控制層（設置僅配置一臺應急操作員站）配置[1]。集控中心與廠站監控系統網絡IP地址規劃應在同一網段，集控遠程監控總站可直接與各廠站現地控制單元進行通信，實現集控與廠站側數據的直采、直送、直控。集控中心網絡拓撲如圖1所示，廠站側網絡拓撲如圖2所示。

此模式特色如下：

（1）減員增效。新運管模式下，各電站中控室僅需設置一臺應急操作站，無需再進行常態化的監屏和操作，可大大降低人力資源成本。采用該模式后，集控中心可實時掌握直調廠站的狀況，對機組進行統一調度和充分利用，達到減員提效的新成果。

圖1 云南鎮康流域集控中心網絡拓撲圖

圖2 云南鎮康流域各廠站側網絡拓撲圖

（2）節約投資。新運管模式下，各廠站側可減少監盤、電能計量和水情等業務服務器的配置，避免了設備的重復投入，減少了日常運維，成本得到較好控制。

（3）優化運維管理。新運管模式下，監控和運維模式將得到徹底改變，可合理調配維護人員對各廠站進行狀態檢修和設備管理。

（4）規范業務流程。集控中心將匯集直調廠站各業務數據、集中分析和統籌出口，規范各廠站設備運行信息管理和整理任務。

3.3 網絡安全防護

根據《電網和電廠計算機監控系統及調度數據網絡安全防護規定》和《電力監控系統安全防護規定》的要求，需保證安全級別最高的計算機監控系統不受安全等級較低系統的影響，與安全級別較低的其他系統有足夠的安全隔離，不允許其他系統直接訪問計算機監控系統的信息，確保系統具有安全可靠性[2]。

系統需實現主機加固及審計功能。通過合理地設置系統權限、關閉非必要的遠程訪問端口，禁止不必要的應用和服務，定期更新系統補丁，消除系統預留后門。

系統的管理上采取多樣防范措施，嚴控非法使用系統的軟硬件資源。做到病毒庫的及時更新和定期查殺，病毒的防護需覆蓋電力二次系統的所有服務器和工作站，嚴防各種網絡病毒的侵入與擴散。

3.4 電能計量系統

電能計量系統通過電力非實時網絡，采用標準TCP/IP傳輸協議，實現遠程終端數據的采集、統計分析、可視化展示等功能。針對不同的系統和應用、不同的數據庫管理系統、不同的數據類別和數據量，綜合考慮接口的可靠性、安全性、維護的方便性、數據傳輸效率等因素，系統通過接口服務器，采用不同的接口方式（中間庫接口方式、報文傳輸數據方式、直接登錄其他系統數據庫）實現數據的集成和共享[3]。并為后期各場站的生產運營情況進行深度統計分析以及逐步向狀態檢修模式過渡提供部分數據基礎。

3.5 工業電視系統

水電站視頻監控系統以其直觀、方便、信息內容豐富而被廣泛應用，其采用圖像方式遠程監視電站各設備的運行狀態，使運行人員在集控中心便可監視整個梯級廠站內外的情況，在減輕工作人員的勞動量和勞動強度的同時，也能與廠站側滅火、監控等系統等進行聯動、及時發現各種危險狀況，提醒值班人員，制止事故的發生。

3.6 供電系統

電力供用系統是集控中心監控、電能、通信等系統的不可分割的一部分，常被稱為各系統的“心臟”，在相關系統中占有極為重要的地位。如果供電系統發生故障，會導致被供電系統全部癱瘓，將給集控中心造成巨大的經濟損失和不良社會影響。因此，對于流域梯級集控中心而言，在一定意義上，不間斷電源建設需作為保障各系統正常運作的頭等大事。

4 集控中心功能與目標

云南鎮康梯級電站遠程集控中心監控系統是實現梯級商業化運營、經濟運行和優化調度的基礎設施，為實現梯級小水電站群集中控制、集中監視、協調運行、保證各電站和電網安全、穩定可靠運行提供了有效的技術手段[4]。

根據“無人值班、少人值守、夜間關門運行”的原則，逐漸實現對現地及遠方（集控中心）設備的狀態監控，集控中心側進行監控、供電、通信系統的冗余配置，各電站僅配置一套應急處置系統。集控側負責對調控中心與廠站日常操作、安全監視及管理；廠站監控系統只采集、監視來自本廠站的運行信息和數據，而不對控制對象進行控制操作，僅當集控中心計算機監控系統故障或失效或要求啟用廠站系統時，控制調節權交由廠站控制，以實現整個梯級電站群安全穩定、遠程集控、聯合經濟運行、水能綜合利用效益最大化的目標。

5 系統建設的問題與解決思路

（1）云南鎮康流域梯級各小水電所處大山深處，地理位置較為偏僻，其中一個電站方圓幾公里無通信運營商基站，集控中心與廠站的運營商備用通信通道無法搭建。后經現場勘察，仔細分析討論，巧妙地采用“分段租用電力、電信通道”方式，較好解決備用通道問題。電力、電信雙通信通道冗余配置，有效保障重大設備設施的安全穩定運行。

（2）一般而言，梯級電站與調度部門通信采用直采直送，集控中心的建立必然改變現有電站與調度的通信聯系方式，采用集控統一調度和統一上送模式。參考多個已投運梯級電站群的運維經驗，唯有在技術和管理上做到廠網密切合作，方才能達到廠網雙贏局面。

（3）梯級流域開發公司搭建集控中心面臨的首要問題就是調度關系的轉變。當前實現方式是集控中心接受并執行電網調度對單個電站的指令，電站運行方式由電網決定[4]。雖然調度關系實質上未變，但流域公司與電站的監控水平將大大提高，從而進一步優化調度和經濟運行。

6 結束語

隨著國家“2030碳達峰、2060碳中和”進程的不斷推進，“無人值班，少人值守，夜間關門運行”的管控模式將成為各梯級電站運管的理想選擇。文中研究了梯級小水電經濟運行指導意見，結合其現有的人員及網絡組織架構，對前期勘測中發現的問題給出了相應的解決建議，可為后期同類項目建設提供借鑒。

梯級小水電集控中心建設后可降低各梯級電廠發電成本，提高水利資源效率和流域整體規模效益，提升綜合運維管理效能，保障梯級電廠發電效益的最大化。