陳順平，葛海亮

(鈦能科技股份有限公司，南京，210000)

0 引言

我國中小型水力發(fā)電廠資源豐富，在電力結(jié)構(gòu)調(diào)整中具有重要的地位，但電站建設(shè)都處于遙遠偏僻、人口稀少、環(huán)境惡劣的地方，人工及管理成本高，隨著電站早期的老員工進入密集退休期，新的一代年輕人往往不愿意進入深山里進行工作，給企業(yè)的招工及生產(chǎn)運行帶來了不小的麻煩。

隨著云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智慧傳感技術(shù)、移動網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等前沿信息技術(shù)的不斷涌現(xiàn)與發(fā)展，讓傳統(tǒng)水力發(fā)電廠遠程集中監(jiān)控與智慧化的運維管理模式變?yōu)榱丝赡?，并通過建設(shè)中小水力發(fā)電廠遠程運維云平臺系統(tǒng)，區(qū)域內(nèi)地區(qū)電站進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、優(yōu)化調(diào)整，有利于跨流域多發(fā)電量和優(yōu)化人員配置。同時根據(jù)當(dāng)前水力發(fā)電廠點多散亂，各自為政，經(jīng)營效益實現(xiàn)不明顯等問題，對水電公司進行集約化管理，逐漸向規(guī)模化、專業(yè)化的轉(zhuǎn)變與升級。通過集中運維，利用平臺內(nèi)的資源，有效降低了投資，規(guī)模效益也日益增強[1]。

1 中小水電遠程運維云平臺系統(tǒng)的必要性

(1)地處偏僻的各中小型水力發(fā)電廠通過互聯(lián)網(wǎng)進行集中遠程監(jiān)管，實現(xiàn)電站的無人值班，形成電力生產(chǎn)的規(guī)?；\營，降低電站運營成本，進一步提升電站發(fā)電量，增強設(shè)備管理能力，延長設(shè)備使用壽命，大大提高電站的盈利水平。

(2)通過集中打捆操作，屬地化集中運維，整合平臺內(nèi)資源，有效減少成本投入，規(guī)模效益不斷提高。

(3)部分地區(qū)電力過剩，實行競價上網(wǎng)，集中遠程運維，減員增效，降低發(fā)電成本，保持電站競爭力。

(4)各電站數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總，形成真正的生產(chǎn)管理平臺，實現(xiàn)企業(yè)的高效現(xiàn)代化管理。

2 總體設(shè)計

2.1 建設(shè)目標(biāo)

利用最先進的智能傳感器、移動網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、云服務(wù)和水電廠自動化、智能化的先進技術(shù)手段，通過利用互聯(lián)網(wǎng)研發(fā)的遠程運維云服務(wù)管理系統(tǒng)，統(tǒng)一接入所有水電廠的管理操作、安全及其他控制信息，以促進水電廠的安全操作、提高效率、數(shù)據(jù)共享、減員增效，并進行全系統(tǒng)的智能化管理和智能化控制，以提升水電廠的智能化、信息化和現(xiàn)代化水平，并完成水電廠的無人值班工作。

2.2 設(shè)計原則

(1)標(biāo)準(zhǔn)化:整個體系的制定均遵循中國國家標(biāo)準(zhǔn)以及全球技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)軟件、硬件產(chǎn)品都通過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，完成了開放式的連接，并與各個設(shè)備和系統(tǒng)軟件服務(wù)互聯(lián)相通。

(2)穩(wěn)定性:數(shù)據(jù)采集器使用嵌入式實時操作系統(tǒng)和專業(yè)的硬件架構(gòu)，運行過程平穩(wěn)安全，保證系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性，特別適用于在條件比較復(fù)雜、對安全性要求比較高的環(huán)境中運行。

(3)經(jīng)濟性:軟件系統(tǒng)設(shè)計執(zhí)行平臺均使用了當(dāng)今較為流行的各類技術(shù)和設(shè)計工具，并利用成熟應(yīng)用的中心件和模板，大大減少在系統(tǒng)平臺技術(shù)方面的投資，并具備很大的性價比。

(4)先進性:采用組態(tài)軟件的開發(fā)模式，提供一個應(yīng)用工具，實現(xiàn)信息收集、現(xiàn)地SCADA監(jiān)測、云端平臺分析、移動APP運維管理工作。

(5)擴展性:具備拓展系統(tǒng)的條件，可很好地滿足現(xiàn)代智能控制的要求。在控制系統(tǒng)中實現(xiàn)合理的設(shè)計與應(yīng)用，從而為今后的應(yīng)用創(chuàng)造優(yōu)越的環(huán)境。可充分利用并維護當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)資源，方便于當(dāng)前和今后資源的擴展；由于平臺服務(wù)器具有擴展與堆疊等功能，為方便各個層次的資源中心集成和擴展，平臺必須具備強大的資源監(jiān)控點數(shù)、存儲擴容等功能。

