水電廠程序化操作淺議

華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠 賀 飛 李銳奎 馬春立

程序化操作近年來在電網系統快速發展，特別是隨著數字變電站、智能變電站的建設，程序化操作在變電站及電力調度系統有了長足發展。2005年投運的蘇州110kV 新河變電站是我國第一座應用程序化操作技術的變電站；2014年投運的福州1000kV 榕城特高壓變電站實現了程序化操作；2020年廣東電網實現了省地系統級程序化操作，運用調度程序化操作機器人通過網絡發令實現了調度操作指令的自動下發及自動執行。

1 水電廠設備及運行操作現狀

1.1 程序化操作與傳統操作對比

程序化操作：操作效率高；具備完備的防誤操作閉鎖邏輯，操作安全可靠，不存在誤操作風險；操作人員不在設備現場，不存在人員傷亡風險；能夠有效減少事故處理時長；要求所操作設備具備電動化、自動化水平；按既定程序逐步執行操作，靈活性有待增強。傳統人工操作：操作效率低；操作安全性受多種因素影響，存在誤操作風險；操作人員需到現場操作，存在人員傷亡風險；事故時操作時間相對較長；對所操作設備要求相對較低；對各種工況適應性較強。

1.2 程序化操作對設備的基本要求

1.2.1 對相關設備基本要求：

對一次設備的要求。必須滿足電動化要求，具有可遙控性，且安全可靠性有保障；對二次設備的要求。應具備強大的穩定性能與安全性能，如輔助觸點位置信息能夠和一次設備實際位置一一對應。

1.2.2 對計算機監控系統的要求

能夠實時采集被操作設備的狀態信息；完備的防誤操作閉鎖功能。每一個操作步驟都必須得到全面的閉鎖功能保障，且這些閉鎖功能必須具有嚴密的邏輯性。只有上一個操作步驟完成后，才允許執行下一個操作指令；能夠實現操作全過程的自動化、透明化和可視化。操作過程每個步驟的執行情況（包括執行異常原因告警）、整個操作流程及當前所執行的步驟等信息都應完全呈現給用戶。

信息記錄功能。可以詳細、準確地將程序化操作中的任意一個步驟及事件內容通過數據的方式記錄在系統中；具備一定容錯能力。當個別信息異常時能夠不致不產生誤操作；具備操作執行異常時的自動處置能力（暫停或退出）和緊急停止功能。緊急停止功能包括自動和手動兩種方式，自動方式指操作執行過程中出現異常情況時、程序化操作流程可自動退出，手動方式指操作執行過程中隨時可以人為退出。

1.3 設備現狀

通過對瀾滄江及金沙江流域各新建及在運電站的調研，相關設備基本情況如下。

電氣設備方面。水電廠發電機出口及以上電壓等級的開關、刀閘及地刀一般均具備遙控功能；廠用電各中壓開關、低壓進線及聯絡開關也具備遙控功能，各地刀及低壓負荷開關一般不能遙控操作。廠用電各中壓開關、低壓進線及聯絡開關小車一般均有“工作位”和“試驗位”等不同位置，目前絕大部分水電廠上述各開關小車在不同位置的轉換都需要手動操作，不具備電動操作能力。各保護裝置均未實現遠方投退壓板、切換定值功能，各電氣盤柜柜內開關也未實現遠方分、合功能；機械設備方面。水電廠油、水、氣等系統，除自動補氣、自動排污及自動開停機相關閥門外，其管路閥門一般都是手動閥門，配置的電動閥門較少。

1.4 運行操作現狀

目前水電廠除了自動開停機等少量程序操作外，絕大部分運行操作都需要到現場手動操作，并執行“操作票”制度。即使是具備遠程操作條件的設備，遠程操作后依然要求人員到現場核實操作結果。一個完整的運行操作主要環節如下：值長下達操作指令、操作人在系統擬票、監護人審核操作票、值長審批操作票、操作人和監護人共赴現場執行操作票、操作結束后向值長復令并回填系統。

運行操作最重要的是現場執行環節，為提高運行操作的規范性和安全性，各電廠均制定了詳細的管理規定，部分電廠要求對操作全程進行錄像并進行抽查。但由于運行操作人員技能水平參差不齊，加之操作人員配置較少、操作數量較多，導致部分時段運行人員勞動強度較大。特別在設備檢修期間，所有檢修工作都需要運行人員填寫操作票、執行安全操作，但即使一個最簡單的操作也至少需要半小時以上，其它復雜一些的操作動輒耗費兩三個小時、甚至五六個小時。這樣操作人員壓力較大、容易疲憊，操作安全受人員狀態等因素影響，誤操作事件時有發生，甚至出現設備損壞、人員傷亡的情況。

由上可見，目前水電廠手動操作占比很高。而手動操作效率低下，不能滿足“無人值班（少人值守）”要求，且手動操作在安全上受到人員技能、精神狀態等人為不確定因素的影響。因此，提高程序化操作占比是水電廠運行管理發展的重要方向之一。

2 水電廠程序化操作可行性分析

水電廠運行操作按所操作設備的屬性，可簡單分為電氣操作、機械操作及兩者的混合操作。

2.1 電氣操作

電氣設備的狀態分為運行、熱備用、冷備用和檢修四種狀態，主要電氣設備的操作就是將其從一個“態”轉換到另一個“態”，轉換的過程就是操作設備各側開關、刀閘、地刀的位置，并投退其保護裝置（自動裝置）。

