火溪河流域梯级电站实现“无人值班、关门运行”新模式

曹 伟，王子铭

（四川华能涪江水电有限责任公司，四川 成都 610041）

0 概述

20世纪90年代初期，基于我国水电站装备制造能力的水平，流域梯级水电站实现“无人值班、关门运行、综合自动化”的主要瓶颈还是计算机监控系统和基础自动化设备的可靠性较差，综合自动化涉及的范围有限，其时要实现“无人值班、关门运行”途径复杂、代价大、周期长。进入21世纪，随着水电站装备制造水平的全面提升，计算机网络和通讯技术的快速发展，为流域梯级水电站“无人值班、关门运行、综合自动化”的实现提供了新的思路和手段。2002年开工建设的华能火溪河流域梯级电站利用现代网络、通讯、自动化监控等科技产品的进步，通过合理确定技术路线、整体规划、分步实施，在短短5年时间内实现了流域四个电站的“无人值班、关门运行”和全流域的综合自动化，创建了新的实现模式，赋予了新的实现内容。

1 传统实现模式的缺点分析

传统模式重点着眼于提高计算机监控系统和基础自动化设备的可靠性，对于“无人值班、关门运行”实现必不可少的其他子系统建设缺乏统一规划和有效实现手段，如系统建设初期只考虑计算机监控系统的网络建设，系统间通讯和数据共享也最多考虑到监控系统和调速器、励磁等自动装置的接口，对综合自动化其他子系统虽然也有建设计划和通讯接口、数据共享的设想，但由于没有有效的技术手段，致使实现途径复杂；又如梯级电站建设初期，由于缺乏统一规划，仅为监控系统单独建设通讯通道，虽然实现了监控系统在流域内的局域网互联，但随后建设的工业电视系统不得不重建光纤通道，并在实际使用中独占光纤通道，使随后建设的其他子系统也面临类似问题，通讯通道的重复建设造成投资大，决策审批时间长，建设周期长，也使综合自动化系统整体开发完成的周期变长。传统模式在实现系统互联、数据共享、系统联动方面没有很好的解决办法，最终运行的各子系统是一个个孤立的系统，使综合自动化系统的自动化水平大打折扣。因此建设成本高、周期长，子系统之间技术标准不统一、数据共享难、联动性差、自动化水平不高，是传统模式实现“无人值班、关门运行、综合自动化”的特点，这也使得流域梯级电站“无人值班、关门运行”实现周期变长，运转效率不高。

2 火溪河“无人值班、关门运行、综合自动化”实现的新模式

2002年开始建设的火溪河流域梯级电站，以新的思路和模式建设流域梯级电站的综合自动化系统，通过该系统的高效构建，辅以可靠的机电设备运行和先进的生产管理模式最终实现了全流域电站的“无人值班、关门运行”和成都远控。

系统的建设首先根据流域四个电站地理位置相对集中（40 km范围内、各个梯级电站彼此之间的距离均在10～15 km内），装机规模不大（总装机400 MW），电站之间交通方便（九寨环线公路经过全部四个电站和闸首）的特点，提出了“无人值班、关门运行、数字电站、网络控制”的建设目标。并确立了全新的“扩大厂站”的模式，即将流域四个梯级电站视为一个物理距离扩大的厂站，各个梯级电站取消常规模式中设置在电站内的中控室和各自独立的电站办公、现场生活设施、库房、机修车间等，各种保护、控制等二次设备均布置于一次设备和现地附近，取消副厂房，集中设置流域维护管理中心作为流域总控室，负责流域电站的集中监控，并作为流域电站的集中管理、维护、办公和生活基地，对流域内的四个梯级电站进行日常的运行、管理工作。四个梯级电站按照“无人值班”的运行管理模式，值班人员统一在白马寨梯级集控中心待命、休息，定期去电站进行巡视检查、日常维护以及检修管理等工作。

图1 火溪河流域通信组网图

其次，根据当时技术发展水平和流域规划建设特点，制定了合理的技术路线和实现途径。计算机网络和光通信技术的迅猛发展和日益融合，为我们提供了制定“统一规划、分步实施”的技术基础。火溪河流域电站建设初期出现了一种被称为MSTP的能承载IP应用的SDH传输技术，该技术既能全面支持基于TCP/IP协议的应用，还具备SDH可提供统一传输平台、具有确定性和保护功能的优势，能满足流域电站所有综合自动化系统的传输要求。我们认识到这是实现流域梯级综合自动化的有力手段，通过和设计院、相关厂家的充分论证，确定了建设构建于流域光纤环网之上的MSTP传输平台，作为综合自动化各子系统的统一传输平台，“建设以MSTP技术为基础的统一传输平台，各应用子系统基于TCP/IP协议开发”成为了火溪河综合自动化系统建设的主要技术路线。

