亭子口水利樞紐智慧電廠建設探討

李陽

(嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川蒼溪，628400)

引言

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內，是嘉陵江干流開發中唯一的控制性工程，是國務院確定的完善長江防洪體系六大防洪水庫工程之一，是西部大開發重點工程，水利部重點水利民生工程，四川省“再造一個都江堰灌區”關鍵性工程，以防洪、發電及城鄉供水、灌溉為主，兼顧航運以及攔沙減淤等其他綜合利用工程，工程社會綜合效益顯著，是治水興水的典范。

針對當前水電站傳統運管模式復雜、人力資源大、水能資源調配效率低、安全巡檢風險高等問題，開展亭子口水利樞紐智慧電廠規劃與建設。在遠端建設亭子口集控中心，涵蓋運維調控系統、電網接入系統、數據交換中心、大壩監測中心等。在電廠端以“智慧電廠”為目標，基于5G通信技術，構建5G+智慧電廠應用生態體系，建立完善的工業互聯網平臺，以信息化、數字化為基礎，整合全廠數據信息，通過統一的數據標準體系和通信標準，實現全廠數據互通，使得各系統數據充分利用，消除電廠信息孤島[1]。通過集中管控與遠程運維的創新實踐，實現亭子口水電站集約化和智能化運營管理與安全決策，最終達到“無人值班、少人值守”。

1 5G+水下智能巡檢機器人和無人機

針對亭子口水利樞紐大壩表面缺陷巡檢、消力池等水工建筑物結構缺陷檢測的需求，主要研發高精度壩面無人機和消力池水下智能巡檢系統，形成一套可推廣應用其他水工結構巡檢裝備。通過多傳感數據融合，結合機器學習方法與缺陷數據特征，挖掘水工建筑物表觀定量化缺陷識別模型[2]。結合巡檢數據、監測數據、失穩機理和老化壽命評估，構建基于原位數據的健康診斷體系。在水下機器人和無人機智能巡檢作業中的基礎上，充分利用中國移動5G的基礎設施，采用5GCPE組網的方案，如圖1所示，將現場巡檢的過程和可視化資料實時回傳至電站管理中心、遠程專家、遠程指揮中心等處，協同進行庫壩安全的實時診斷，指導機器人的巡檢作業，驗證5G大帶寬和低時延能力，提升庫壩巡檢的及時性和效率。

圖1 5G+智能巡檢實時遠程操控示意

該項目以亭子口5G基站為網絡覆蓋，通過5GCPE和云視訊專用設備，搭建專用的通信通道。利用中國移動云視訊專網能力，為現場提供安全可靠、穩定低時延的網絡和視頻語音能力保障。實現現場作業和遠程專家的雙向互聯互通，遠程專家可以實時掌握現場巡檢的狀況，同時將指導建議通過視頻和語言的方式發送給現場作業人員，以及時調整作業方案和計劃。平臺架構如圖2所示。

圖2 5G+智能巡檢實時遠程操控示意

2 工業互聯網平臺

工業互聯網平臺是面向工業數字化、網絡化、智能化需求，構建基于海量數據采集、匯聚、分析的服務體系，支撐工業資源泛在連接、彈性供給、高效配置的工業云平臺[3]。以網絡為基礎、平臺為中樞、數據為要素、安全為保障，既是電站數字化、網絡化、智能化轉型的基礎設施，也是互聯網、大數據、人工智能與設備管理深度融合的應用模式。是整個智慧電廠系統中高度抽象的平臺體系，用于集成各子功能、各子模塊，打通各系統的數據隔離，消除信息孤島，實現數據的共享和充分利用，方便用戶、電廠管理人員進行操作、交互，達到智慧管控的目的。

2.1 統一網絡平臺

基于5G、無線網絡技術、局域網技術、物聯網技術、(移動)互聯網技術，構筑滿足企業生產經營所需要的各種網絡系統，包括企業物聯網、生產調度網絡、企業綜合管理網絡，實現多網融合、互聯互通的統一網絡平臺。

2.2 云計算平臺

通過采用云計算技術，開展企業級云計算平臺和數據中心建設，提供高可用性、彈性伸縮的計算資源池，實現各類業務系統向云架構遷移，滿足各類業務系統的彈性計算需求，構建智能化水電廠的“云”數據中心，對數據進行集中存儲和統一計算，現實各個系統之間的數據共通、共享。

