王丹丹

（新疆吉林臺(tái)水電開(kāi)發(fā)有限公司，新疆 伊寧 835000）

0 引言

我國(guó)擁有非常豐富的水能資源，可供開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量為6.6 億kW，在水電站發(fā)展過(guò)程中，裝機(jī)容量和年發(fā)電量都在3 億kW 級(jí)與1 萬(wàn)億kW·h 以上，分別為總電量的20.9%與19.4%。在水電站規(guī)模逐步增大后，在運(yùn)維管理上對(duì)信息技術(shù)有了更高要求。然而分析小型水電站對(duì)信息技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀可知，大部分仍然處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，未能充分共享各自信息，導(dǎo)致系統(tǒng)作用無(wú)法有效發(fā)揮。通過(guò)建立小型水電站信息平臺(tái)，將各方面信息資源整合起來(lái)，在應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，讓各監(jiān)控子系統(tǒng)納入局域網(wǎng)中。此外，還要建設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，對(duì)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，同時(shí)應(yīng)用Web 完成綜合信息發(fā)布系統(tǒng)的建設(shè)。

1 信息化技術(shù)在小型水電站中的作用

1.1 提高運(yùn)行效率，保證設(shè)備安全

小型水電站規(guī)模并不大，大部分為徑流式電站，受到生產(chǎn)的電量限制，成本投入往往居高不下。其中人工成本占據(jù)的比例很大，在水電站經(jīng)營(yíng)成本中超過(guò)了70%，且很多設(shè)備更新不及時(shí)，存在嚴(yán)重老化問(wèn)題，運(yùn)行效率始終得不到提升。小型水電站信息技術(shù)應(yīng)用不到位，難以達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行目的，且梯級(jí)電站未能通過(guò)聯(lián)合調(diào)度實(shí)現(xiàn)水利用率的大幅度提升[1]。水電站設(shè)備缺乏有效保護(hù)手段，容易出現(xiàn)“非?！眴?wèn)題，出現(xiàn)人為操作事故的概率較大，無(wú)法有效保證人員設(shè)備的安全。將信息技術(shù)應(yīng)用于小型水電站，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益，控制管理成本，確保設(shè)備運(yùn)行更加可靠與安全。在信息技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，也為小型水電站智能化、信息化和自動(dòng)化建設(shè)創(chuàng)造了條件，在引進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)后，能夠?yàn)樗娬緞?chuàng)造更大社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 促進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)

當(dāng)前智能電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中屬于關(guān)鍵性內(nèi)容，其骨干網(wǎng)架為特高壓電網(wǎng)，在先進(jìn)信息技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，能夠在電力流、信息流和業(yè)務(wù)流等方面實(shí)現(xiàn)充分融合。智能電網(wǎng)的主要特點(diǎn)就是自動(dòng)互動(dòng)化、數(shù)字化和信息化，并涉及發(fā)電、輸電、變電、配電、用電以及調(diào)度等方面的內(nèi)容，將整個(gè)電源、電網(wǎng)以及用戶整個(gè)流程涵蓋其中[2]。我國(guó)有豐富的水能資源，現(xiàn)有水力發(fā)電設(shè)備的裝機(jī)容量超過(guò)了20%。水力發(fā)電是電力系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié)，通過(guò)信息技術(shù)在小型水電站的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化發(fā)展目標(biāo)，也為智能電網(wǎng)建設(shè)產(chǎn)生促進(jìn)效果。

1.3 提高水電站經(jīng)濟(jì)效益

小型水電站應(yīng)用信息技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自身的信息化、智能化和數(shù)字化發(fā)展。因?yàn)樽詣?dòng)化設(shè)備生產(chǎn)廠商較多，很難將標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一下來(lái)，數(shù)據(jù)信息模型也不夠統(tǒng)一，各自動(dòng)化系統(tǒng)難以達(dá)到互聯(lián)目標(biāo)，且數(shù)據(jù)流之間的差異，也增加了融合的難度。小型水電站自動(dòng)化設(shè)備更新緩慢，自動(dòng)化系統(tǒng)一體化、智能化程度不高，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程不能提供智能決策，增加了生產(chǎn)檢修維護(hù)成本，不利于小型水電站效益與效率的提升[3]。因此，小型水電站要重視信息技術(shù)的應(yīng)用，不斷提高自身經(jīng)濟(jì)效益，降低人工成本。