随后我们利用220 kV送电线路的OPGW光缆，并沿已有的35 kV施工线路杆塔新建ADSS光缆后，构建了连接流域各电站、电站大坝和梯级控制中心的流域光纤环网，依托该光纤环网，建设流域计算机监控系统网络和2.5G MSTP多业务传输网络（节点遍布各厂房、大坝、集控中心），除计算机监控系统独占一对光芯组成环网外，将火溪河流域的四个梯级电站和白马寨梯级集控中心各综合业务作为一个整体进行统一规划、实施完整的综合自动化系统。与传统的流域梯级电站综合自动化系统建设过程中各子系统独占光纤通道，建设成本高、建设周期长所不同，该系统首先建设全流域公用传输平台，该平台构建于两对光纤环之上，形成具备1＋1保护的流域光通讯环网，各子系统建设不需独占光纤，只需利用传输设备提供的标准接口和通过网管划分带宽，新应用可立即实现全流域组网；另外该系统除具有SDH技术支持TDM业务、具备完整保护功能外，还能有效承载诸如IP、VPN等各种新业务，只要支持TCP/IP协议的应用就能很容易地组网传输，而TCP/IP协议是国际公开开放协议，几乎综合自动化系统涉及到的所有应用都支持，在子系统的建设中不用特别考虑应用的组网、传输需求。因此利用MSTP技术作为综合自动化各子系统的传输平台，具有接口公开透明、接入成本低、接入周期短的优势，使火溪河流域电站在短短5年时间就全面实现了综合自动化。

图2 火溪河流域计算机监控系统

3 “无人值班、关门运行、综合自动化”的新内容

新模式除了成功建成如计算机监控、工业电视、水情测报、火灾报警、电话通讯等子系统外，还赋予了流域综合自动化系统新的内容：为适应无人值班的需要，建设周界安防及门禁系统；为响应节能减排，切实降低厂用电，建设智能照明系统；利用在全流域无处不在的网络，建设涵盖水电站生产管理各个环节的办公自动化和生产管理信息系统；依托发达的信息网络和数据公开共享的网络结构，充分发挥流域梯级总负荷调度的优势，建设流域梯级优化调度系统；以及电量采集、继电保护信息管理、网络电话、巡检系统等。

与传统模式各子系统通讯接口、通讯规约不一致，数据格式不统一，数据共享难，系统之间联动性差所不同，新模式下由于各子系统均构建于以太网上，均支持TCP/IP协议，通讯接口、通讯规约一致，数据交换、数据共享容易，系统间联动实现较为简单。目前，除了完整地建设综合自动化各子系统外，还通过建设综合联动平台，实现了工业电视、火灾报警、周界安防及门禁、智能照明等子系统的联动，进一步提高了“无人值班、关门运行”的自动化水平；实现了水情测报、计算机监控、优化调度系统的数据交换和数据共享，完善了各子系统的功能，提高了系统的整体性能。通过建设完善的二次安全防范系统，使各子系统按二次安防规范严格布置于相应分区，各分区间按要求通过安全装置互联，确保了系统的安全性。

新模式下子系统也有所创新。作为系统核心的计算机监控系统，新模式下主辅机系统统一设计、统一采购、选用同一厂家同一系列产品，整个流域所有电站和集控中心、远控中心计算机监控系统统一规划，统一招标，分批采购，这就确保了全流域只有一套系统，产品型号集中，备件储备量大大减少，少量的维护人员只需掌握一个电站的维护技能，就能开展全流域所有电站的维护工作，降低了人员成本和维护难度，更不存在传统模式下不同系统的互联接入成本支出。传统流域电站设立单独的消防值班室，消防报警信息只送本站值班室，新模式下实现了消防监控系统全流域组网，消防报警信息除送本站消防值班室，还上送集控中心和远控中心，运行人员对全流域电站消防报警24小时不间断监视，辅以与工业电视、智能照明、门禁安防系统高度自动化联动，确保了流域电站“无人值班、关门运行”正常运转。

