梯級小水電集控中心的建設(shè)與研究

李 闖，龔傳利

（1.五凌電力集控中心，湖南 長沙 410000；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

0 引言

隨著云南鎮(zhèn)康梯級小水電開發(fā)建設(shè)項目的完成，各廠站監(jiān)控、水調(diào)、電能計量、繼電保護(hù)與安全防護(hù)等自動化系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用，技術(shù)也趨于成熟，為建立梯級小水電遠(yuǎn)程集控中心打下了良好的基礎(chǔ)。開展流域梯級集控中心建設(shè)，實現(xiàn)多站遠(yuǎn)程集控，聯(lián)合調(diào)度、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減員增效，提升員工生活品質(zhì)，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 流域電站概述

鎮(zhèn)康湘源水電開發(fā)有限公司主要開發(fā)臨滄南片（猛撒）河梯級電站，共投產(chǎn)5個梯級電廠，南片河梯級電站位于臨滄市鎮(zhèn)康、耿馬兩縣南捧河一級支流上。

（1）木場采用引水式設(shè)計，不具備調(diào)節(jié)能力，總裝機(jī)4.8 MW，廠房位于鎮(zhèn)康縣木場鄉(xiāng)，壩址位于木場鄉(xiāng)南片河上游。

（2）打窩采用徑流式設(shè)計，不具備調(diào)節(jié)能力，總裝機(jī)18.9 MW，進(jìn)水壩位于鎮(zhèn)康縣木場鄉(xiāng)大干溝村的南片河上。

（3） 板橋采用引水式設(shè)計，不具備調(diào)節(jié)能力，總裝機(jī)8 MW，廠房位于鎮(zhèn)康縣木場鄉(xiāng)，壩址在木場鄉(xiāng)金竹林村上游。

（4）硝塘采用徑流式設(shè)計，不具備調(diào)節(jié)能力，總裝機(jī)8 MW，廠房位于鎮(zhèn)康縣木場鄉(xiāng)，壩址在木場鄉(xiāng)中場村上游。

（5）營盤為引水式設(shè)計，不具備調(diào)節(jié)能力，總裝機(jī)8 MW，廠房位于鎮(zhèn)康縣木場鄉(xiāng)內(nèi)，壩址在木場鄉(xiāng)猛勘河上。

2 建設(shè)的目的和意義

項目以實現(xiàn)云南鎮(zhèn)康所屬多流域水電站數(shù)據(jù)的采集、遠(yuǎn)程集中監(jiān)視和控制(SCADA)、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、歷史數(shù)據(jù)存儲、分析為目的。利用多流域多電站的聯(lián)合運(yùn)行，整合全流域水資源，合理分配各廠站實時負(fù)荷，達(dá)到防汛、發(fā)電綜合效率最大化，逐步實現(xiàn)“無人值班、少人值守、夜間關(guān)門”的管理模式，增強(qiáng)員工歸屬感和企業(yè)以人為本的文化。

3 系統(tǒng)設(shè)計原則與結(jié)構(gòu)

對于小型梯級調(diào)度中心項目來說，建設(shè)周期、投入資金及運(yùn)維人力均無法做到與中、大型梯級調(diào)度中心一樣面面俱全，故集控中心的建設(shè)應(yīng)綜合考慮投入和產(chǎn)出、地理環(huán)境及電站運(yùn)行檢修的便利，以及流域內(nèi)電站實現(xiàn)“無人值班、少人值守、夜間關(guān)門”運(yùn)行管理模式的需要，采用擴(kuò)大廠站模式和梯級集控中心相結(jié)合的配置方案，將集控中心建設(shè)在交通便利、人員集中的廠站附近，對其他梯級廠站進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)視，優(yōu)化調(diào)度，既可以充分發(fā)揮集中調(diào)度的優(yōu)勢，又能降低人力資源成本。

3.1 設(shè)計原則

（1）按照“少人值守、夜間關(guān)門運(yùn)行”的原則進(jìn)行集控中心的總體規(guī)劃、設(shè)計和軟硬件配置，廠站側(cè)預(yù)留考慮必要的應(yīng)急處置設(shè)備。

（2）系統(tǒng)采用開放的分層、分布結(jié)構(gòu)，在集控中心各系統(tǒng)的長期運(yùn)行中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)保證夠先進(jìn)、易運(yùn)維、可擴(kuò)展和便移植，同時充分考慮系統(tǒng)資源的利用和投資收益。

（3）集控遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)作為生產(chǎn)控制大區(qū)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國家能源局安全【2014】年317號《電力行業(yè)網(wǎng)絡(luò)與信息安全管理辦法》和GB/T 36572-2018《電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)導(dǎo)則》的要求，做到分區(qū)合理、專網(wǎng)專用、橫向隔離、縱向加密。

