劉 鄧，何堯璽，許利文，段堯彬，鄭林祥，蘇 健

(中國長江電力股份有限公司，云南 昆明 650000)

昆明調控中心是三峽水利樞紐梯級調度通信中心(簡稱“三峽梯調”)的區(qū)域調控中心，同時也是烏東德-白鶴灘梯級電站的遠方集中調度控制中心，實行“調控一體化”管理，負責梯級水庫及電站的實時監(jiān)視與集中控制[1]。為加強水電業(yè)務的協(xié)同性，提升水電聯(lián)合調度的能力，三峽梯調提出了在昆明調控中心建設“水電一體”的綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)一個系統(tǒng)調度梯級水庫及電站主要設備。

1 工程簡介

烏東德水電站位于四川省涼山州會東縣和云南省昆明市祿勸縣交界的金沙江河道上，是金沙江下游四大世界級巨型水電站—烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩水電站的第一個梯級。烏東德水電工程具有多項世界級稱號：大壩單位壩頂弧長泄量世界第一、地下廠房高度世界第一、尾水調壓室開挖半徑世界第一、導流洞開挖斷面世界第一、導流洞高度世界第一、水輪發(fā)電機組單機容量世界第二、拱壩高度世界第六、電站規(guī)模世界第七。電站左右岸各6臺水輪發(fā)電機組，單機額定容量850 MW，總裝機容量10 200 MW，多年平均年發(fā)電量389.1億kW·h。按照工程建設進度，已于2020年6月底開始首批機組投產發(fā)電。

白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣交界的金沙江河道上。白鶴灘水電工程具有多項世界級稱號：單機容量世界第一、圓筒式尾水調壓井規(guī)模世界第一、地下洞室群規(guī)模世界第一、300 m級高壩抗震參數(shù)世界第一、無壓泄洪洞群規(guī)模世界第一、裝機容量1 600萬kW世界第二、拱壩總水推力1 650萬t世界第二、拱壩壩高289 m世界第三、樞紐泄洪功率世界第三。白鶴灘水電站是“西電東送”的骨干電源點之一，電站左右岸各8臺水輪發(fā)電機組，單機額定容量1 000 MW，總裝機容量16 000 MW，多年平均年發(fā)電量624億kW·h。按照工程建設計劃，將于2021年7月開始蓄水發(fā)電。

2 系統(tǒng)的建設實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)的架構配置

昆明調控中心“水電一體”自動化系統(tǒng)由中水科水電科技開發(fā)有限公司和南瑞集團有限公司相互配合，以昆明區(qū)域的電調自動化監(jiān)控系統(tǒng)及水調自動化系統(tǒng)[2]為基礎，在基于電調自動化監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一操作界面下，實現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)統(tǒng)一展示、服務調用、交互計算，構建面向用戶的水電調功能一體化業(yè)務平臺，完成對梯級水庫及電站主要設備的聯(lián)合調度。系統(tǒng)的功能分布在系統(tǒng)不同的功能節(jié)點計算機中，每個功能節(jié)點嚴格執(zhí)行指定的任務，并通過局域網實現(xiàn)聯(lián)結。對于重要的功能節(jié)點，計算機采用冗余或集群配置[3]。

系統(tǒng)網絡由三個網絡區(qū)域構成：系統(tǒng)主干網絡區(qū)域、系統(tǒng)對外通信數(shù)據(jù)交換網絡區(qū)域、系統(tǒng)應用及培訓網絡區(qū)域。系統(tǒng)主干網絡區(qū)域采用冗余雙網結構連接系統(tǒng)主要功能節(jié)點，以1 000 Mbps以太網交換機構建高速局域網絡。系統(tǒng)對外通信數(shù)據(jù)交換網絡區(qū)域由冗余雙網結構的100 Mbps以太網交換機構成。系統(tǒng)應用及培訓網絡區(qū)域由單臺100 Mbps以太網交換機構成單以太網結構。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集與處理