1.4 解決水電站管理難題

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，小型水電站信息化建設(shè)步伐逐步加快，而電力調(diào)度自動(dòng)化與電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量是關(guān)鍵內(nèi)容，現(xiàn)在很多水電站都逐步配置了完善的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。長(zhǎng)期以來(lái)，小型水電站在信息化管理上還有所不足，缺乏統(tǒng)一管理信息系統(tǒng)，很難在信息數(shù)據(jù)上實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)，不能讓管理層決策獲得相關(guān)數(shù)據(jù)[4]。小型水電站采取信息化管理方式，既能保證運(yùn)作的高效性，還可以保證實(shí)現(xiàn)預(yù)期效益目標(biāo)。在網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)支持下，作業(yè)時(shí)間大大縮短，也讓人力投入減少，設(shè)備等資源得到優(yōu)化配置，有利于節(jié)約管理成本。

2 小型水電站信息化管理系統(tǒng)構(gòu)建策略

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

小型水電站信息化系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)用數(shù)據(jù)管理技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理與發(fā)布小型水電站各方面數(shù)據(jù)，提高了綜合自動(dòng)化水平。將信息技術(shù)應(yīng)用于小型水電站中，能夠?qū)λ苜Y源進(jìn)行深度開(kāi)發(fā)與利用，從而具備更強(qiáng)發(fā)電效能，有利于實(shí)現(xiàn)小型水電站現(xiàn)代化管理目標(biāo)，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造良好條件。在信息化系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置管理層、傳輸層和生產(chǎn)層，能夠提供綜合管理、信息交換以及面向生產(chǎn)等功能。

對(duì)小型水電站各設(shè)備進(jìn)行控制，通過(guò)中央控制臺(tái)采集原始數(shù)據(jù)，提供實(shí)時(shí)圖形顯示、各處報(bào)表顯示、發(fā)布各類(lèi)事件、報(bào)警以及復(fù)歸顯示等功能。其中大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)采集系統(tǒng)完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集后，在中央處理機(jī)與多串口支持下，完成與主機(jī)的通信[5]。水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)因?yàn)閿?shù)據(jù)采集器與上機(jī)位距離很遠(yuǎn)，主要選擇無(wú)線電臺(tái)傳輸手段。將自動(dòng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目前置上位工控機(jī)、各部門(mén)計(jì)算機(jī)配置為計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，從而達(dá)到共享硬件級(jí)系統(tǒng)資源的目的。要配置專(zhuān)門(mén)的服務(wù)器，用于對(duì)數(shù)據(jù)的分析與處理，成為中心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，前置機(jī)不僅要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，還要與服務(wù)器進(jìn)行通信，具備將數(shù)據(jù)寫(xiě)入中心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)功能。系統(tǒng)通過(guò)直接調(diào)取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)信息，采取設(shè)置模型與數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)分析方法，以圖形、表格等方式進(jìn)行顯示，支持對(duì)成果的打印。最后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢與傳輸。圖1 為小型水電站信息化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。

圖1 小型水電站信息化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.2.1 管理層

管理層主要負(fù)責(zé)綜合管理，在結(jié)構(gòu)上通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的支持，將用戶設(shè)備與傳輸層、生產(chǎn)層等服務(wù)器進(jìn)行連接，并連接到外網(wǎng)設(shè)備將信息及時(shí)發(fā)布出來(lái)。管理層主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)服務(wù)器、調(diào)度員站、Web 服務(wù)器以及手機(jī)終端等構(gòu)成。在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)支持下，能夠有效采集小型水電站現(xiàn)場(chǎng)所有數(shù)據(jù)，具備分析、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和處理等作用，能夠自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)備，提高了設(shè)備信息化管理水平，并保證系統(tǒng)故障診斷效果，制定智能輔助決策[6]。對(duì)管理信息系統(tǒng)、電力市場(chǎng)信息系統(tǒng)有效集成，利用數(shù)據(jù)接口與調(diào)度、終端等提供數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)通信、遠(yuǎn)程交換與服務(wù)管理等功能。系統(tǒng)軟件為具有開(kāi)發(fā)性特點(diǎn)的模塊化、中間部件和組態(tài)技術(shù)，結(jié)合小型水電站運(yùn)行技術(shù)要求，為多用戶和多場(chǎng)合應(yīng)用創(chuàng)造條件。