(6)實用性:以真實數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為基礎(chǔ)，可多客戶多場景的即時監(jiān)視、遠程管理、可接入各種電子報警設(shè)備，完全滿足監(jiān)控需求。

(7)安全性:平臺安全是數(shù)據(jù)管理中的重要關(guān)鍵之一，安全主要包括數(shù)據(jù)安全、信息安全和劃分權(quán)限。①數(shù)據(jù)安全:對數(shù)據(jù)實行多層級、分布式的保存，保證數(shù)據(jù)不容易受到破壞。對數(shù)據(jù)采取AES保密制度，提高數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸進程中的安全，不能被截取、修改和使用；②信息安全:將各種設(shè)置數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、日志信息等都存儲到中心的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以達到對網(wǎng)絡(luò)的集中管理；③劃分權(quán)限:對下屬管理者的應(yīng)用功能、瀏覽區(qū)域?qū)嵭袡?quán)限管理。再由下屬管理者對下屬機構(gòu)操作者的應(yīng)用功能、瀏覽區(qū)域等實行權(quán)限管理和控制。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)按分層分布式的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，主要包括運維中心、通信網(wǎng)絡(luò)、水力發(fā)電廠級。系統(tǒng)架構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意

運維中心主要包括數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、云服務(wù)服務(wù)器、客戶端、運維管理系統(tǒng)、大屏、UPS電源系統(tǒng)等。

通信網(wǎng)絡(luò)可全部采用運營商專線方式，保證系統(tǒng)的高實時和穩(wěn)定性，主要包括運維中心與各個水力發(fā)電廠之間的通信網(wǎng)路、運維中心與各個移動終端之間的通信網(wǎng)絡(luò)兩部分。

水力發(fā)電廠級主要包括計算機監(jiān)控、視頻監(jiān)控、安防消防監(jiān)控等應(yīng)用系統(tǒng)，以及與運維中心通信的邊緣計算網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

水力發(fā)電廠通過邊緣計算智能網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)上傳至云平臺數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器對電站數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理、存儲、統(tǒng)計、大數(shù)據(jù)分析等，并將水力發(fā)電廠相關(guān)數(shù)據(jù)通過手機APP應(yīng)用或計算機客戶端工作站應(yīng)用。

2.4 系統(tǒng)特點

2.4.1 全面智能化

水力發(fā)電廠自動化系統(tǒng)具有全自動發(fā)電、自動經(jīng)濟運行等應(yīng)用功能。機組控制運行既可獨立運行管理，也可與運維中心聯(lián)網(wǎng)運行管理，實現(xiàn)流域水力發(fā)電廠聯(lián)合調(diào)度控制和優(yōu)化經(jīng)濟運行管理。

2.4.2 管理信息化

運維管理中心系統(tǒng)具有對水力發(fā)電廠全子系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理服務(wù)，包含了生產(chǎn)數(shù)據(jù)、水雨情、安防視頻監(jiān)控、智能報警、運維信息管理、大數(shù)據(jù)分析、設(shè)備信息管理等系統(tǒng)功能，為使用者提供大數(shù)據(jù)分析的呈現(xiàn)、分析與決定。

2.4.3 系統(tǒng)一體化

系統(tǒng)采用高集成、標(biāo)準(zhǔn)化的一體化管控平臺，共享平臺硬件資源，支持水力發(fā)電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)、計量、水雨情、視頻和安防聯(lián)動的數(shù)據(jù)集成設(shè)計和應(yīng)用展示，實現(xiàn)一體化運行、維護和使用。

2.4.4 移動服務(wù)

通過移動終端APP對各水力發(fā)電廠的操作控制、地圖定位、數(shù)據(jù)監(jiān)視、視頻監(jiān)控、智能巡檢、設(shè)備故障診斷及預(yù)警、運行報告等移動服務(wù)遠程管理，實現(xiàn)水力發(fā)電廠群的移動辦公管理。

2.4.5 系統(tǒng)開放性

系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)化和可定制化的對外數(shù)據(jù)接口，方便用戶水力發(fā)電廠其他智能設(shè)備數(shù)據(jù)接入或其他系統(tǒng)的接入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源利用和運維管理簡單，設(shè)備配置增加方便，可大大減少用戶對水力發(fā)電廠的后期改造升級或建設(shè)投資。

