謝源強(qiáng)，龔傳利

（1.五凌電力有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司，北京 100038）

0 引言

五凌電力有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)公司）先后在沅江流域建成五強(qiáng)溪、凌津?yàn)?、洪江、碗米坡、三板溪、掛治、白市、托口、落水洞?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(guī)水電總裝機(jī)容量469.5萬(wàn)kW。同時(shí)積極探索流域梯級(jí)電站遠(yuǎn)程集控工作，2003年啟動(dòng)梯調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)，2006年開(kāi)始對(duì)沅江梯級(jí)電站實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度管理，2010年3月成立發(fā)電集控中心，至2020年6月五凌集控控制電廠13個(gè)，受控機(jī)組56臺(tái)，受控容量469.5萬(wàn)kW，是國(guó)內(nèi)實(shí)際控電廠和機(jī)組臺(tái)數(shù)最多的集控中心。

1 智能報(bào)警研究背景

公司集控中心具有“全采、全送、全監(jiān)、全控”和區(qū)域集中值班的特點(diǎn)，各廠站的接入數(shù)據(jù)（涵蓋從上位機(jī)的報(bào)警命名、分級(jí)、畫(huà)面、閉鎖、計(jì)算到下位機(jī)的實(shí)點(diǎn)、虛點(diǎn)、順控流程等）由于建設(shè)時(shí)間、運(yùn)維習(xí)慣、設(shè)備特點(diǎn)等原因沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，隨意性較大，在集控層面集中表現(xiàn)為報(bào)警數(shù)量多、雜、亂，大大降低了集控值班人員的值班效率。各個(gè)集控電廠報(bào)警信息不規(guī)范，可能導(dǎo)致報(bào)警信息二義性，集控值班人員無(wú)法準(zhǔn)確無(wú)誤掌握設(shè)備狀況；報(bào)警信息過(guò)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(yùn)行和維護(hù)人員。

此外，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警方式為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的一維方式，系統(tǒng)本身不具備分析預(yù)判功能，需要值班人員憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析判斷，在公司一人一席多廠海量報(bào)警及專(zhuān)業(yè)人員不斷稀釋的背景下，集控值班監(jiān)盤(pán)壓力與日俱增，安全生產(chǎn)管理水平無(wú)法得到持續(xù)改進(jìn)提高；同時(shí)五凌集控具有橫跨“網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)”及多廠區(qū)域值班的特色模式，如遇多級(jí)調(diào)度同時(shí)下令開(kāi)/停機(jī)組臺(tái)數(shù)較多時(shí)，集控區(qū)域值班人員無(wú)法兼顧實(shí)時(shí)監(jiān)控，容易遺漏重要報(bào)警信息。

2 運(yùn)行智能報(bào)警技術(shù)研究的總目標(biāo)與原則

2.1 運(yùn)行智能報(bào)警技術(shù)研究的總目標(biāo)

通過(guò)制定監(jiān)控接入數(shù)據(jù)規(guī)范，規(guī)范監(jiān)控接入報(bào)警信息，建立智能化報(bào)警模型庫(kù)，在下位機(jī)及上位機(jī)開(kāi)發(fā)智能化報(bào)警邏輯，將報(bào)警方式提升為點(diǎn)到面的二維方式甚至三維方式，由系統(tǒng)代替運(yùn)行人員對(duì)報(bào)警進(jìn)行分析預(yù)判，直接反饋結(jié)果，進(jìn)一步提高集控運(yùn)行值班的可靠性，降低集控值班人員誤判的概率，減少報(bào)警數(shù)量，有效地減輕運(yùn)行值班人員的監(jiān)盤(pán)壓力，推動(dòng)監(jiān)盤(pán)方式由人工分析判斷向機(jī)器智能化轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)電廠設(shè)備報(bào)警數(shù)據(jù)的規(guī)范化和智能化，有效實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)行、智慧集控，同時(shí)也為公司生產(chǎn)智能決策系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)智慧檢修提供有力支撐。

運(yùn)行智能報(bào)警技術(shù)研究應(yīng)注重系統(tǒng)設(shè)備診斷智能化、報(bào)警信息規(guī)范化，能夠充分體現(xiàn)公司的智慧集控，總目標(biāo)具體如下：

（1）運(yùn)行智能報(bào)警技術(shù)的智能化：完成報(bào)警智能化模型庫(kù)建設(shè)，開(kāi)發(fā)報(bào)警智能化程序，實(shí)現(xiàn)故障診斷智能化，推動(dòng)監(jiān)盤(pán)方式由人工分析判斷向機(jī)器智能化轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)電廠設(shè)備報(bào)警數(shù)據(jù)智能化，實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)行、智慧集控。