2.2.2 傳輸層

傳輸層主要發(fā)揮信息交換的作用，分為通信設(shè)備與通信線纜，借助通信技術(shù)為數(shù)據(jù)信息傳遞、路由與控制奠定基礎(chǔ)。傳輸層利用專(zhuān)門(mén)的通信協(xié)議，讓小型水電站各信息設(shè)備對(duì)信息進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與交換。傳輸層不僅為設(shè)備通信創(chuàng)造基礎(chǔ)，還能夠進(jìn)行監(jiān)控設(shè)備與水情監(jiān)測(cè)、大壩監(jiān)測(cè)、機(jī)組與輔助設(shè)備控制等通信，并支持小型水電站與其他電站、調(diào)度、無(wú)線應(yīng)用終端等通信。傳輸層包含有線通信與無(wú)線通信，系統(tǒng)布線、數(shù)據(jù)采集非常便利。機(jī)組運(yùn)行與控制、發(fā)電相關(guān)勵(lì)磁、調(diào)速、輔機(jī)等近端設(shè)備、主控室設(shè)備等基本上以光纜通信為主[7]。針對(duì)數(shù)據(jù)采集量小、測(cè)點(diǎn)比較分散、布線成本高的設(shè)備，主要選擇無(wú)線通信模式，如水庫(kù)、前池、尾水、集水井水位、大壩閘門(mén)、水情信息等。無(wú)線通信有近距離與遠(yuǎn)距離之分，若是測(cè)點(diǎn)近、設(shè)備布線難度大，則以Wi-Fi、Zigbee 以及無(wú)線藍(lán)牙等通信為主。若測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)、設(shè)備布線難，則選擇5G、GPRS 等網(wǎng)絡(luò)通信。

2.2.3 生產(chǎn)層

生產(chǎn)層結(jié)構(gòu)基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行架構(gòu)，在通用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持下，將生產(chǎn)設(shè)備連接到微機(jī)、工作站以及服務(wù)器。自動(dòng)控制設(shè)備借助PLC、智能控制單元等，利用數(shù)據(jù)總線與現(xiàn)場(chǎng)I/O 設(shè)備、智能儀表、遠(yuǎn)程I/O 設(shè)備等連接。生產(chǎn)層與管理層相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)。通過(guò)各種傳感元件與執(zhí)行元件，系統(tǒng)能夠有效采集小型水電站各方面數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行分析識(shí)別與處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)控制目標(biāo)。數(shù)據(jù)信息主要有電壓、電流、功率、頻率、溫濕度、油壓、氣壓、水位、流量、雨量、閘門(mén)位置以及設(shè)備狀態(tài)等。此外，系統(tǒng)還能對(duì)小型水電站設(shè)備的標(biāo)簽碼、RFID 標(biāo)簽、讀寫(xiě)器以及現(xiàn)場(chǎng)聲像信息等進(jìn)行采集。在數(shù)據(jù)采集智能模塊內(nèi)設(shè)置傳感元件，結(jié)合系統(tǒng)需求完成暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)等分析與處理，并進(jìn)行選擇性存儲(chǔ)。這樣小型水電站的數(shù)據(jù)均能實(shí)現(xiàn)全面采集，也為數(shù)據(jù)提取與處理等操作奠定基礎(chǔ)。

2.3 系統(tǒng)功能

信息化管理包括監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)與設(shè)備管理、信息發(fā)布平臺(tái)和辦公自動(dòng)化管理等功能。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案對(duì)獲取數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類(lèi)組織管理，便于用戶瀏覽與查找相關(guān)信息，結(jié)合實(shí)際需求完成管理、分析、操作、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、信息發(fā)布以及管理決策等處理。系統(tǒng)支持信息測(cè)量、處理、監(jiān)視、調(diào)節(jié)、保護(hù)、存儲(chǔ)、控制以及故障診斷、服務(wù)管理等，并包括電量與非電量信息、設(shè)備狀態(tài)信息、聲像信息與管理決策信息，能夠?qū)π⌒退娬靖鞣N設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視與自動(dòng)控制，如發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、調(diào)速等[8]。同時(shí)系統(tǒng)也能對(duì)主變壓器、線路以及電源等進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，確保水電站始終處于信息化管理狀態(tài)下。

