五凌集控智能報警技術與應用

謝源強，龔傳利

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410004；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

0 引言

五凌電力有限公司（以下簡稱公司）先后在沅江流域建成五強溪、凌津灘、洪江、碗米坡、三板溪、掛治、白市、托口、落水洞共9座水電站，在湘江流域建成近尾洲水電站，在資江流域建成東坪、株溪口、馬跡塘共3座水電站，13座常規(guī)水電總裝機容量469.5萬kW。同時積極探索流域梯級電站遠程集控工作，2003年啟動梯調(diào)自動化系統(tǒng)建設，2006年開始對沅江梯級電站實行統(tǒng)一調(diào)度管理，2010年3月成立發(fā)電集控中心，至2020年6月五凌集控控制電廠13個，受控機組56臺，受控容量469.5萬kW，是國內(nèi)實際控電廠和機組臺數(shù)最多的集控中心。

1 智能報警研究背景

公司集控中心具有“全采、全送、全監(jiān)、全控”和區(qū)域集中值班的特點，各廠站的接入數(shù)據(jù)（涵蓋從上位機的報警命名、分級、畫面、閉鎖、計算到下位機的實點、虛點、順控流程等）由于建設時間、運維習慣、設備特點等原因沒有統(tǒng)一的標準，隨意性較大，在集控層面集中表現(xiàn)為報警數(shù)量多、雜、亂，大大降低了集控值班人員的值班效率。各個集控電廠報警信息不規(guī)范，可能導致報警信息二義性，集控值班人員無法準確無誤掌握設備狀況；報警信息過多，集控值班人員不能抓住最重要信息，有必要采用多種措施提醒值班運行和維護人員。

此外，傳統(tǒng)計算機監(jiān)控系統(tǒng)的報警方式為點對點的一維方式，系統(tǒng)本身不具備分析預判功能，需要值班人員憑個人經(jīng)驗進行分析判斷，在公司一人一席多廠海量報警及專業(yè)人員不斷稀釋的背景下，集控值班監(jiān)盤壓力與日俱增，安全生產(chǎn)管理水平無法得到持續(xù)改進提高；同時五凌集控具有橫跨“網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)”及多廠區(qū)域值班的特色模式，如遇多級調(diào)度同時下令開/停機組臺數(shù)較多時，集控區(qū)域值班人員無法兼顧實時監(jiān)控，容易遺漏重要報警信息。

2 運行智能報警技術研究的總目標與原則

2.1 運行智能報警技術研究的總目標

通過制定監(jiān)控接入數(shù)據(jù)規(guī)范，規(guī)范監(jiān)控接入報警信息，建立智能化報警模型庫，在下位機及上位機開發(fā)智能化報警邏輯，將報警方式提升為點到面的二維方式甚至三維方式，由系統(tǒng)代替運行人員對報警進行分析預判，直接反饋結果，進一步提高集控運行值班的可靠性，降低集控值班人員誤判的概率，減少報警數(shù)量，有效地減輕運行值班人員的監(jiān)盤壓力，推動監(jiān)盤方式由人工分析判斷向機器智能化轉變，實現(xiàn)電廠設備報警數(shù)據(jù)的規(guī)范化和智能化，有效實現(xiàn)智慧運行、智慧集控，同時也為公司生產(chǎn)智能決策系統(tǒng)建設，實現(xiàn)智慧檢修提供有力支撐。

運行智能報警技術研究應注重系統(tǒng)設備診斷智能化、報警信息規(guī)范化，能夠充分體現(xiàn)公司的智慧集控，總目標具體如下：

（1）運行智能報警技術的智能化：完成報警智能化模型庫建設，開發(fā)報警智能化程序，實現(xiàn)故障診斷智能化，推動監(jiān)盤方式由人工分析判斷向機器智能化轉變，實現(xiàn)電廠設備報警數(shù)據(jù)智能化，實現(xiàn)智慧運行、智慧集控。

（2）運行智能報警技術的規(guī)范化：完成監(jiān)控系統(tǒng)接入數(shù)據(jù)規(guī)范建設，對監(jiān)控系統(tǒng)設備信息命名、監(jiān)控畫面、設備操作、報警字符串定義、動態(tài)符號定義、動態(tài)字符串組定義、動態(tài)顏色組定義、事故/故障光字牌等進行規(guī)范，實現(xiàn)報警信息規(guī)范化，減少報警信息二義性。

2.2 運行智能報警技術研究的原則

（1）安全性：監(jiān)控系統(tǒng)下位機新增的報警智能化程序不能影響原有監(jiān)控系統(tǒng)下位機PLC性能，以保障監(jiān)控系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行。