（2）運(yùn)行智能報(bào)警技術(shù)的規(guī)范化：完成監(jiān)控系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)規(guī)范建設(shè)，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備信息命名、監(jiān)控畫(huà)面、設(shè)備操作、報(bào)警字符串定義、動(dòng)態(tài)符號(hào)定義、動(dòng)態(tài)字符串組定義、動(dòng)態(tài)顏色組定義、事故/故障光字牌等進(jìn)行規(guī)范，實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息規(guī)范化，減少報(bào)警信息二義性。

2.2 運(yùn)行智能報(bào)警技術(shù)研究的原則

（1）安全性：監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)新增的報(bào)警智能化程序不能影響原有監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)PLC性能，以保障監(jiān)控系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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

（3）可拓展性：在前期的實(shí)踐應(yīng)用基礎(chǔ)上，通過(guò)電廠側(cè)持續(xù)新增實(shí)采數(shù)據(jù)，不斷完善報(bào)警模型庫(kù)，以一維報(bào)警模型為重點(diǎn)，先建立一維的報(bào)警模型，由點(diǎn)到面，由一維建模向二維、甚至多維建模擴(kuò)展，不斷持續(xù)完善創(chuàng)新，同時(shí)報(bào)警智能化程序編寫(xiě)盡可能采用梯型圖方式，便于后期的拓展。

3 運(yùn)行智能報(bào)警技術(shù)研究

3.1 集中監(jiān)控接入數(shù)據(jù)規(guī)范

為解決集控電廠報(bào)警信息命名不統(tǒng)一、不規(guī)范、不明了，本文以電網(wǎng)設(shè)備通用模型數(shù)據(jù)命名規(guī)范和電力系統(tǒng)廠站主設(shè)備命名規(guī)范為依據(jù)，編制一套集中監(jiān)控接入數(shù)據(jù)規(guī)范，該規(guī)范根據(jù)各集控電廠機(jī)組及其相關(guān)設(shè)備類(lèi)型的分類(lèi)及特性，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備信息命名、監(jiān)控畫(huà)面、設(shè)備操作、報(bào)警字符串定義、動(dòng)態(tài)符號(hào)定義、動(dòng)態(tài)字符串組定義、動(dòng)態(tài)顏色組定義、事故/故障光字牌等進(jìn)行了規(guī)范[1，2]。表1為集中監(jiān)控接入數(shù)據(jù)規(guī)范實(shí)施前后監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)報(bào)警命名，從表1中可以看出，經(jīng)集中監(jiān)控接入數(shù)據(jù)規(guī)范后，將設(shè)備定值、報(bào)警類(lèi)型、單位等內(nèi)容與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息緊密結(jié)合，使運(yùn)行值長(zhǎng)能夠清楚明白報(bào)警信息的內(nèi)在涵義。為更好的區(qū)別報(bào)警信息，辨識(shí)報(bào)警信息的重要程度，該規(guī)范對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備報(bào)警分級(jí)進(jìn)行了規(guī)范，設(shè)備報(bào)警分為三級(jí)，并用不同的顏色區(qū)分。

表1 上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)修改前和修改后的漢字名

3.2 運(yùn)行智能化報(bào)警模型庫(kù)

目前計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及各類(lèi)輔機(jī)控制系統(tǒng)均缺少系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行自診斷或集成診斷與分析，在此現(xiàn)狀下，需要發(fā)電運(yùn)行人員敏銳感知一切異常信號(hào)（時(shí)刻不停地盯盤(pán)）并進(jìn)行相關(guān)信號(hào)（巡屏）查找后綜合分析與判斷，運(yùn)行人員值班的工作強(qiáng)度與壓力非常大。通過(guò)收集整理各集控水電廠日常運(yùn)行、調(diào)試過(guò)程、電力系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)的不安全事件，并綜合運(yùn)行及專(zhuān)業(yè)人員事故預(yù)想；充分融合運(yùn)行、維護(hù)人員的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，從運(yùn)行分析、運(yùn)行方式安排、趨勢(shì)分析及系統(tǒng)間協(xié)聯(lián)四個(gè)維度進(jìn)行深入分析，研究實(shí)時(shí)預(yù)判手段及措施，建立監(jiān)控系統(tǒng)上、下位機(jī)運(yùn)行智能化報(bào)警模型庫(kù)，在監(jiān)控系統(tǒng)上、下位機(jī)上開(kāi)發(fā)運(yùn)行智能化報(bào)警邏輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電運(yùn)行設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的自動(dòng)判斷和識(shí)別。

