信息化技術在小型水電站中的應用研究

王丹丹

（新疆吉林臺水電開發有限公司，新疆 伊寧 835000）

0 引言

我國擁有非常豐富的水能資源，可供開發裝機容量為6.6 億kW，在水電站發展過程中，裝機容量和年發電量都在3 億kW 級與1 萬億kW·h 以上，分別為總電量的20.9%與19.4%。在水電站規模逐步增大后，在運維管理上對信息技術有了更高要求。然而分析小型水電站對信息技術應用現狀可知，大部分仍然處于單機運行狀態，系統之間相互獨立，未能充分共享各自信息，導致系統作用無法有效發揮。通過建立小型水電站信息平臺，將各方面信息資源整合起來，在應用計算機網絡的過程中，讓各監控子系統納入局域網中。此外，還要建設數據庫管理系統，對子系統數據進行統一管理，同時應用Web 完成綜合信息發布系統的建設。

1 信息化技術在小型水電站中的作用

1.1 提高運行效率，保證設備安全

小型水電站規模并不大，大部分為徑流式電站，受到生產的電量限制，成本投入往往居高不下。其中人工成本占據的比例很大，在水電站經營成本中超過了70%，且很多設備更新不及時，存在嚴重老化問題，運行效率始終得不到提升。小型水電站信息技術應用不到位，難以達到最優運行目的，且梯級電站未能通過聯合調度實現水利用率的大幅度提升[1]。水電站設備缺乏有效保護手段，容易出現“非停”問題，出現人為操作事故的概率較大，無法有效保證人員設備的安全。將信息技術應用于小型水電站，有利于提高經濟效益，控制管理成本，確保設備運行更加可靠與安全。在信息技術發展過程中，也為小型水電站智能化、信息化和自動化建設創造了條件，在引進“互聯網+”技術后，能夠為水電站創造更大社會效益與經濟效益。

1.2 促進智能電網建設

當前智能電網在電力系統中屬于關鍵性內容，其骨干網架為特高壓電網，在先進信息技術應用過程中，能夠在電力流、信息流和業務流等方面實現充分融合。智能電網的主要特點就是自動互動化、數字化和信息化，并涉及發電、輸電、變電、配電、用電以及調度等方面的內容，將整個電源、電網以及用戶整個流程涵蓋其中[2]。我國有豐富的水能資源，現有水力發電設備的裝機容量超過了20%。水力發電是電力系統不可缺少的環節，通過信息技術在小型水電站的應用，能夠實現智能化發展目標，也為智能電網建設產生促進效果。

1.3 提高水電站經濟效益

小型水電站應用信息技術，能夠實現自身的信息化、智能化和數字化發展。因為自動化設備生產廠商較多，很難將標準統一下來，數據信息模型也不夠統一，各自動化系統難以達到互聯目標，且數據流之間的差異，也增加了融合的難度。小型水電站自動化設備更新緩慢，自動化系統一體化、智能化程度不高，對生產過程不能提供智能決策，增加了生產檢修維護成本，不利于小型水電站效益與效率的提升[3]。因此，小型水電站要重視信息技術的應用，不斷提高自身經濟效益，降低人工成本。

1.4 解決水電站管理難題

在計算機網絡技術發展過程中，小型水電站信息化建設步伐逐步加快，而電力調度自動化與電網運行質量是關鍵內容，現在很多水電站都逐步配置了完善的自動監控系統。長期以來，小型水電站在信息化管理上還有所不足，缺乏統一管理信息系統，很難在信息數據上實現互通互聯，不能讓管理層決策獲得相關數據[4]。小型水電站采取信息化管理方式，既能保證運作的高效性，還可以保證實現預期效益目標。在網絡信息系統支持下，作業時間大大縮短，也讓人力投入減少，設備等資源得到優化配置，有利于節約管理成本。

2 小型水電站信息化管理系統構建策略

2.1 系統結構

小型水電站信息化系統通過應用數據管理技術、計算機網絡技術，實現統一管理與發布小型水電站各方面數據，提高了綜合自動化水平。將信息技術應用于小型水電站中，能夠對水能資源進行深度開發與利用，從而具備更強發電效能，有利于實現小型水電站現代化管理目標，為經濟發展創造良好條件。在信息化系統內設置管理層、傳輸層和生產層，能夠提供綜合管理、信息交換以及面向生產等功能。

對小型水電站各設備進行控制，通過中央控制臺采集原始數據，提供實時圖形顯示、各處報表顯示、發布各類事件、報警以及復歸顯示等功能。其中大壩安全監測自動采集系統完成對數據的采集后，在中央處理機與多串口支持下，完成與主機的通信[5]。水情測報系統因為數據采集器與上機位距離很遠，主要選擇無線電臺傳輸手段。將自動監測項目前置上位工控機、各部門計算機配置為計算機局域網節點，從而達到共享硬件級系統資源的目的。要配置專門的服務器，用于對數據的分析與處理，成為中心數據庫服務器，前置機不僅要對數據進行采集與處理，還要與服務器進行通信，具備將數據寫入中心數據庫服務功能。系統通過直接調取網絡數據庫的數據信息，采取設置模型與數據預報分析方法，以圖形、表格等方式進行顯示，支持對成果的打印。最后根據網絡需求對數據進行存儲、查詢與傳輸。圖1 為小型水電站信息化系統整體結構。

