智能化水电站建设的思考

2023-01-11秦洁中国葛洲坝集团市政工程有限公司湖北宜昌443000

中国房地产业 2022年16期

文／秦洁中国葛洲坝集团市政工程有限公司湖北宜昌 443000

引言：

水电站属于电网发电这一环节中的主要组成部分，其性能、运行状态、技术水平等直接决定着我国电网发电的实际效果[1]。伴随着科学技术的革新发展与科学方法的更新换代，水电站进入了全新的发展状态，多种科学技术在水电站建设中应用，并在水电站实现标准化、自动化以及智能化中提供强大的技术基础。我国在社会经济高速发展的背景下，逐步认识到电源在社会可持续发展中的积极影响，认识到电网发电工作的重要性。但在社会电源需求日益增多的背景下，积极做好发电环节改革，提升电网的发电效率与质量，增加国内电源，对社会可持续发展具有重大意义[2]。而水电站建设是我国提出的解决方案之一，积极进行水电站建设，并在其中引入大量科学适宜技术，无疑可在水电站后期运行、发展中做出卓越的贡献[3]。国际能源局结合时代背景与社会需求，发布了相应的《水电发展“十三五”规划》，国家电网公司积极响应这一规划，积极落实智能化电网建设工作，水电站智能化需求逐步凸显出来，并成为日后水电站设备以及建设的主要发展方向[4]。在我国工业智能化发展背景下，积极进行智能化水电站建设，无疑可在智能电网支持中发挥卓越的作用。但想要进行水电站智能化建设，首先要明确现有水电站的实际建设情况，分析水电站运行期间出现的缺陷与不足，明确各项原因，为智能化水电站建设提供信息支持，也为智能化技术引入水电站提供技术方向。

1、水电站存在的问题

我国的信息化时代持续时间已经十余年，信息化技术以及自动化技术备受相关领域研究学者的重视，并在各个行业中尝试应用，其中水电站自动化建设就是尝试应用成果之一。但从自动化水电站的实际应用发现，这种自动化技术并未脱离人工劳动力，水电站工作依然以人力为主，自动化技术进行辅助。但在自动化水电站投入使用后，水电站的日常运行需求基本得到满足，但也有部分问题爆发出来，这些问题无疑给水电站自动化造成了不良影响。

1.1 信息规划

从这一角度分析，可发现水电站设计、施工、验收以及运营期间均有多种数据产生，这些数据的类型不同，所代表的经济价值也不一样，难以进行有效整合及共享，所以数据信息的实际经济价值无法发挥出来，最终对水电站运行造成一定影响，甚至对水电站经济效益造成不利影响。进行水电站智能化建设期间，必须基于信息规划问题，从源头解决相关问题，充分发挥数据信息的实际应用价值，实现数据信息有效整合与共享。

1.2 各项功能

虽然进行水电站自动化建设，但水电站中所用机电设备依然是传统设备，这一类设备只能实时反映相关的水电站运行参数，不能对仪器设备实际运行状态、性能水平、运行趋势、健康情况进行分析，所以在仪器设备发生故障前，工作人员往往难以提前识别出来。在仪器设备发生故障后，水电站工作立刻受到影响，若故障的仪器设备具有十分重要的价值，属于水电站主要运行设备，甚至会导致水电站进入停工状态[5]。即便在水电站引入自动化技术，但自动化技术主要偏向于仪器设备运行、电能生产等方面，仪器设备自我监测、故障诊断、预示报警等能力缺失或不完善，难以满足仪器设备的实际应用需求。所以在进行水电站智能化建设期间，必须从仪器设备着手，实现仪器设备智能化，让仪器设备具备自我监测、故障诊断、预示报警等智能化功能，保证仪器设备始终安全有效运行，主动为水电站工作人员提供仪器设备运行的各项参数资料，提升水电站的整体运行效率及效果。