根據(jù)集控電廠設(shè)備的分類(lèi)，將智能化報(bào)警模型庫(kù)分別建立機(jī)組、公用、開(kāi)關(guān)站、閘門(mén)、系統(tǒng)LCU模型庫(kù)，共計(jì)937個(gè)運(yùn)行智能化報(bào)警模型庫(kù)。其中機(jī)組LCU標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)共計(jì)390個(gè)模型，公用LCU下位機(jī)標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)共計(jì)149個(gè)模型，開(kāi)關(guān)站LCU下位機(jī)標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)共計(jì)158個(gè)模型，閘門(mén)LCU下位機(jī)標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)共計(jì)224個(gè)模型，系統(tǒng)LCU上位機(jī)標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)共計(jì)16個(gè)模型。機(jī)組LCU模型庫(kù)主要包括開(kāi)/停機(jī)（正常/異常）、有無(wú)功負(fù)荷調(diào)整、主變、發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁、調(diào)速器、供排水系統(tǒng)、輔機(jī)等模型，如表2所示。公用LCU模型庫(kù)主要包括直流系統(tǒng)、高低壓氣系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等模型，如表3所示。開(kāi)關(guān)站LCU模型庫(kù)主要包括分合開(kāi)關(guān)、GIS氣系統(tǒng)、直流系統(tǒng)等，如表4所示。閘門(mén)LCU模型庫(kù)主要包括分合開(kāi)關(guān)、消防水系統(tǒng)、弧門(mén)系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等，如表5所示。系統(tǒng)LCU模型庫(kù)主要包括電廠與集控對(duì)時(shí)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(jī)組、燈泡貫流式機(jī)組、軸流轉(zhuǎn)漿式機(jī)組智能化報(bào)警模型庫(kù)，各個(gè)電廠可根據(jù)設(shè)備情況，按照標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)進(jìn)行建模，并進(jìn)一步地完善開(kāi)發(fā)。同時(shí)為確保實(shí)現(xiàn)模型庫(kù)中的功能，在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，需要考慮電廠各系統(tǒng)的定值設(shè)置、設(shè)備的特性等，降低誤報(bào)的概率。

表2 機(jī)組LCU智能化報(bào)警典型模型庫(kù)

表3 公用LCU智能化報(bào)警典型模型庫(kù)

表4 開(kāi)關(guān)站LCU智能化報(bào)警典型模型庫(kù)

表5 閘門(mén)LCU智能化報(bào)警典型模型庫(kù)

表6 系統(tǒng)LCU智能化報(bào)警典型模型庫(kù)

4 集控建設(shè)和運(yùn)行智能報(bào)警技術(shù)應(yīng)用

4.1 集控建設(shè)應(yīng)用效益分析

五凌集控中心通過(guò)實(shí)施“一人一席多廠”的“區(qū)域值班員”，五凌公司13個(gè)水電廠僅需36個(gè)值班員，較傳統(tǒng)的“一人一席一廠”的遠(yuǎn)程集控值班方式可減員48人，較目前電廠現(xiàn)地值班方式則一共可減少運(yùn)行人員近200人，為新廠及水電服務(wù)業(yè)提供了大量技術(shù)骨干，直接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益每年2 000萬(wàn)元以上。

同時(shí)，五凌集控中心自成立以來(lái)，以流域梯級(jí)電廠遠(yuǎn)程集控為基礎(chǔ)，積極開(kāi)展流域梯級(jí)水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)發(fā)電效益最大化，2010年至2019年13個(gè)常規(guī)水電累計(jì)發(fā)電1156億kW·h，水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度增發(fā)電量3%～5%，累計(jì)增發(fā)電量43.67億kW·h，增加收入超13億元，經(jīng)濟(jì)效益顯著，集控優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)。

4.2 運(yùn)行智能報(bào)警技術(shù)應(yīng)用報(bào)警數(shù)量分析

五凌集控中心協(xié)同各試點(diǎn)電廠，分別于2019年4月、9月完成了碗米坡、掛治兩廠運(yùn)行智能報(bào)警技術(shù)研究與應(yīng)用，圖7、圖8分別為碗米坡電廠和掛治電廠運(yùn)行智能報(bào)警應(yīng)用前后報(bào)警數(shù)量對(duì)比，從圖中可以看出，運(yùn)行智能報(bào)警實(shí)施前，碗米坡電廠1 d報(bào)警量約1 000～16 000條，掛治電廠1 d報(bào)警量約600～27 000條，運(yùn)行智能報(bào)警應(yīng)用后，碗米坡電廠1 d報(bào)警量約40～350條；掛治電廠1 d報(bào)警量約80～350條，通過(guò)精準(zhǔn)定義集控電廠事故和故障信息點(diǎn)，且僅將事故及故障點(diǎn)納入單獨(dú)報(bào)警窗口中呈現(xiàn)，使事故及故障動(dòng)作狀態(tài)下的報(bào)警信號(hào)才存于“報(bào)警一覽表”窗口中報(bào)警，并通過(guò)開(kāi)發(fā)上、下位機(jī)智能化報(bào)警邏輯后，相比應(yīng)用前，報(bào)警數(shù)量減少90%以上，大大減少了集控運(yùn)行值班人員報(bào)警監(jiān)視數(shù)量，降低報(bào)警信息遺漏的概率，同時(shí)通過(guò)新增智能化報(bào)警模型，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)電廠設(shè)備缺陷。

