基于智能自主、人機協同愿景下的智慧電廠建設研究與實踐

靳 帥

(國能大渡河枕頭壩發電有限公司，四川 樂山 614700)

隨著我國經濟步入新常態，電力行業面臨產能過剩，發電市場進入“雙降雙低”通道的新形勢，傳統注重規模效益的發展方式陷入瓶頸。但機遇與挑戰并存，隨著云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能等新技術的涌現，給傳統電力企業帶來了新技術與生產、管理深度融合的契機。在此背景下，國家能源集團大渡河公司結合水電企業特點，在智慧企業體系框架下提出包括智慧電廠、智慧檢修、智慧調度、智慧工程四大業務單元的建設思路。國能大渡河枕頭壩發電有限公司(簡稱“枕頭壩公司”)負責枕頭壩水電站的運營、管理，是大渡河公司智能自主電站建設的首批試點單位，在電力生產及業務管理過程中開展了大量的探索與研究，本文對枕頭壩公司智能自主智慧電廠建設背景、涵義特征、總體思路、實踐成果、管理模式思考等內容進行了系統闡述。

1 建設背景

近年來，大渡河公司大力推動智慧企業建設，根據大渡河流域梯級水電站群的特點，提出了以“智能自主、人機協同”為目標，在數字化、網絡化的基礎上，將先進數字科技與電廠生產運行進行深度融合，并以生產革新帶動管理革新，實現“三化融合”(信息化，管理化及管理現代化的深度融合)，推進新一代智慧電廠建設[1]。

枕頭壩水電站是大渡河干流水電梯級規劃的第19個梯級，作為大渡河流域梯級的重要一環，枕頭壩公司積極響應大渡河公司全面建設智慧電廠要求，結合電站累積多年的實際生產運行經驗，依托前期在信息基礎設施建設方面打下的良好基礎，進一步展開數字化和智能化相關改造升級，全面提升電廠的生產運行效率，同時探索以數字驅動管理變革，全面提升經營管理水平，逐步落實智慧電廠建設要求。

2 總體思路

智慧電廠是以風險自動識別、設備智能運維，系統智能聯動為目標，將信息技術與電廠運行管理深度融合，通過打造智能數據中心、電廠智能管控和決策指揮平臺，實現以數據驅動的自動預判、自主決策、自我演進的柔性組織形態和新型電廠管理模式[2]。按照該目標，枕頭壩公司經過不斷研究論證，制定了枕頭壩智慧電廠的全面規劃建設方案，涵蓋了從頂層設計到實施路徑的總體思路。

2.1 依托理論框架，擬定智慧電廠建設思路

運用智慧企業理論及智慧基因改造工程模型，以智慧電廠藍圖為框架，擬定出智慧電廠建設的規劃思路。

第一步，梳理業務痛點及需求，運用智慧企業建設方法論，按照不同場景分別設計智慧業務能力，從“痛點及需求”角度出發設計“智慧業務能力點”；第二步，以“智慧業務能力點”全覆蓋為目標，將“智慧業務能力點”一一對應至系統或智能裝備，梳理出智能系統清單；第三步，將待建智能化系統清單轉化為項目實施清單，并制定項目投資計劃，通過項目的落地實施實現智慧業務能力點的實現。

2.2 根據需求痛點，設計智慧電廠業務能力點

基于電力生產中的業務實際痛點需求，將枕頭壩電廠智慧業務能力劃分為五層，從基礎往上依次為：設備智能層、系統智能層、作業智能層、生產智能層、電廠管理層。

設備智能層對應智慧業務能力的“泛在感知”場景，主要包含實現設備狀態感知和自主運行的能力。

系統智能層對應智慧業務能力的“數字孿生”和“多系統聯動”場景，通過各種數字化手段實現控制單元的智能化升級，實現多系統之間聯動控制，構建基于設備機理的數字孿生云端電廠。

作業智能層對應智慧業務能力的“無人巡檢”、“智能操作”、“智能作業輔助”三大場景，實現電廠運行監盤、巡檢、操作、定期輪換/試驗、消缺、檢修、事故處理及作業現場智能化管理等作業行為的智能化。

生產智能層對應智慧業務能力的“安全風險管理”和“智能生產管理”場景，對設備管理、檢修管理、缺陷管理、安全風險管理、備品備件及工器具管理等生產管理活動提供智能化支持。

電廠管理層對應智慧業務能力的“電廠駕駛艙”場景，基于領導層的視野，實現智慧電廠的宏觀態勢整體管控能力，其核心包括生產態勢管理、所有安全生產風險的集中管控，以及應急指揮的一體化管控能力。

