亭子口水利枢纽智慧电厂建设探讨

李阳

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川苍溪，628400)

引言

亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，是国务院确定的完善长江防洪体系六大防洪水库工程之一，是西部大开发重点工程，水利部重点水利民生工程，四川省“再造一个都江堰灌区”关键性工程，以防洪、发电及城乡供水、灌溉为主，兼顾航运以及拦沙减淤等其他综合利用工程，工程社会综合效益显著，是治水兴水的典范。

针对当前水电站传统运管模式复杂、人力资源大、水能资源调配效率低、安全巡检风险高等问题，开展亭子口水利枢纽智慧电厂规划与建设。在远端建设亭子口集控中心，涵盖运维调控系统、电网接入系统、数据交换中心、大坝监测中心等。在电厂端以“智慧电厂”为目标，基于5G通信技术，构建5G+智慧电厂应用生态体系，建立完善的工业互联网平台，以信息化、数字化为基础，整合全厂数据信息，通过统一的数据标准体系和通信标准，实现全厂数据互通，使得各系统数据充分利用，消除电厂信息孤岛[1]。通过集中管控与远程运维的创新实践，实现亭子口水电站集约化和智能化运营管理与安全决策，最终达到“无人值班、少人值守”。

1 5G+水下智能巡检机器人和无人机

针对亭子口水利枢纽大坝表面缺陷巡检、消力池等水工建筑物结构缺陷检测的需求，主要研发高精度坝面无人机和消力池水下智能巡检系统，形成一套可推广应用其他水工结构巡检装备。通过多传感数据融合，结合机器学习方法与缺陷数据特征，挖掘水工建筑物表观定量化缺陷识别模型[2]。结合巡检数据、监测数据、失稳机理和老化寿命评估，构建基于原位数据的健康诊断体系。在水下机器人和无人机智能巡检作业中的基础上，充分利用中国移动5G的基础设施，采用5GCPE组网的方案，如图1所示，将现场巡检的过程和可视化资料实时回传至电站管理中心、远程专家、远程指挥中心等处，协同进行库坝安全的实时诊断，指导机器人的巡检作业，验证5G大带宽和低时延能力，提升库坝巡检的及时性和效率。

图1 5G+智能巡检实时远程操控示意

该项目以亭子口5G基站为网络覆盖，通过5GCPE和云视讯专用设备，搭建专用的通信通道。利用中国移动云视讯专网能力，为现场提供安全可靠、稳定低时延的网络和视频语音能力保障。实现现场作业和远程专家的双向互联互通，远程专家可以实时掌握现场巡检的状况，同时将指导建议通过视频和语言的方式发送给现场作业人员，以及时调整作业方案和计划。平台架构如图2所示。

图2 5G+智能巡检实时远程操控示意

2 工业互联网平台

工业互联网平台是面向工业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，支撑工业资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台[3]。以网络为基础、平台为中枢、数据为要素、安全为保障，既是电站数字化、网络化、智能化转型的基础设施，也是互联网、大数据、人工智能与设备管理深度融合的应用模式。是整个智慧电厂系统中高度抽象的平台体系，用于集成各子功能、各子模块，打通各系统的数据隔离，消除信息孤岛，实现数据的共享和充分利用，方便用户、电厂管理人员进行操作、交互，达到智慧管控的目的。

2.1 统一网络平台

基于5G、无线网络技术、局域网技术、物联网技术、(移动)互联网技术，构筑满足企业生产经营所需要的各种网络系统，包括企业物联网、生产调度网络、企业综合管理网络，实现多网融合、互联互通的统一网络平台。

2.2 云计算平台

通过采用云计算技术，开展企业级云计算平台和数据中心建设，提供高可用性、弹性伸缩的计算资源池，实现各类业务系统向云架构迁移，满足各类业务系统的弹性计算需求，构建智能化水电厂的“云”数据中心，对数据进行集中存储和统一计算，现实各个系统之间的数据共通、共享。

2.3 物联网平台

构建“智慧亭子口水电”物联网平台，利用5G网络、WiFi或有线网络等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。实现快速、即时、高效的信息采集、信息通信、实时监控，提高监控数据的应用水平，为正确全面的统计与决策分析提供保障。

