烏東德-白鶴灘梯級電站集控中心“水電一體”系統的建設思路與功能實現

劉 鄧，何堯璽，許利文，段堯彬，鄭林祥，蘇 健

(中國長江電力股份有限公司，云南 昆明 650000)

昆明調控中心是三峽水利樞紐梯級調度通信中心(簡稱“三峽梯調”)的區域調控中心，同時也是烏東德-白鶴灘梯級電站的遠方集中調度控制中心，實行“調控一體化”管理，負責梯級水庫及電站的實時監視與集中控制[1]。為加強水電業務的協同性，提升水電聯合調度的能力，三峽梯調提出了在昆明調控中心建設“水電一體”的綜合自動化系統，實現一個系統調度梯級水庫及電站主要設備。

1 工程簡介

烏東德水電站位于四川省涼山州會東縣和云南省昆明市祿勸縣交界的金沙江河道上，是金沙江下游四大世界級巨型水電站—烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩水電站的第一個梯級。烏東德水電工程具有多項世界級稱號：大壩單位壩頂弧長泄量世界第一、地下廠房高度世界第一、尾水調壓室開挖半徑世界第一、導流洞開挖斷面世界第一、導流洞高度世界第一、水輪發電機組單機容量世界第二、拱壩高度世界第六、電站規模世界第七。電站左右岸各6臺水輪發電機組，單機額定容量850 MW，總裝機容量10 200 MW，多年平均年發電量389.1億kW·h。按照工程建設進度，已于2020年6月底開始首批機組投產發電。

白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣交界的金沙江河道上。白鶴灘水電工程具有多項世界級稱號：單機容量世界第一、圓筒式尾水調壓井規模世界第一、地下洞室群規模世界第一、300 m級高壩抗震參數世界第一、無壓泄洪洞群規模世界第一、裝機容量1 600萬kW世界第二、拱壩總水推力1 650萬t世界第二、拱壩壩高289 m世界第三、樞紐泄洪功率世界第三。白鶴灘水電站是“西電東送”的骨干電源點之一，電站左右岸各8臺水輪發電機組，單機額定容量1 000 MW，總裝機容量16 000 MW，多年平均年發電量624億kW·h。按照工程建設計劃，將于2021年7月開始蓄水發電。

2 系統的建設實現

2.1 系統的架構配置

昆明調控中心“水電一體”自動化系統由中水科水電科技開發有限公司和南瑞集團有限公司相互配合，以昆明區域的電調自動化監控系統及水調自動化系統[2]為基礎，在基于電調自動化監控系統統一操作界面下，實現兩者的數據統一展示、服務調用、交互計算，構建面向用戶的水電調功能一體化業務平臺，完成對梯級水庫及電站主要設備的聯合調度。系統的功能分布在系統不同的功能節點計算機中，每個功能節點嚴格執行指定的任務，并通過局域網實現聯結。對于重要的功能節點，計算機采用冗余或集群配置[3]。

系統網絡由三個網絡區域構成：系統主干網絡區域、系統對外通信數據交換網絡區域、系統應用及培訓網絡區域。系統主干網絡區域采用冗余雙網結構連接系統主要功能節點，以1 000 Mbps以太網交換機構建高速局域網絡。系統對外通信數據交換網絡區域由冗余雙網結構的100 Mbps以太網交換機構成。系統應用及培訓網絡區域由單臺100 Mbps以太網交換機構成單以太網結構。

2.2 系統數據的采集與處理

系統通過網絡通信采集各系統的數據，主要包括：國調、南網總調下發的調度指令及控制命令；烏東德、白鶴灘電站計算機監控系統上送的實時運行信息，如設備運行狀態、開關位置、運行參數、電能量數據、故障異常、保護動作與出口、電源監視等；昆明水調自動化系統發送的庫區和壩區的水位、雨量、流量、壓差、測站工況，以及出入庫流量、平滑流量、機組發電流量等數據；昆明機房動力環境監測系統數據及其它電力二次輔助系統的數據。

系統對采集到的數據進行智能處理，具體包括：越限及可用性檢查；事件順序記錄處理；數據轉換，生成實時數據庫；智能報警篩選，形成各類報警記錄，并根據篩選級別進行語音報警；形成基于不同應用的無主全分布式數據庫結構；根據不同功能節點的應用需求不同，加載不同的實時數據庫；生成報表及趨勢曲線圖；形成分時計量電度記錄和區域功率總加記錄；設備動作次數和運行時間的統計；電力市場輔助服務(一次調頻、AGC/AVC、無功補償等)相關信息統計。

2.3 水電調數據交換原則

水調自動化系統與電調自動化監控系統數據交換主要包含閘門指令、閘門狀態、機組狀態、機組出力、水情數據、發電計劃等各種信息。為提高數據交換的可靠性，并滿足二次安防的安全區穿越規定[4]，通過在安全Ⅱ區構建綜合數據平臺，實現昆明區域內各系統的數據交換。在綜合數據平臺上建立水電調數據交換庫，水調與電調系統各自負責向交換庫中寫入本系統提供的數據，數據點號與本系統保持一致，并有準確的時標和狀態點定義，符合時效性要求，并滿足雙方約定的數據格式，數據接收方負責對交換數據的轉換及數據清理[5]。