（4）系統(tǒng)內(nèi)重要軟、硬件設(shè)備的選型和采購應(yīng)滿足國家網(wǎng)絡(luò)安全的要求，充分利用電力行業(yè)目前的前沿技術(shù)，保障系統(tǒng)的可靠性、安全性、實時性、實用性[1]；同時兼顧可拓展性，以符合電力系統(tǒng)高速發(fā)展的需要。

（5）系統(tǒng)應(yīng)能長期可靠穩(wěn)定運(yùn)行，電調(diào)、水調(diào)等系統(tǒng)根據(jù)承載業(yè)務(wù)的重要程度適當(dāng)冗余配置，各項指標(biāo)均應(yīng)在國家或電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)之上。

（6）各應(yīng)用系統(tǒng)平臺以模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計為基礎(chǔ)，兼顧可擴(kuò)性，以便日后運(yùn)維和業(yè)務(wù)擴(kuò)展的需要。

3.2 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

鎮(zhèn)康流域水電集控中心計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，為保證該項目投入和產(chǎn)出比最大化，結(jié)合小水電自身實際情況，本項目根據(jù)要求選用“擴(kuò)大廠站直采、直送、直控”模式，簡化電廠控制層（設(shè)置僅配置一臺應(yīng)急操作員站）配置[1]。集控中心與廠站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)IP地址規(guī)劃應(yīng)在同一網(wǎng)段，集控遠(yuǎn)程監(jiān)控總站可直接與各廠站現(xiàn)地控制單元進(jìn)行通信，實現(xiàn)集控與廠站側(cè)數(shù)據(jù)的直采、直送、直控。集控中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示，廠站側(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。

此模式特色如下：

（1）減員增效。新運(yùn)管模式下，各電站中控室僅需設(shè)置一臺應(yīng)急操作站，無需再進(jìn)行常態(tài)化的監(jiān)屏和操作，可大大降低人力資源成本。采用該模式后，集控中心可實時掌握直調(diào)廠站的狀況，對機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和充分利用，達(dá)到減員提效的新成果。

圖1 云南鎮(zhèn)康流域集控中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖2 云南鎮(zhèn)康流域各廠站側(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

（2）節(jié)約投資。新運(yùn)管模式下，各廠站側(cè)可減少監(jiān)盤、電能計量和水情等業(yè)務(wù)服務(wù)器的配置，避免了設(shè)備的重復(fù)投入，減少了日常運(yùn)維，成本得到較好控制。

（3）優(yōu)化運(yùn)維管理。新運(yùn)管模式下，監(jiān)控和運(yùn)維模式將得到徹底改變，可合理調(diào)配維護(hù)人員對各廠站進(jìn)行狀態(tài)檢修和設(shè)備管理。

（4）規(guī)范業(yè)務(wù)流程。集控中心將匯集直調(diào)廠站各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、集中分析和統(tǒng)籌出口，規(guī)范各廠站設(shè)備運(yùn)行信息管理和整理任務(wù)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)

根據(jù)《電網(wǎng)和電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)規(guī)定》和《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》的要求，需保證安全級別最高的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不受安全等級較低系統(tǒng)的影響，與安全級別較低的其他系統(tǒng)有足夠的安全隔離，不允許其他系統(tǒng)直接訪問計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的信息，確保系統(tǒng)具有安全可靠性[2]。

系統(tǒng)需實現(xiàn)主機(jī)加固及審計功能。通過合理地設(shè)置系統(tǒng)權(quán)限、關(guān)閉非必要的遠(yuǎn)程訪問端口，禁止不必要的應(yīng)用和服務(wù)，定期更新系統(tǒng)補(bǔ)丁，消除系統(tǒng)預(yù)留后門。

系統(tǒng)的管理上采取多樣防范措施，嚴(yán)控非法使用系統(tǒng)的軟硬件資源。做到病毒庫的及時更新和定期查殺，病毒的防護(hù)需覆蓋電力二次系統(tǒng)的所有服務(wù)器和工作站，嚴(yán)防各種網(wǎng)絡(luò)病毒的侵入與擴(kuò)散。

3.4 電能計量系統(tǒng)

電能計量系統(tǒng)通過電力非實時網(wǎng)絡(luò)，采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP傳輸協(xié)議，實現(xiàn)遠(yuǎn)程終端數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計分析、可視化展示等功能。針對不同的系統(tǒng)和應(yīng)用、不同的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、不同的數(shù)據(jù)類別和數(shù)據(jù)量，綜合考慮接口的可靠性、安全性、維護(hù)的方便性、數(shù)據(jù)傳輸效率等因素，系統(tǒng)通過接口服務(wù)器，采用不同的接口方式（中間庫接口方式、報文傳輸數(shù)據(jù)方式、直接登錄其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成和共享[3]。并為后期各場站的生產(chǎn)運(yùn)營情況進(jìn)行深度統(tǒng)計分析以及逐步向狀態(tài)檢修模式過渡提供部分?jǐn)?shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.5 工業(yè)電視系統(tǒng)