系統(tǒng)功能包括以下7 個(gè)方面：①水庫(kù)信息發(fā)布。系統(tǒng)對(duì)水庫(kù)相關(guān)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)發(fā)布，用戶能夠方便瀏覽并掌握水庫(kù)基本情況。②水情雨情監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)這些信息的實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測(cè)與傳輸，為用戶瀏覽創(chuàng)造便利條件。③洪水預(yù)報(bào)。網(wǎng)上能夠直接對(duì)洪水預(yù)報(bào)信息進(jìn)行查詢，能全面直觀將水庫(kù)汛情呈現(xiàn)出來(lái)。④大壩安全監(jiān)測(cè)。要想促使大壩監(jiān)測(cè)體系更加完善，該功能主要是合理設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)、整編數(shù)據(jù)、查詢監(jiān)測(cè)信息、自動(dòng)分析處理等。⑤閘門(mén)監(jiān)測(cè)。將閘門(mén)的開(kāi)度、狀態(tài)、操作信息、報(bào)警等顯示出來(lái)。⑥視頻監(jiān)控。在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)支持下，向小型水電站辦公網(wǎng)絡(luò)傳輸硬盤(pán)錄像機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)視頻服務(wù)器的視頻信號(hào)等。⑦系統(tǒng)管理。具體內(nèi)容有權(quán)限管理、用戶管理、角色管理、用戶組管理、參數(shù)設(shè)置、測(cè)點(diǎn)設(shè)置以及日志管理等。

2.4 注意事項(xiàng)

首先，對(duì)小型水電站信息管理系統(tǒng)加強(qiáng)安全保障。對(duì)服務(wù)器設(shè)置區(qū)域來(lái)說(shuō)，要避免被臨時(shí)用戶訪問(wèn)，數(shù)據(jù)庫(kù)要采取本機(jī)加密、本機(jī)訪問(wèn)控制等措施?；蛘呤窃O(shè)置一定數(shù)量的口令，讓重要文件得到保護(hù)，并設(shè)置邏輯訪問(wèn)安全問(wèn)題。要通過(guò)專(zhuān)門(mén)的服務(wù)器處理外部通信，形成防火墻，或者在合適地方放一份計(jì)劃，各關(guān)鍵文件必須備份，且備份時(shí)不能只是簡(jiǎn)單進(jìn)行復(fù)制，需要在閉鎖區(qū)域放入服務(wù)器，只能讓特需人員進(jìn)入其中。其次，合理對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備與儀器進(jìn)行選型。設(shè)備需要達(dá)到自動(dòng)化效果，復(fù)雜惡劣環(huán)境下也能正常運(yùn)行。另外，系統(tǒng)需要將防雷、防火和防潮等落實(shí)到位。信息管理系統(tǒng)要發(fā)揮出人工觀測(cè)、自動(dòng)觀測(cè)等作用，無(wú)法自動(dòng)監(jiān)測(cè)條件下則采取人工觀測(cè)方法，具體為測(cè)點(diǎn)遙測(cè)、人工讀數(shù)以及記錄等。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，將信息技術(shù)應(yīng)用于小型水電站中，能夠?qū)崟r(shí)分析與處理各種歷史和日常數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)。該系統(tǒng)不僅客戶端應(yīng)用非常便捷，也具備可擴(kuò)展系統(tǒng)性強(qiáng)、跨平臺(tái)應(yīng)用等特點(diǎn)，如服務(wù)器設(shè)置遠(yuǎn)程接入設(shè)備，用戶可以方便連接訪問(wèn)系統(tǒng)。小型水電站在信息技術(shù)支持下，利用光纖通道、微波、載波等與電力調(diào)度中心、三防指揮中心等進(jìn)行連接，確保在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下共享各自資源，也能快捷方便查詢水電站各方面資源，從而制定更加科學(xué)合理的決策。