2.4 大数据平台

KXM大数据工业智能平台是由KDM、KKM和KAM三个软件系统组成，部署在水电厂现场或数据中心(主要对水轮机、发电机、变压器，GIS、GCB等主要设备的在线监测、分析、诊断)，KDM用于完成数据的采集和汇聚，KKM进行数据计算和挖掘，KAM展示挖掘结果；用于各种人工智能系统的开发和运行，从海量的传感器数据中，自动在线挖掘有价值的特征信息，提供各种决策支持；根据用户的业务需求，提供相应的“人工智能模块清单”供用户选择，通过KXM平台的组态配置和参数设定，实现所需的人工智能系统，即通过大数据技术的应用，实现趋势预警和智能诊断。

3 5G+智能巡检系统

基于5G基础网络，加装5G高清摄像头、红外测温摄像头以及在线监测设备，结合云端智能算法，实现电厂智能巡检。智能巡检体系主要是以信息化的技术手段辅助或代替传统的人工巡检。以智能化的方式开展巡检工作，缓解现场作业人员压力，做到代替人工巡检，为“无人”的智慧电厂打下基础。系统主要包括服务端、移动端和固定端。服务端指云端服务器，用以提供智能巡检体系各种功能云服务，如智能缺陷诊断、设备缺陷管理、巡点检设备管理、设备参数记录、报表打印等；固定端指电厂中相对固定的巡点检点位，如高清摄像头、固定式红外热成像仪，RFID测温装置等；移动端指人员可随身佩戴的仪器，如智能云台、手持式移动红外成像仪等。系统架构如图3所示。

图3 5G+智能巡检整体网络构架

4 5G+基于声纹识别的故障诊断系统

水电设备机械部件发出的声音通常是由周期性或非周期性事件引起的机械振动产生的，这些声音可能由许多不同的现象引起。通过加装前端收音装置，收集设备运行声纹，以5G网络传输声纹数据，后端搭建数据仓库，将实时运行数据存储至数据仓库统一管理，开发智能算法方便后期查询、利用，基于历史运行数据，不断优化、完善设备故障诊断模型，提高模型识别准确度。针对历史数据训练故障诊断模型，通过实时声纹数据，监测诊断设备运行状态，对出线异常的设备发出告警，及时通知现场运维人员，进行运行维护。

5 5G+安全管控

主要是结合现场实际，一是开展高清摄像头+智慧算法，对现场作业人员的违章作业进行智能识别；二是人员定位：5G+分布式计算，结合员工智慧胸牌，进行精准定位，保障外来人员安全，防范非法闯入等；三是VR三维动画展示：建立以亭子口电站3D模型数据为基础，应用VR和AR技术，实现安全培训、实操演练、事故演练和考试，根据前端在线监测系统反馈数据，结合大数据智能算法及预警措施，形成功能闭环，及时制止违章操作。

6 建设效益

智慧电厂建设将在亭子口水利枢纽安全管控能力、生产运行管控能力、设备管控能力和经营决策水平等多方面产生积极作用：

(1)安全生产方面通过对现场安全风险、设备安全风险的全面管控，统一管理现场应用系统和安全设施，实现各系统之间的互联互通、数据共享和消息联动，实现安全生产智慧应用和安全风险管控，从而提升公司安全生产管控水平；

(2)设备管控方面采用人工智能技术，为故障诊断、状态监测的科学决策提供技术支撑，并结合厂站巡检及点检数据，运用大数据挖掘及AI技术实现受控厂站设备运行参数的劣化分析和智能预警报警；

(3)生产运行管控方面通过优化设备运行、优化生产运行，对各发电厂进行集约化管理，提高企业的生产效益，提升亭子口水利枢纽集中管控水平，增强核心竞争力和综合实力；

(4)项目的实施可大力提升亭子口水利枢纽信息化建设水平和智慧企业建设水平，增强社会对亭子口水利枢纽社会责任的认同感，提升可持续发展的品牌价值。