（2）可靠性：設備定值的確定，報警模型的建立，均需充分考慮各電廠設備的性能、設備運行方式等因素，確保報警智能化程序能夠可靠地運行，不誤報警，不漏報警。

（3）可拓展性：在前期的實踐應用基礎上，通過電廠側持續(xù)新增實采數(shù)據(jù)，不斷完善報警模型庫，以一維報警模型為重點，先建立一維的報警模型，由點到面，由一維建模向二維、甚至多維建模擴展，不斷持續(xù)完善創(chuàng)新，同時報警智能化程序編寫盡可能采用梯型圖方式，便于后期的拓展。

3 運行智能報警技術研究

3.1 集中監(jiān)控接入數(shù)據(jù)規(guī)范

為解決集控電廠報警信息命名不統(tǒng)一、不規(guī)范、不明了，本文以電網(wǎng)設備通用模型數(shù)據(jù)命名規(guī)范和電力系統(tǒng)廠站主設備命名規(guī)范為依據(jù)，編制一套集中監(jiān)控接入數(shù)據(jù)規(guī)范，該規(guī)范根據(jù)各集控電廠機組及其相關設備類型的分類及特性，對監(jiān)控系統(tǒng)設備信息命名、監(jiān)控畫面、設備操作、報警字符串定義、動態(tài)符號定義、動態(tài)字符串組定義、動態(tài)顏色組定義、事故/故障光字牌等進行了規(guī)范[1，2]。表1為集中監(jiān)控接入數(shù)據(jù)規(guī)范實施前后監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫報警命名，從表1中可以看出，經(jīng)集中監(jiān)控接入數(shù)據(jù)規(guī)范后，將設備定值、報警類型、單位等內(nèi)容與數(shù)據(jù)庫中的信息緊密結合，使運行值長能夠清楚明白報警信息的內(nèi)在涵義。為更好的區(qū)別報警信息，辨識報警信息的重要程度，該規(guī)范對監(jiān)控系統(tǒng)設備報警分級進行了規(guī)范，設備報警分為三級，并用不同的顏色區(qū)分。

表1 上位機數(shù)據(jù)庫修改前和修改后的漢字名

3.2 運行智能化報警模型庫

目前計算機監(jiān)控系統(tǒng)及各類輔機控制系統(tǒng)均缺少系統(tǒng)實時運行自診斷或集成診斷與分析，在此現(xiàn)狀下，需要發(fā)電運行人員敏銳感知一切異常信號（時刻不停地盯盤）并進行相關信號（巡屏）查找后綜合分析與判斷，運行人員值班的工作強度與壓力非常大。通過收集整理各集控水電廠日常運行、調(diào)試過程、電力系統(tǒng)內(nèi)相關的不安全事件，并綜合運行及專業(yè)人員事故預想；充分融合運行、維護人員的優(yōu)秀經(jīng)驗，從運行分析、運行方式安排、趨勢分析及系統(tǒng)間協(xié)聯(lián)四個維度進行深入分析，研究實時預判手段及措施，建立監(jiān)控系統(tǒng)上、下位機運行智能化報警模型庫，在監(jiān)控系統(tǒng)上、下位機上開發(fā)運行智能化報警邏輯，實現(xiàn)對發(fā)電運行設備風險的自動判斷和識別。

根據(jù)集控電廠設備的分類，將智能化報警模型庫分別建立機組、公用、開關站、閘門、系統(tǒng)LCU模型庫，共計937個運行智能化報警模型庫。其中機組LCU標準模型庫共計390個模型，公用LCU下位機標準模型庫共計149個模型，開關站LCU下位機標準模型庫共計158個模型，閘門LCU下位機標準模型庫共計224個模型，系統(tǒng)LCU上位機標準模型庫共計16個模型。機組LCU模型庫主要包括開/停機（正常/異常）、有無功負荷調(diào)整、主變、發(fā)電機、勵磁、調(diào)速器、供排水系統(tǒng)、輔機等模型，如表2所示。公用LCU模型庫主要包括直流系統(tǒng)、高低壓氣系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等模型，如表3所示。開關站LCU模型庫主要包括分合開關、GIS氣系統(tǒng)、直流系統(tǒng)等，如表4所示。閘門LCU模型庫主要包括分合開關、消防水系統(tǒng)、弧門系統(tǒng)、柴油發(fā)電機系統(tǒng)等，如表5所示。系統(tǒng)LCU模型庫主要包括電廠與集控對時不一致、與集控電力鏈路中斷等，如表6所示。

目前已建立了混流式機組、燈泡貫流式機組、軸流轉漿式機組智能化報警模型庫，各個電廠可根據(jù)設備情況，按照標準模型庫進行建模，并進一步地完善開發(fā)。同時為確保實現(xiàn)模型庫中的功能，在實際實施過程中，需要考慮電廠各系統(tǒng)的定值設置、設備的特性等，降低誤報的概率。