4.3 運(yùn)行智能報(bào)警技術(shù)應(yīng)用案例

自2019年在碗米坡電廠和掛治電廠實(shí)施運(yùn)行智能報(bào)警后，及時(shí)發(fā)現(xiàn)下述典型隱性設(shè)備缺陷：

（1）4月21日03:34，碗米坡電廠新增智能化報(bào)警點(diǎn)“新碗米坡公用高壓氣系統(tǒng)氣機(jī)運(yùn)行間隔時(shí)間過(guò)短動(dòng)作、兩臺(tái)高壓氣機(jī)同時(shí)運(yùn)行動(dòng)作”，檢查發(fā)現(xiàn)2號(hào)高壓氣罐控制主用氣機(jī)啟動(dòng)插頭松動(dòng)設(shè)備隱患，經(jīng)處理后恢復(fù)正常。

（2）4月28日23：27，碗米坡電廠2號(hào)機(jī)備用狀態(tài)下，新增智能化報(bào)警點(diǎn)“2號(hào)機(jī)組停備狀態(tài)下油泵運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)動(dòng)作、2號(hào)機(jī)組調(diào)速器油壓裝置控制柜啟備泵動(dòng)作、2號(hào)機(jī)組兩臺(tái)油泵同時(shí)運(yùn)行動(dòng)作”，檢查發(fā)現(xiàn)2號(hào)壓油泵組合閥閥芯卡死導(dǎo)致2號(hào)泵啟動(dòng)后無(wú)法建壓重要設(shè)備隱患，經(jīng)解體清掃后恢復(fù)正常。

（3）9月14日15:55，掛治電廠新增智能化報(bào)警點(diǎn)“高壓氣機(jī)自動(dòng)輪換異常動(dòng)作”，1號(hào)高壓氣機(jī)連續(xù)運(yùn)行兩次，經(jīng)檢查提前發(fā)現(xiàn)高壓氣機(jī)PLC計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)已滿(mǎn)，將計(jì)數(shù)器清零后，高壓氣機(jī)輪換恢復(fù)正常。

表7 碗米坡電廠運(yùn)行智能報(bào)警應(yīng)用實(shí)施前后報(bào)警數(shù)量對(duì)比

表8 掛治電廠運(yùn)行智能報(bào)警應(yīng)用實(shí)施前后報(bào)警數(shù)量對(duì)比

（4）10月10日23：15，掛治電廠新增智能化報(bào)警點(diǎn)“1號(hào)機(jī)機(jī)組停備狀態(tài)時(shí)頂蓋排水泵運(yùn)行間隔過(guò)短”動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)檢查導(dǎo)葉軸套漏水量變大，報(bào)警提醒及時(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

集控中心海量的報(bào)警信息，容易造成集控值班人員對(duì)重要報(bào)警的遺漏、誤解與誤判的現(xiàn)象，通過(guò)編制實(shí)施集中監(jiān)控接入數(shù)據(jù)規(guī)范，使得報(bào)警信息簡(jiǎn)單明了，通過(guò)深入分析水電廠設(shè)備運(yùn)行規(guī)律、歷史設(shè)備事故以及設(shè)備故障情況，建立完善智能化報(bào)警模型，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的智能報(bào)警邏輯程序，并成功在碗米坡電廠、掛治電廠進(jìn)行實(shí)施應(yīng)用。實(shí)施結(jié)果表明，開(kāi)展運(yùn)行智能報(bào)警應(yīng)用后可以大大減少上位機(jī)報(bào)警數(shù)量，減輕運(yùn)行人員的監(jiān)盤(pán)壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電運(yùn)行設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的自動(dòng)判斷和識(shí)別，推動(dòng)監(jiān)盤(pán)方式由人工分析判斷向機(jī)器智能化轉(zhuǎn)變，有效地提高安全管理水平，有效實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)行、智慧集控，同時(shí)也為公司生產(chǎn)智能決策系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)智慧檢修提供有力支撐。