优化调度和生产管理信息系统不属于传统模式下综合自动化的范畴，新模式下由于流域范围内网络无处不在，数据共享和数据交换更容易实现，这两个系统成为了系统发展的自然延伸；随着综合自动化的完整实施，“无人值班、关门运行”的高效实现，水电企业追求管理现代化，以达到生产过程的安全可控和水能资源的充分利用成为了更高层次的需求，凭借已实现的综合自动化系统的有力支撑，流域梯级优化运行和生产管理信息化的实现也就水到渠成了。火溪河流域电站投运之初，电站的调度方式是由四川省调分别对每一个电站下达单独的负荷，由于省调值班员不能够对每个流域的水情、水库水位、设备状况等具体信息做到及时、详细的掌握，致使所下达流域各电站间负荷经常不太匹配，造成运行中机组出力效率不高，水库弃水压力大，电站运行人员要花费大量精力、时间向调度申请负荷调整，而申请调整比较困难，即使申请到，也往往错过了最佳调整时机。面对这一困惑，我们通过仔细调研，发现由于火溪河流域四个电站由两回220 kV线路送出，两回线路接入四川电网的并网点都在电网的同一个变电站－江油天明变电站，如果电网对流域四个电站下达总负荷，流域电站总出力只要满足总负荷要求，将不影响电网潮流分布，不影响电网安全稳定运行。同时流域集控中心对流域水情和设备运行情况能够及时详细掌握，可以将总负荷及时、合理分配到每个电站；基于这一认识，通过我们积极促进和各方的共同努力，2007年8月电网同意火溪河流域四个电站开始实施流域总负荷调度，通过总负荷调度，电站运行效率得到提高，设备运转安全压力和汛期弃水压力降低，水能资源利用率得到了进一步提高。而最初的总负荷调度采用运行人员人工分配的方式，人工工作量较大，受人工经验和计算能力限制，负荷分配的及时性和机组运转效率的提高相对有限，从2008年开始，我们着手开发年调节水库和总负荷条件下的流域梯级水电站优化调度系统，系统不仅对龙头水库全年的蓄水、消落按全流域电站发电收益最大化进行中长期规划，更利用了总负荷调度的优势，对调度下达的总负荷根据流域来水、水库水位、电站设备状况，按每日发电后梯级蓄能最大化的原则，由计算机根据预先制定的策略，迅速计算出分配到各电站的实时负荷，由于计算机的强大计算能力和预置策略的全面性、科学性和稳定性，较人工分配方式下机组运转的效率更高，负荷分配更及时、更合理，水资源得到了更充分的利用（根据模拟运行结果，优化程度优于人工分配3%以上），也更能发挥总负荷调度和年调节水库的优势，确保了优化调度中长期规划目标的落实。

管理的现代化离不开管理的信息化，依托无处不在的网络，我们建设了一套生产管理信息系统，使相关人员可共享生产管理信息，生产管理的各项制度和要求也通过系统预置的流程、权限得以落实和保证，大多数生产活动留下痕迹，可以有效追溯；建立了设备全寿命周期的动态台帐，设备的技术资料、运转状况可动态管理；通过和计算机监控等其他子系统的数据交换、数据共享可有效开展技术管理的自动化和信息化。

4 火溪河综合自动化实现新模式、新内容的意义

总之，火溪河流域电站建设探索的“流域梯级电站无人值班、关门运行、综合自动化新模式和新内容”有其较为深远的影响和意义：首先是节约了工程造价、降低了建设成本。通过采用“扩大厂站”模式，电站取消副厂房，取消各站单独配置的生活设施、生产配套设施，取消计算机监控上位机系统，利用已有的OPGW光纤和35 kV线路杆塔构建流域光纤环网，综合自动化各子系统共用通讯平台等创新手段达到这一目的；其次创新了建设模式，确立技术路线后，“统一规划、分步实施”，统一的传输平台具有模块化设计，开放的标准化接口，方便各子系统的接入、组网，大大加快了系统完建的速度；第三、兼顾企业经济效益和社会效益。新模式下综合自动化系统建设更容易，“无人值班、关门运行”自动化水平更高，实现更便捷，火溪河电站2002年开建，2008年就完全实现了“无人值班、关门运行和成都远控”，电站维护采用大倒班方式，运行人员在成都远控中心运行值班，电站现场仅保留少量必要的维护人员，生产人员多数时间在都市工作、生活，实现了都市水电，改善了职工工作、生活条件，稳定了职工队伍；智能照明和总负荷模式下优化调度系统的投运，一方面降低了企业运营成本、加大了企业收入，更重要的是响应“节能减排、建设节约型社会”的号召，节约了能源，充分利用了水能资源，履行了企业应尽的社会责任。第四、拓展了流域梯级水电站综合自动化的内涵。新模式下“无人值班、关门运行”通过综合自动化系统整体快捷完建，也变得易于实现。“无人值班、关门运行”不再是水电企业通过综合自动化系统追求的最终目标，而是将系统拓展到更能提升企业价值的流域优化调度，生产管理信息化、现代化，设备状态检修专家支持等应用上。第五、新模式在流域梯级电站建设中具有一定的推广价值：流域电站在接入系统规划中，尽量争取全流域电站一点接入电力系统，以便为今后争取流域总负荷调度政策和真正实现流域实时优化调度创造条件；流域电站综合自动化宜统一规划，有条件的流域可采用“扩大厂站”的模式；计算机网络和通讯技术日新月异、发展很快，跟踪新技术的发展，选择合适的技术路线，将使无人值班和流域综合自动化的实现变得事半功倍；流域综合自动化传输平台尽早建设，形成无处不在的网络，方便形成流域电站从建设到生产全过程的管理信息化。