1.3 人员值守

虽然自动化电站是按照“无人值班以及少人值守”这一原则进行设计，但因为自动化元器件并不理想、性能不稳定、信息数据无法全面反映仪器设备情况以及水电站运行情况、仪器设备的智能化水平较低等等原因，所以水电站生产电能期间，依然需要安排一定数量的工作人员进行值守，所以水电站的自动化预期目标并未实现。实际进行智能化水电站建设时，必须充分掌握水电站的自动化现状与人员值守问题，从这一方面进行改进，不断提升水电站仪器设备的整体自动化性能，充分落实“无人值班以及少人值守”这一原则。进行水电站智能化设计的时候，可以采用扁平化以及网络化设计思路，构建统一、规范的仪器设备信息数据模型，促使各个自动化系统能够应用信息化技术进行网络通信[6]。

1.4 生产辅助系统

现有水电站自动化生产辅助系统的智能化程度比较低，比如水工建筑物的照明系统、通风系统、监测系统等等，这些系统之间无法实现数据共享，所以获取的信息数据均需工作人员整理后，综合各项信息数据对水电站生产辅助系统运行情况进行分析，存在信息孤岛现象。所以水电站的辅助系统必须落实智能化，实现水电站智能化运行、诊断、预警以及处理等运行目标。

1.5 设备标准

很多水电站进行自动化建设时，均是在早期建设完毕的水电站上进行升级改造，很多传统仪器设备依然在正常使用期间，并未进行仪器设备彻底更换，这与仪器设备彻底更换工程过多、所耗人力物力过多相关[7]。但这种自动化建设模式下的水电站存在明显的设备问题，新问世并投入使用的仪器设备与老旧仪器设备的应用要求、应用标准、性能水平、配合要求等均不一样，所以实际这些仪器设备应用期间存在大量问题，比如水电站的主变压器保护装置以及调速器等等设备均需与中央监控系统设备进行有效连接，如此才能正常开展工作。但因为仪器设备类型、生产厂家以及规格型号都不一样，为了保证仪器设备正常使用，则应用不同通信方式以及通信协议，最终导致相应工作人员将大量时间、大量精力全部投注在仪器设备和智能设备的有效连接上，导致仪器设备机组的实际运行效率显著下降，最终对仪器设备检修效率造成直接影响[8]。

2、智能化水电站建设方案

2.1 仪器设备数字化建设

在水电站基础建设这一阶段，应尽量应用通用型数字化设计平台，积极采用其中的三维技术，构建相应的三维设计模型，获取设计、施工以及设备应用各个过程的信息数据，保证设计模型的准确性、实用性以及合理性。基于数字化凭条，可充分实现基础建设阶段的工程数字化交付，并且可以将这一手段应用在水电站生产期，为水电站后续运维期的数字化应用打下坚实的数据基础。构建相应的数字化设备管理平台，需充分落实水电站的各种仪器设备供应商数据存储与储藏，相关数据包含仪器设备的三维模型、仪器设备制造期间产生的各种阐述，通过和仪器设备供应商数据的有效融合充分落实仪器设备三维状态显示，根据水电站生产期间的实时数据信息，让数字化平台拥有相应和供应商远程互动沟通功能，让供应商能够随时为水电站工作人员解决各个疑惑与问题，保证后期水电站基础建设的有效性及合理性，为后续实现水电站智能化建设打下坚实的基础，保证水电站的智能化建设效果。