表2 機組LCU智能化報警典型模型庫

表3 公用LCU智能化報警典型模型庫

表4 開關站LCU智能化報警典型模型庫

表5 閘門LCU智能化報警典型模型庫

表6 系統(tǒng)LCU智能化報警典型模型庫

4 集控建設和運行智能報警技術應用

4.1 集控建設應用效益分析

五凌集控中心通過實施“一人一席多廠”的“區(qū)域值班員”，五凌公司13個水電廠僅需36個值班員，較傳統(tǒng)的“一人一席一廠”的遠程集控值班方式可減員48人，較目前電廠現(xiàn)地值班方式則一共可減少運行人員近200人，為新廠及水電服務業(yè)提供了大量技術骨干，直接創(chuàng)造經(jīng)濟效益每年2 000萬元以上。

同時，五凌集控中心自成立以來，以流域梯級電廠遠程集控為基礎，積極開展流域梯級水庫優(yōu)化調(diào)度，實現(xiàn)發(fā)電效益最大化，2010年至2019年13個常規(guī)水電累計發(fā)電1156億kW·h，水庫優(yōu)化調(diào)度增發(fā)電量3%～5%，累計增發(fā)電量43.67億kW·h，增加收入超13億元，經(jīng)濟效益顯著，集控優(yōu)勢顯現(xiàn)。

4.2 運行智能報警技術應用報警數(shù)量分析

五凌集控中心協(xié)同各試點電廠，分別于2019年4月、9月完成了碗米坡、掛治兩廠運行智能報警技術研究與應用，圖7、圖8分別為碗米坡電廠和掛治電廠運行智能報警應用前后報警數(shù)量對比，從圖中可以看出，運行智能報警實施前，碗米坡電廠1 d報警量約1 000～16 000條，掛治電廠1 d報警量約600～27 000條，運行智能報警應用后，碗米坡電廠1 d報警量約40～350條；掛治電廠1 d報警量約80～350條，通過精準定義集控電廠事故和故障信息點，且僅將事故及故障點納入單獨報警窗口中呈現(xiàn)，使事故及故障動作狀態(tài)下的報警信號才存于“報警一覽表”窗口中報警，并通過開發(fā)上、下位機智能化報警邏輯后，相比應用前，報警數(shù)量減少90%以上，大大減少了集控運行值班人員報警監(jiān)視數(shù)量，降低報警信息遺漏的概率，同時通過新增智能化報警模型，有助于及時發(fā)現(xiàn)電廠設備缺陷。

4.3 運行智能報警技術應用案例

自2019年在碗米坡電廠和掛治電廠實施運行智能報警后，及時發(fā)現(xiàn)下述典型隱性設備缺陷：

（1）4月21日03:34，碗米坡電廠新增智能化報警點“新碗米坡公用高壓氣系統(tǒng)氣機運行間隔時間過短動作、兩臺高壓氣機同時運行動作”，檢查發(fā)現(xiàn)2號高壓氣罐控制主用氣機啟動插頭松動設備隱患，經(jīng)處理后恢復正常。

（2）4月28日23：27，碗米坡電廠2號機備用狀態(tài)下，新增智能化報警點“2號機組停備狀態(tài)下油泵運行時間過長動作、2號機組調(diào)速器油壓裝置控制柜啟備泵動作、2號機組兩臺油泵同時運行動作”，檢查發(fā)現(xiàn)2號壓油泵組合閥閥芯卡死導致2號泵啟動后無法建壓重要設備隱患，經(jīng)解體清掃后恢復正常。

（3）9月14日15:55，掛治電廠新增智能化報警點“高壓氣機自動輪換異常動作”，1號高壓氣機連續(xù)運行兩次，經(jīng)檢查提前發(fā)現(xiàn)高壓氣機PLC計數(shù)器存儲已滿，將計數(shù)器清零后，高壓氣機輪換恢復正常。

表7 碗米坡電廠運行智能報警應用實施前后報警數(shù)量對比

表8 掛治電廠運行智能報警應用實施前后報警數(shù)量對比

（4）10月10日23：15，掛治電廠新增智能化報警點“1號機機組停備狀態(tài)時頂蓋排水泵運行間隔過短”動作，現(xiàn)場檢查導葉軸套漏水量變大，報警提醒及時。

5 結語

集控中心海量的報警信息，容易造成集控值班人員對重要報警的遺漏、誤解與誤判的現(xiàn)象，通過編制實施集中監(jiān)控接入數(shù)據(jù)規(guī)范，使得報警信息簡單明了，通過深入分析水電廠設備運行規(guī)律、歷史設備事故以及設備故障情況，建立完善智能化報警模型，開發(fā)相應的智能報警邏輯程序，并成功在碗米坡電廠、掛治電廠進行實施應用。實施結果表明，開展運行智能報警應用后可以大大減少上位機報警數(shù)量，減輕運行人員的監(jiān)盤壓力，實現(xiàn)對發(fā)電運行設備風險的自動判斷和識別，推動監(jiān)盤方式由人工分析判斷向機器智能化轉變，有效地提高安全管理水平，有效實現(xiàn)智慧運行、智慧集控，同時也為公司生產(chǎn)智能決策系統(tǒng)建設，實現(xiàn)智慧檢修提供有力支撐。