依前文，水電廠發電機出口及以上電壓等級的開關、刀閘及地刀一般均具備遙控功能。因此水電廠的電氣主設備，包括發電機、變壓器、高壓開關、高壓母線、線路、電抗器等，除保護裝置（自動裝置）投退需要手動操作外，其余各態轉換的操作均具備程序化操作的硬件條件；軟件方面，目前水電廠計算機監控系統功能完備，具備開發針對各主設備狀態轉換程序的能力，但開發成本較高、后期調試周期較長；管理方面，電氣主設備價格昂貴，電廠高度重視其操作安全性，且屬于調度（含集控中心）管轄設備，而程序化操作屬于新生技術，尚未得到電廠人員的廣泛認可。即使是當前的人工遠方操作電廠也是非常謹慎，要求在高壓刀閘、地刀操作后須使用內窺鏡現場檢查其斷口實際狀態。

對于廠用電系統，因各中壓開關、低壓進線及聯絡開關具備遙控分、合功能，但不具備開關小車及地刀遙控能力，所以廠用電系統目前僅具備“運行”、“熱備用”兩種狀態轉換程序化操作的硬件條件；軟件方面，計算機監控系統具備開發針對廠用電系統“運行”、“熱備用”兩種狀態轉換程序的能力，但開發成本較高、后期調試周期較長；管理方面，廠用電系統完全屬于電廠管轄設備，且廠用電系統操作量繁重、操作事故多發，電廠人員嘗試廠用電系統程序化操作的積極性較高，如小灣電廠實現了備用電源一鍵倒換至壩頂（泄洪閘門）的程序操作。

對于低壓電氣盤柜，其柜內開關及其上級開關（位于低壓配電盤柜）均不具備遠方分、合能力，因此低壓電氣盤柜目前不具備程序化操作的硬件條件。

2.2 機械操作與混合操作

水電廠油、水、氣等系統閥門一般都是手閥，因此目前水電廠機械操作不具備程序化操作的硬件條件。混合操作一般是針對油泵、水泵、閘門等設備，不論是其電源開關還是管路閥門均不能遙控操作，因此目前水電廠混合操作不具備程序化操作的硬件條件。

2.3 廠用電系統程序化操作閉鎖條件

目前水電廠廠用電系統具備率先實現程序化操作的條件，而閉鎖邏輯是程序化操作開發時的重要內容之一，廠用電系統程序化操作需考慮的電氣閉鎖條件梳理如下：常規“五防”閉鎖條件；一次設備及其二次測控裝置閉鎖條件：一次設備狀態明確，開關設備儲能正常等。控制方式、控制電源、操作電源等正常。母線電壓、開關電流等條件；保護及自動裝置閉鎖條件，包括保護裝置工作正常、備自投方式正常等；部分重要負荷等其它閉鎖條件，如程序化操作前需要提前轉移的重要負荷已停運或其對應開關處于“分閘”位等。

3 水電廠程序化操作展望及建議

程序化操作具有操作效率高、安全性能好的特點，其在電網系統已由試點階段向推廣應用階段發展。水電廠采用程序化操作，符合“無人值班”、“遠程集控”、智慧電廠建設等管理需求，是未來水電廠運行操作的必然發展方向。隨著技術的發展，程序化操作在水電廠將有如下三個發展趨勢：一是可操作設備不斷拓展，二是操作智能化水平不斷提升，三是程序化操作占比逐步提升。

可操作設備方面，將由電氣一次設備逐步拓展至電氣二次設備和機械設備，其中電氣二次設備包括保護裝置的壓板投退、定值切換及二次開關的遙控操作等。電氣一次設備部分之前無法實現的程序化操作也將逐步實現，如隨著智能中低壓開關柜的出現，廠用電系統一鍵運行轉檢修、檢修轉運行等操作不再遙不可及；操作智能化方面，將逐步由固化的程序操作逐步提升至智能開票操作，如圖形開票操作。該程序化操作方式可實現操作人員點擊選擇需操作的設備圖標及其最終狀態后自動生成對應操作票，經操作人員審核后下發執行，系統還允許操作人員對其自動生成的操作票進行修改。隨著前兩個趨勢的發展，程序化操作在水電廠運行操作中的占比必然不斷提升，進而逐步取代人工操作成為水電廠運行操作的主流形式。

為了盡早釋放“程序化操作”給水電廠帶來的生產效益，提出以下建議：對于在建電廠，建議將程序化操作納入設計考慮事項。中低壓廠用電系統開關柜直接采用智能型開關柜，具備開關小車及地刀遙控操作能力。計算機監控系統建設時具備網絡發令能力并開發程序化操作功能，覆蓋主設備、廠用電系統及公用油氣水系統。考慮在油氣水系統管路增加必要的電動閥門；對于已投電廠，建議結合設備更新項目完成中低壓廠用電系統開關柜智能化改造，具備開關小車及地刀遙控操作能力。積極開展程序化操作探索，可先在廠用電系統進行局部試點，之后結合計算機監控系統完善（改造）項目進行程序化操作整體功能開發。