3 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

3.1 駕駛艙

駕駛艙展示模塊，綜合、全面地顯示全部電站的關(guān)鍵性指標(biāo)與實時狀態(tài)參數(shù)，包括顯示上網(wǎng)電量、發(fā)電量、總有功、平均廠用電率、平均耗水率、保護告警、同期對比、趨勢分析等；顯示各電站在地圖上的位置，以及各電站的工作狀態(tài)、電站的日發(fā)電量和上下流量、水位等，對于各個電站可靈活、模塊化配置對應(yīng)的展示內(nèi)容。

3.2 遠程控制

主要包括對水力發(fā)電廠的機組開停機、閥門、輔機、斷路器等遠程操作控制。

3.3 保護信息管理

主要包括各水力發(fā)電廠的微機保護、故障錄波等運行故障、事故信息的記錄、顯示和故障分析管理。

3.4 統(tǒng)計分析

主要包括水力發(fā)電廠的上網(wǎng)用容量、機組發(fā)電量、綜合工廠耗電量、合并工廠用電率、水量效率、水力發(fā)電目標(biāo)完成度、水力發(fā)電利潤計算方法、水力發(fā)電的使用時間、開發(fā)耗水量、洪水預(yù)測平均準(zhǔn)確率、發(fā)電機組的非設(shè)計停機時間、自動啟動效率、繼電維護和安全管理自動裝置的正確啟動效率等。

3.5 事件與報表管理

主要包括對各個子系統(tǒng)中出現(xiàn)的事件分類顯示，支持事件的分類查詢和導(dǎo)出操作；對運行報表、事故及故障報表、設(shè)備運行報表進行統(tǒng)計管理。

3.6 智能告警

主要包括系統(tǒng)保護動作、設(shè)備自檢異常、開關(guān)變位、越限、其他的故障報警信息等，電站運行異常及事故報告自動推送到智能運維中心和手機APP運維值班及管理人員手中，采用多種方式提醒用戶及時處理故障。

3.7 安全監(jiān)控

主要包括視頻監(jiān)控、電子圍欄、門禁系統(tǒng)等，對廠區(qū)、大壩、閘門、水庫等設(shè)備設(shè)施實時安全監(jiān)控和記錄。

3.8 運維管理

主要包括水力發(fā)電廠的運行日志、缺陷管理、檢修管理、操作票、工作票和巡檢管理等。

3.9 設(shè)備管理

設(shè)備管理系統(tǒng)功能包括設(shè)備臺賬管理、設(shè)備運行管理、設(shè)備維護管理、設(shè)備統(tǒng)計管理、特種設(shè)備運行、設(shè)備遠程監(jiān)控、設(shè)備知識庫管理、設(shè)備調(diào)撥與報廢、備品備件管理。

3.10 系統(tǒng)用戶管理

主要包括用戶管理、廠站管理和運行日志管理等。

系統(tǒng)用戶管理模塊要求具有權(quán)限管理、系統(tǒng)用戶管理和組織機構(gòu)管理功能，根據(jù)登入使用者的具體職位或權(quán)限等級高低，后臺開放相應(yīng)權(quán)限內(nèi)的使用模塊，根據(jù)水廠人員組織架構(gòu)對人員進行角色管理，管理登錄賬號及密碼信息。平臺可記錄所有賬號登錄情況及相應(yīng)操作的日志。

不同權(quán)限不同人員看到定制化信息，所見即所得，所見即所需，所見即所用，簡潔、直觀。

3.1 1 手機APP

手機APP在充分考慮數(shù)據(jù)傳輸加密和安全性問題的前提下，實現(xiàn)對電站的全方面監(jiān)測，可通過移動智能終端聯(lián)網(wǎng)訪問運維中心系統(tǒng)，瀏覽查詢現(xiàn)場各水力發(fā)電廠設(shè)備、設(shè)施系統(tǒng)的安全運行情況，實施遠程操作和管理指導(dǎo)，同時具有智慧巡檢、設(shè)備管理等系統(tǒng)。

4 結(jié)語

利用中小水力發(fā)電廠遠程運維云平臺系統(tǒng)，把分散在地處偏僻的各中小型水力發(fā)電廠通過互聯(lián)網(wǎng)進行集中遠程監(jiān)管，構(gòu)建水力發(fā)電廠“互聯(lián)網(wǎng)＋電站”平臺運維模式，運維云平臺為電站運維提供服務(wù)，進行全方面的指導(dǎo)，線下設(shè)立區(qū)域維保隊伍，負責(zé)對區(qū)域電站群的巡檢、缺陷處理，線上、線下分工明確，協(xié)助處理，有效地提高經(jīng)濟效益。