2.4 水庫調度功能調用原則

水庫調度應用功能由水調自動化系統基于Thrift框架開發設計調用服務，提供應用服務接口，供電調自動化監控系統中一體化業務平臺調用。應用服務接口包含水務計算、流量平滑、閘門查算、報文拍發、曲線查詢、數據修改等，見圖1。服務接口一方面連接到水調自動化系統數據服務總線進行交互，另一面將各類應用功能的輸入輸出數據結構體使用Thrift進行封裝。電調自動化監控系統將封裝文件轉換成自身的識別語言，直接在電調一體化平臺中調用執行。

圖1 水庫調度應用服務

3 系統的主要功能

“水電一體”自動化系統不僅具有對電站設備進行實時監視、控制的傳統電站監控系統功能[6]，同時還新增了對水庫進行實時監視與調度功能。這里將列舉幾項主要功能進行介紹。

3.1 電站設備的遠方控制與調節

“水電一體”自動化系統實現了對梯級電站主要發電設備、泄水設施等的遠方控制與調節操作。主要包括：機組的正常開、停機操作及緊急停機操作；機組進水口閘門的啟、閉操作；斷路器、隔離開關及接地刀閘的分、合操作；單臺機組的有功功率、無功功率調整；泄水閘門開度控制；梯級各電站總有功功率、總無功功率的設定等。并且還配置了防止誤操作電站、防止越權操作、防止誤操作設備、防止帶地線(接地刀閘)合閘等功能。

3.2 智能監視與報警

“水電一體”自動化系統具有智能監視與報警功能，采取了多種技術和措施，如報警信號智能分級、信號智能檢索、智能報警、設備運行趨勢分析、后臺事件記錄分析查詢、自動巡檢、設備缺陷管理等，來保障電站設備的安全運行。并對每個設備對象均建立設備信息畫面，各類報警、變位、越限、操作歷史信息均與設備對象進行關聯，可根據設備信息方便進入相關畫面。

報警信號智能分級：系統根據調度管理設備信號的重要性進行合理分級，實現對重要信號的重點監視，并建立設備報警對象樹，對報警信號按設備逐級分類，建立分層分級的立體數據監視平臺。當設備發生報警時，報警燈或設備對象閃爍并展現報警級別，點擊可追溯查找具體哪個子設備導致的報警，實現對報警信號的快速定位，并且可瀏覽該設備或被選中子設備在某時間段的事件、操作列表。

智能報警：系統以實時數據庫和歷史數據庫為基礎，通過頁面報文、語音提示、設備信號燈等方式，對設定的信號級別進行報警。對電站主要設備突發故障進行快速定位，并以明顯的報警閃爍提示在系統畫面中定位故障設備。

智能檢索：根據關鍵字、時間段、主設備對象等便捷的檢索策略，高效、快速的查詢到指定設備運行信息。

3.3 水庫運行監視與調度

系統可對梯級兩個水庫運行情況進行實時監視，主要包括：長江流域主要電站地理位置分布情況及其水庫重要運行信息、流域重要測站信息、烏東德-白鶴灘梯級水庫運行情況等通過曲線與數據表格的方式進行實時展示，具體展示數據包括：預報來水、出/入庫流量、上/下游代表水位、左/右岸尾水位、重要測站水位/流量、耗水率，耗水量，機組過流量、閘門泄水量，蓄放流量、機組水頭、上/下游水位日(小時)變幅、泄水設施/疊梁門/攔污柵等運行狀態及參數等。

系統通過調用水庫調度功能應用服務接口，進行梯級水庫應用調度，如水務計算：包括瞬時出入庫計算、時段出入庫計算和日出入庫計算，通過調用水務計算服務接口完成計算、查詢、展示。流量平滑：通過調用流量平滑服務接口，實現平滑流量值的寫入與查詢。預報查詢：調用預報查詢服務接口，查詢水調自動化系統中的預報流量值。報文報送：調用報文拍發服務接口完成報文的拍發、查詢、修改。閘門查算：調用閘門查算服務接口，實現相應水位下，閘門各開度泄流值的查詢、展示。靜態曲線查詢：調用曲線查詢服務接口，實現對水位庫容曲線、水位流量曲線、閘門泄流曲線、NHQ曲線、水位面積曲線、機組空載過流曲線、水頭損失曲線、預想出力曲線等曲線的查詢、展示。

4 結 語

烏東德-白鶴灘梯級電站集控中心“水電一體”自動化系統從前期調研到方案設計及最后的正式投運，共歷時3年左右。目前，系統可遠方直接控制和監視烏東德電站主要機電設備及泄水設施，隨著明年白鶴灘電站的投產發電，白鶴灘電站的主要機電設備信息也將接入昆明調控中心，實現遠方控制與監視。“水電一體”自動化系統的成功建設，實現了少系統完成多任務，減少了實際調度過程中多系統之間的切換、調用，提高了調度效率，提升了生產力。這是一次大膽的創新，打破了傳統的水電站監控系統模式，對促進水電事業的發展有較大的推動作用。