系統(tǒng)通過網絡通信采集各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，主要包括：國調、南網總調下發(fā)的調度指令及控制命令；烏東德、白鶴灘電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)上送的實時運行信息，如設備運行狀態(tài)、開關位置、運行參數(shù)、電能量數(shù)據(jù)、故障異常、保護動作與出口、電源監(jiān)視等；昆明水調自動化系統(tǒng)發(fā)送的庫區(qū)和壩區(qū)的水位、雨量、流量、壓差、測站工況，以及出入庫流量、平滑流量、機組發(fā)電流量等數(shù)據(jù)；昆明機房動力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)及其它電力二次輔助系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進行智能處理，具體包括：越限及可用性檢查；事件順序記錄處理；數(shù)據(jù)轉換，生成實時數(shù)據(jù)庫；智能報警篩選，形成各類報警記錄，并根據(jù)篩選級別進行語音報警；形成基于不同應用的無主全分布式數(shù)據(jù)庫結構；根據(jù)不同功能節(jié)點的應用需求不同，加載不同的實時數(shù)據(jù)庫；生成報表及趨勢曲線圖；形成分時計量電度記錄和區(qū)域功率總加記錄；設備動作次數(shù)和運行時間的統(tǒng)計；電力市場輔助服務(一次調頻、AGC/AVC、無功補償?shù)?相關信息統(tǒng)計。

2.3 水電調數(shù)據(jù)交換原則

水調自動化系統(tǒng)與電調自動化監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換主要包含閘門指令、閘門狀態(tài)、機組狀態(tài)、機組出力、水情數(shù)據(jù)、發(fā)電計劃等各種信息。為提高數(shù)據(jù)交換的可靠性，并滿足二次安防的安全區(qū)穿越規(guī)定[4]，通過在安全Ⅱ區(qū)構建綜合數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)昆明區(qū)域內各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。在綜合數(shù)據(jù)平臺上建立水電調數(shù)據(jù)交換庫，水調與電調系統(tǒng)各自負責向交換庫中寫入本系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)點號與本系統(tǒng)保持一致，并有準確的時標和狀態(tài)點定義，符合時效性要求，并滿足雙方約定的數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)接收方負責對交換數(shù)據(jù)的轉換及數(shù)據(jù)清理[5]。

2.4 水庫調度功能調用原則

水庫調度應用功能由水調自動化系統(tǒng)基于Thrift框架開發(fā)設計調用服務，提供應用服務接口，供電調自動化監(jiān)控系統(tǒng)中一體化業(yè)務平臺調用。應用服務接口包含水務計算、流量平滑、閘門查算、報文拍發(fā)、曲線查詢、數(shù)據(jù)修改等，見圖1。服務接口一方面連接到水調自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務總線進行交互，另一面將各類應用功能的輸入輸出數(shù)據(jù)結構體使用Thrift進行封裝。電調自動化監(jiān)控系統(tǒng)將封裝文件轉換成自身的識別語言，直接在電調一體化平臺中調用執(zhí)行。

圖1 水庫調度應用服務

3 系統(tǒng)的主要功能

“水電一體”自動化系統(tǒng)不僅具有對電站設備進行實時監(jiān)視、控制的傳統(tǒng)電站監(jiān)控系統(tǒng)功能[6]，同時還新增了對水庫進行實時監(jiān)視與調度功能。這里將列舉幾項主要功能進行介紹。

3.1 電站設備的遠方控制與調節(jié)

“水電一體”自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了對梯級電站主要發(fā)電設備、泄水設施等的遠方控制與調節(jié)操作。主要包括：機組的正常開、停機操作及緊急停機操作；機組進水口閘門的啟、閉操作；斷路器、隔離開關及接地刀閘的分、合操作；單臺機組的有功功率、無功功率調整；泄水閘門開度控制；梯級各電站總有功功率、總無功功率的設定等。并且還配置了防止誤操作電站、防止越權操作、防止誤操作設備、防止帶地線(接地刀閘)合閘等功能。