2.3 物聯網平臺

構建“智慧亭子口水電”物聯網平臺，利用5G網絡、WiFi或有線網絡等通信技術把傳感器、控制器、機器、人員和物等通過新的方式聯在一起，形成人與物、物與物相聯，實現信息化、遠程管理控制和智能化的網絡。實現快速、即時、高效的信息采集、信息通信、實時監控，提高監控數據的應用水平，為正確全面的統計與決策分析提供保障。

2.4 大數據平臺

KXM大數據工業智能平臺是由KDM、KKM和KAM三個軟件系統組成，部署在水電廠現場或數據中心(主要對水輪機、發電機、變壓器，GIS、GCB等主要設備的在線監測、分析、診斷)，KDM用于完成數據的采集和匯聚，KKM進行數據計算和挖掘，KAM展示挖掘結果；用于各種人工智能系統的開發和運行，從海量的傳感器數據中，自動在線挖掘有價值的特征信息，提供各種決策支持；根據用戶的業務需求，提供相應的“人工智能模塊清單”供用戶選擇，通過KXM平臺的組態配置和參數設定，實現所需的人工智能系統，即通過大數據技術的應用，實現趨勢預警和智能診斷。

3 5G+智能巡檢系統

基于5G基礎網絡，加裝5G高清攝像頭、紅外測溫攝像頭以及在線監測設備，結合云端智能算法，實現電廠智能巡檢。智能巡檢體系主要是以信息化的技術手段輔助或代替傳統的人工巡檢。以智能化的方式開展巡檢工作，緩解現場作業人員壓力，做到代替人工巡檢，為“無人”的智慧電廠打下基礎。系統主要包括服務端、移動端和固定端。服務端指云端服務器，用以提供智能巡檢體系各種功能云服務，如智能缺陷診斷、設備缺陷管理、巡點檢設備管理、設備參數記錄、報表打印等；固定端指電廠中相對固定的巡點檢點位，如高清攝像頭、固定式紅外熱成像儀，RFID測溫裝置等；移動端指人員可隨身佩戴的儀器，如智能云臺、手持式移動紅外成像儀等。系統架構如圖3所示。

圖3 5G+智能巡檢整體網絡構架

4 5G+基于聲紋識別的故障診斷系統

水電設備機械部件發出的聲音通常是由周期性或非周期性事件引起的機械振動產生的，這些聲音可能由許多不同的現象引起。通過加裝前端收音裝置，收集設備運行聲紋，以5G網絡傳輸聲紋數據，后端搭建數據倉庫，將實時運行數據存儲至數據倉庫統一管理，開發智能算法方便后期查詢、利用，基于歷史運行數據，不斷優化、完善設備故障診斷模型，提高模型識別準確度。針對歷史數據訓練故障診斷模型，通過實時聲紋數據，監測診斷設備運行狀態，對出線異常的設備發出告警，及時通知現場運維人員，進行運行維護。

5 5G+安全管控

主要是結合現場實際，一是開展高清攝像頭+智慧算法，對現場作業人員的違章作業進行智能識別；二是人員定位：5G+分布式計算，結合員工智慧胸牌，進行精準定位，保障外來人員安全，防范非法闖入等；三是VR三維動畫展示：建立以亭子口電站3D模型數據為基礎，應用VR和AR技術，實現安全培訓、實操演練、事故演練和考試，根據前端在線監測系統反饋數據，結合大數據智能算法及預警措施，形成功能閉環，及時制止違章操作。

6 建設效益

智慧電廠建設將在亭子口水利樞紐安全管控能力、生產運行管控能力、設備管控能力和經營決策水平等多方面產生積極作用：

(1)安全生產方面通過對現場安全風險、設備安全風險的全面管控，統一管理現場應用系統和安全設施，實現各系統之間的互聯互通、數據共享和消息聯動，實現安全生產智慧應用和安全風險管控，從而提升公司安全生產管控水平；

(2)設備管控方面采用人工智能技術，為故障診斷、狀態監測的科學決策提供技術支撐，并結合廠站巡檢及點檢數據，運用大數據挖掘及AI技術實現受控廠站設備運行參數的劣化分析和智能預警報警；

(3)生產運行管控方面通過優化設備運行、優化生產運行，對各發電廠進行集約化管理，提高企業的生產效益，提升亭子口水利樞紐集中管控水平，增強核心競爭力和綜合實力；

(4)項目的實施可大力提升亭子口水利樞紐信息化建設水平和智慧企業建設水平，增強社會對亭子口水利樞紐社會責任的認同感，提升可持續發展的品牌價值。