水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而被廣泛應(yīng)用，其采用圖像方式遠(yuǎn)程監(jiān)視電站各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，使運(yùn)行人員在集控中心便可監(jiān)視整個梯級廠站內(nèi)外的情況，在減輕工作人員的勞動量和勞動強(qiáng)度的同時，也能與廠站側(cè)滅火、監(jiān)控等系統(tǒng)等進(jìn)行聯(lián)動、及時發(fā)現(xiàn)各種危險狀況，提醒值班人員，制止事故的發(fā)生。

3.6 供電系統(tǒng)

電力供用系統(tǒng)是集控中心監(jiān)控、電能、通信等系統(tǒng)的不可分割的一部分，常被稱為各系統(tǒng)的“心臟”，在相關(guān)系統(tǒng)中占有極為重要的地位。如果供電系統(tǒng)發(fā)生故障，會導(dǎo)致被供電系統(tǒng)全部癱瘓，將給集控中心造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良社會影響。因此，對于流域梯級集控中心而言，在一定意義上，不間斷電源建設(shè)需作為保障各系統(tǒng)正常運(yùn)作的頭等大事。

4 集控中心功能與目標(biāo)

云南鎮(zhèn)康梯級電站遠(yuǎn)程集控中心監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)梯級商業(yè)化運(yùn)營、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)度的基礎(chǔ)設(shè)施，為實現(xiàn)梯級小水電站群集中控制、集中監(jiān)視、協(xié)調(diào)運(yùn)行、保證各電站和電網(wǎng)安全、穩(wěn)定可靠運(yùn)行提供了有效的技術(shù)手段[4]。

根據(jù)“無人值班、少人值守、夜間關(guān)門運(yùn)行”的原則，逐漸實現(xiàn)對現(xiàn)地及遠(yuǎn)方（集控中心）設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控，集控中心側(cè)進(jìn)行監(jiān)控、供電、通信系統(tǒng)的冗余配置，各電站僅配置一套應(yīng)急處置系統(tǒng)。集控側(cè)負(fù)責(zé)對調(diào)控中心與廠站日常操作、安全監(jiān)視及管理；廠站監(jiān)控系統(tǒng)只采集、監(jiān)視來自本廠站的運(yùn)行信息和數(shù)據(jù)，而不對控制對象進(jìn)行控制操作，僅當(dāng)集控中心計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)故障或失效或要求啟用廠站系統(tǒng)時，控制調(diào)節(jié)權(quán)交由廠站控制，以實現(xiàn)整個梯級電站群安全穩(wěn)定、遠(yuǎn)程集控、聯(lián)合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、水能綜合利用效益最大化的目標(biāo)。

5 系統(tǒng)建設(shè)的問題與解決思路

（1）云南鎮(zhèn)康流域梯級各小水電所處大山深處，地理位置較為偏僻，其中一個電站方圓幾公里無通信運(yùn)營商基站，集控中心與廠站的運(yùn)營商備用通信通道無法搭建。后經(jīng)現(xiàn)場勘察，仔細(xì)分析討論，巧妙地采用“分段租用電力、電信通道”方式，較好解決備用通道問題。電力、電信雙通信通道冗余配置，有效保障重大設(shè)備設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）一般而言，梯級電站與調(diào)度部門通信采用直采直送，集控中心的建立必然改變現(xiàn)有電站與調(diào)度的通信聯(lián)系方式，采用集控統(tǒng)一調(diào)度和統(tǒng)一上送模式。參考多個已投運(yùn)梯級電站群的運(yùn)維經(jīng)驗，唯有在技術(shù)和管理上做到廠網(wǎng)密切合作，方才能達(dá)到廠網(wǎng)雙贏局面。

（3）梯級流域開發(fā)公司搭建集控中心面臨的首要問題就是調(diào)度關(guān)系的轉(zhuǎn)變。當(dāng)前實現(xiàn)方式是集控中心接受并執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)度對單個電站的指令，電站運(yùn)行方式由電網(wǎng)決定[4]。雖然調(diào)度關(guān)系實質(zhì)上未變，但流域公司與電站的監(jiān)控水平將大大提高，從而進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)度和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

6 結(jié)束語

隨著國家“2030碳達(dá)峰、2060碳中和”進(jìn)程的不斷推進(jìn)，“無人值班，少人值守，夜間關(guān)門運(yùn)行”的管控模式將成為各梯級電站運(yùn)管的理想選擇。文中研究了梯級小水電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指導(dǎo)意見，結(jié)合其現(xiàn)有的人員及網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)，對前期勘測中發(fā)現(xiàn)的問題給出了相應(yīng)的解決建議，可為后期同類項目建設(shè)提供借鑒。

梯級小水電集控中心建設(shè)后可降低各梯級電廠發(fā)電成本，提高水利資源效率和流域整體規(guī)模效益，提升綜合運(yùn)維管理效能，保障梯級電廠發(fā)電效益的最大化。