3.2 智能監(jiān)視與報警

“水電一體”自動化系統(tǒng)具有智能監(jiān)視與報警功能，采取了多種技術和措施，如報警信號智能分級、信號智能檢索、智能報警、設備運行趨勢分析、后臺事件記錄分析查詢、自動巡檢、設備缺陷管理等，來保障電站設備的安全運行。并對每個設備對象均建立設備信息畫面，各類報警、變位、越限、操作歷史信息均與設備對象進行關聯(lián)，可根據(jù)設備信息方便進入相關畫面。

報警信號智能分級：系統(tǒng)根據(jù)調度管理設備信號的重要性進行合理分級，實現(xiàn)對重要信號的重點監(jiān)視，并建立設備報警對象樹，對報警信號按設備逐級分類，建立分層分級的立體數(shù)據(jù)監(jiān)視平臺。當設備發(fā)生報警時，報警燈或設備對象閃爍并展現(xiàn)報警級別，點擊可追溯查找具體哪個子設備導致的報警，實現(xiàn)對報警信號的快速定位，并且可瀏覽該設備或被選中子設備在某時間段的事件、操作列表。

智能報警：系統(tǒng)以實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫為基礎，通過頁面報文、語音提示、設備信號燈等方式，對設定的信號級別進行報警。對電站主要設備突發(fā)故障進行快速定位，并以明顯的報警閃爍提示在系統(tǒng)畫面中定位故障設備。

智能檢索：根據(jù)關鍵字、時間段、主設備對象等便捷的檢索策略，高效、快速的查詢到指定設備運行信息。

3.3 水庫運行監(jiān)視與調度

系統(tǒng)可對梯級兩個水庫運行情況進行實時監(jiān)視，主要包括：長江流域主要電站地理位置分布情況及其水庫重要運行信息、流域重要測站信息、烏東德-白鶴灘梯級水庫運行情況等通過曲線與數(shù)據(jù)表格的方式進行實時展示，具體展示數(shù)據(jù)包括：預報來水、出/入庫流量、上/下游代表水位、左/右岸尾水位、重要測站水位/流量、耗水率，耗水量，機組過流量、閘門泄水量，蓄放流量、機組水頭、上/下游水位日(小時)變幅、泄水設施/疊梁門/攔污柵等運行狀態(tài)及參數(shù)等。

系統(tǒng)通過調用水庫調度功能應用服務接口，進行梯級水庫應用調度，如水務計算：包括瞬時出入庫計算、時段出入庫計算和日出入庫計算，通過調用水務計算服務接口完成計算、查詢、展示。流量平滑：通過調用流量平滑服務接口，實現(xiàn)平滑流量值的寫入與查詢。預報查詢：調用預報查詢服務接口，查詢水調自動化系統(tǒng)中的預報流量值。報文報送：調用報文拍發(fā)服務接口完成報文的拍發(fā)、查詢、修改。閘門查算：調用閘門查算服務接口，實現(xiàn)相應水位下，閘門各開度泄流值的查詢、展示。靜態(tài)曲線查詢：調用曲線查詢服務接口，實現(xiàn)對水位庫容曲線、水位流量曲線、閘門泄流曲線、NHQ曲線、水位面積曲線、機組空載過流曲線、水頭損失曲線、預想出力曲線等曲線的查詢、展示。

4 結 語

烏東德-白鶴灘梯級電站集控中心“水電一體”自動化系統(tǒng)從前期調研到方案設計及最后的正式投運，共歷時3年左右。目前，系統(tǒng)可遠方直接控制和監(jiān)視烏東德電站主要機電設備及泄水設施，隨著明年白鶴灘電站的投產發(fā)電，白鶴灘電站的主要機電設備信息也將接入昆明調控中心，實現(xiàn)遠方控制與監(jiān)視?！八娨惑w”自動化系統(tǒng)的成功建設，實現(xiàn)了少系統(tǒng)完成多任務，減少了實際調度過程中多系統(tǒng)之間的切換、調用，提高了調度效率，提升了生產力。這是一次大膽的創(chuàng)新，打破了傳統(tǒng)的水電站監(jiān)控系統(tǒng)模式，對促進水電事業(yè)的發(fā)展有較大的推動作用。