2.2 仪器设备智能化

从水电站自动化问题中可发现，仪器设备的自动化水平与智能化水平过低，是导致水电站自动化建设后难以达到自动化预期目标的主要原因。在这种情况下，需积极应用智能化技术，充分实现仪器设备的智能化，保证水电站能够进入智能化运行状态，充分发挥水电站后期的智能化功能，提升水电站的整体运行效率、运行质量以及运行效果。在实现仪器设备智能化的过程中，应按照统一规范的标准格式将机组状态监测数据、水电站计算机监控数据等系统中存在的各种实时数据上传到数据中心，按照IEC 61850标准进行相应的数据建模工作，保证仪器设备获取的各项信息数据能够利用智能化技术实现共享。将数据信息全部上传到数据中心平台后，可利用平台有效开发仪器设备的智能化运检功能，实现仪器设备智能运行与智能检修等功能，可提升仪器设备的运行安全，可结合各项数据情况及时发现仪器设备故障的先兆，及时提醒工作人员进行有效处理，保证仪器设备的实际运行效果与运行效率，充分提升仪器设备的运行价值，增加水电站的电能生产数量，满足人们日益增加的电能资源需求。仪器设备还可通过可视化查询功能联系各个生产业务关系系统，第一时间获取最新信息与数据，并在仪器设备运行全过程中实现相应的集中数字化展示。智能化监控属于水电站智能化建设中的重点内容，可利用相应的智能监控系统全面支持IEC 61850标准的落实，智能化仪器设备则可遵循统一数据结构，严格结合标准通信协议进行数据信息互联、数据信息采集、数据信息传输、仪器设备有效控制等，并利用成熟及先进的数字化技术以及数字化仪器设备（传感器、互感器与测控装置等），充分实现单元智能测控，将实时采集的信号数据数字化，并利用光纤进行有效传送，降低二次电缆连接现象的发生率。

2.3 平台一体化管理

想要充分实现智能化水电站建设，则需积极建设可靠性、安全性、实用性、扩展性更高的海量数据中心，利用数据中心积极采集并存储水电站运行、建设过程中产生的各种信息数据，并在水电站设计、规划、生产运维以及工程建设等多个过程中发挥数据信息的支撑功能，有效提升上述各个环节的科学性与有效性，进一步提升水电站建设质量水平。在相应水电站成功完成建设工作后，还需积极促使数字化水电站形成，积极在水电站中应用各种数字化技术，实现水电站全过程数据融合与数据共享。但在建设数据中心期间，必须始终遵循全寿命周期以及全过程周期的要求。建设过程中积极应用物联网以及云计算等多种前沿技术，积极进行数据统筹规划，进行水电站合理布局。规划布局期间可将编码作为相应纽带，积极打通信息壁垒，实现水电站可视化数据的可视化管理。在构建一体化管理平台的时候，应明确平台架构的实际组成部分。考虑到水电站进行智能化建设，管理平台也需具备相应的智能化技术，并保证智能化技术始终贯穿于管理平台，提升一体化管理平台的实际应用价值。平台整体架构如下，云平台、机房、管理体系、应用体系。其中机房承担着管理所有与计算资源的重任，且需构成相应的异地灾备能力，能够及时有效应对各种可能发生的不良现象。管理体系则承担着多种管理的重任，需充分应用管理体系有效落实资源、安全保障、运维、项目组织协调等管理能力。云平台主要承担云化底层物理资源的重任，还需结合上层需求积极主动提供各种各样的服务。应用体系的职责需建立在云平台之上，承担着安全控制、运维管理、统一接入等多项重任。

2.4 智能化运维

水电站智能化建设还需从运维着手，充分贯彻运维智能化与科学化，有效整合水电站运维期间产生的业务数据、管理数据，有效将水电站工程、管理及生产数据有效联系起来，并实现各项数据关联、共享、交换以及对外服务等多项功能。在实现智能化运维期间，必须积极应用成熟、先进以及科学的大数据技术、智能化评估及诊断技术、智能化监测技术以及物联网技术等等，积极开发适合智能化水电站应用的各种智能化技术，尤其是适合在生产现场中应用技术，充分实现仪器设备运行智能化监测、智能化作业、智能化诊断以及智能化处理等功能，全程监控水电站运行状态，实现水电站生产监测智能化，辅助水电站做出更合理、符合实际情况、满足生产目的、和时代相契合的决策。