2.3 按照階段目標，規劃業務能力落地路徑

結合枕頭壩電站實際情況，將智慧電廠建設劃分為三個階段。根據階段目標，結合項目實施難度及需求優先級，按照“急用優先、基礎先行”，“分期實施、先易后難”，“推廣典型、打造亮點”的原則，分步進行智慧業務能力對應項目的建設及升級。

數字化轉型階段，通過數字化轉型，實現全面感知、全面互聯，形成電廠數據中心；智能化運營階段，實現運維智能化、系統集成聯動，促使電廠運行更加智能化；智慧化管理階段，實現數字驅動管理、人機系統作業、智能輔助決策等目標。

3 實踐成果

依托于智慧電廠建設規劃方案，枕頭壩逐步開展了具體項目的實施。通過建設和不斷完善多個場景下的智能自主平臺，逐步將傳統的作業人員從簡單重復勞動中解放出來，轉向開展數據分析、故障決策庫制定等附加值較高的工作，為電力生產安全穩定運行提供更充分的保障。

3.1 安全管控方面

智能安全風險管控平臺主要為安全監察工作提供智能支持，將傳統的依靠人工現場檢查的方式轉換為基于數據管理的智能監察方式。通過安全風險智能管控系統(智能安全帽)輔助安全管理人員及時全面把控安全生產態勢及危險因素，支撐安全管理策略制定[3]，有效提升了安全管理水平，實現了對現場人員作業全過程監控及預警提醒，建成投運的智能鑰匙和智能安柜系統，實現了對防誤操作和設備管理的閉環；智能安全帽系統與安全風險管控數據中心的聯動，實現對現場安全風險的全面感知及動態管理，提升電廠的本質安全管理水平。

3.2 設備管控方面

通過建設綜合數據平臺系統，實現了全廠數據的匯聚，歸整上送大渡河公司“云平臺”[4]數據2萬余項；開發了36類智能運行分析報表，實現自動抄錄、自主分析，工作效率和數據的準確性大幅提升；開發了每日電量和水情信息自動發送功能，解決了人工手動抄錄、計算、編輯、發送問題，切實減輕了一線員工的工作負擔；實現了多系統聯動功能，在設備出現異常運行情況時自動聯動相關設備，避免事故擴大，提升了設備智能自主水平。

3.3 運行管控方面

積極開展智能自主巡檢平臺的建設研究，目前已投運的智能巡檢機器人實現了對發電機層和電氣夾層的561個巡檢點位的定期巡回，全站單次巡回時間減少40 min，常規巡檢項目減少67%，有效降低了運行人員日常工作量；正在研究的基于計算機視覺的水電管路、一次設備缺陷智能識別系統將進一步提升自主巡檢能力；同時利用了工業電視系統輔助現場設備巡檢，及時全面掌握設備運行狀況。

3.4 智能控制方面

當前大部分的操作由系統自動完成或人在上位機一鍵操作完成，但仍有部分操作需要人在現場完成。未來在符合電力安全生產規范的前提下，將逐步改造現有人工操作場景，實現全場景上位機一鍵操作；同時在條件允許下，通過視頻分析手段替代人工現場確認操作。

1)魚道智能自主控制。獨立研發并投運的魚道閘門控制系統，實現了庫區水位與魚道出口閘門自動聯調，為魚類生態安全提供了充分保障；通過魚道控制系統與廠內監控系統的遠距離通信及交互，實現了系統的自主運行和智能感知，極大地減輕了重復性人工工作[5]。

2)泄洪閘應急自動控制。針對電站大流量、小庫容、生態環保要求高的特點，建設了具有下游河道生態安全防護功能的泄洪閘應急控制系統。通過建立徑流式水電站閘門應急控制數據模型，實現了庫區水位大變幅、負荷突變和系統失電后的自動應急響應，保障了下游河道的生態安全[6]；研發了泄洪預警廣播聯動功能，為下游人民群眾生命財產安全提供保障。項目成果先后獲得中國電力建設協會科技進步三等獎和2020年電力行業電氣自動化技術創新成果獎。

4 結 語

本文基于枕頭壩智慧電廠探索與實踐，對智慧電廠建設過程中的基本概念特征、總體思路、實踐成果，管理思路等方面進行總結，以自身在電廠智慧化建設方面的經驗來拋磚引玉，期望在不久的將來，集業內眾多專家之力，在現有成果基礎上積極推動制定智慧電廠領域的技術標準、管理標準及成熟度評價模型，推動電力行業發展升級。智慧化建設是大勢所趨，也是傳統工業企業推動管理變革的必由之路，隨著智能技術與智能化系統在智慧電廠的落地應用，生產力得到較大發展，將加快推動生產關系的變化，也將對電力生產的組織管理模式產生重大影響。