圖1 小型水電站信息化系統整體結構

2.2 系統架構

2.2.1 管理層

管理層主要負責綜合管理，在結構上通過網絡的支持，將用戶設備與傳輸層、生產層等服務器進行連接，并連接到外網設備將信息及時發布出來。管理層主要由監控計算機、系統服務器、調度員站、Web 服務器以及手機終端等構成。在計算機技術、通信技術等先進技術支持下，能夠有效采集小型水電站現場所有數據，具備分析、計算、統計和處理等作用，能夠自動控制系統設備，提高了設備信息化管理水平，并保證系統故障診斷效果，制定智能輔助決策[6]。對管理信息系統、電力市場信息系統有效集成，利用數據接口與調度、終端等提供數據信息實時通信、遠程交換與服務管理等功能。系統軟件為具有開發性特點的模塊化、中間部件和組態技術，結合小型水電站運行技術要求，為多用戶和多場合應用創造條件。

2.2.2 傳輸層

傳輸層主要發揮信息交換的作用，分為通信設備與通信線纜，借助通信技術為數據信息傳遞、路由與控制奠定基礎。傳輸層利用專門的通信協議，讓小型水電站各信息設備對信息進行自動識別與交換。傳輸層不僅為設備通信創造基礎，還能夠進行監控設備與水情監測、大壩監測、機組與輔助設備控制等通信，并支持小型水電站與其他電站、調度、無線應用終端等通信。傳輸層包含有線通信與無線通信，系統布線、數據采集非常便利。機組運行與控制、發電相關勵磁、調速、輔機等近端設備、主控室設備等基本上以光纜通信為主[7]。針對數據采集量小、測點比較分散、布線成本高的設備，主要選擇無線通信模式，如水庫、前池、尾水、集水井水位、大壩閘門、水情信息等。無線通信有近距離與遠距離之分，若是測點近、設備布線難度大，則以Wi-Fi、Zigbee 以及無線藍牙等通信為主。若測點遠、設備布線難，則選擇5G、GPRS 等網絡通信。

2.2.3 生產層

生產層結構基于網絡進行架構，在通用網絡設備支持下，將生產設備連接到微機、工作站以及服務器。自動控制設備借助PLC、智能控制單元等，利用數據總線與現場I/O 設備、智能儀表、遠程I/O 設備等連接。生產層與管理層相結合，能夠實現整個自動化控制系統的建設。通過各種傳感元件與執行元件，系統能夠有效采集小型水電站各方面數據信息，并進行分析識別與處理，實現設備自動控制目標。數據信息主要有電壓、電流、功率、頻率、溫濕度、油壓、氣壓、水位、流量、雨量、閘門位置以及設備狀態等。此外，系統還能對小型水電站設備的標簽碼、RFID 標簽、讀寫器以及現場聲像信息等進行采集。在數據采集智能模塊內設置傳感元件，結合系統需求完成暫態、穩態數據等分析與處理，并進行選擇性存儲。這樣小型水電站的數據均能實現全面采集，也為數據提取與處理等操作奠定基礎。

2.3 系統功能

信息化管理包括監控系統、生產與設備管理、信息發布平臺和辦公自動化管理等功能。根據系統設計方案對獲取數據信息進行分類組織管理，便于用戶瀏覽與查找相關信息，結合實際需求完成管理、分析、操作、動態監測、信息發布以及管理決策等處理。系統支持信息測量、處理、監視、調節、保護、存儲、控制以及故障診斷、服務管理等，并包括電量與非電量信息、設備狀態信息、聲像信息與管理決策信息，能夠對小型水電站各種設備進行監視與自動控制，如發電機、水輪機、勵磁機、調速等[8]。同時系統也能對主變壓器、線路以及電源等進行有效監測，確保水電站始終處于信息化管理狀態下。

系統功能包括以下7 個方面：①水庫信息發布。系統對水庫相關信息進行動態發布，用戶能夠方便瀏覽并掌握水庫基本情況。②水情雨情監測。通過對這些信息的實時采集、監測與傳輸，為用戶瀏覽創造便利條件。③洪水預報。網上能夠直接對洪水預報信息進行查詢，能全面直觀將水庫汛情呈現出來。④大壩安全監測。要想促使大壩監測體系更加完善，該功能主要是合理設置監測點、整編數據、查詢監測信息、自動分析處理等。⑤閘門監測。將閘門的開度、狀態、操作信息、報警等顯示出來。⑥視頻監控。在監控網絡支持下，向小型水電站辦公網絡傳輸硬盤錄像機、監控系統視頻服務器的視頻信號等。⑦系統管理。具體內容有權限管理、用戶管理、角色管理、用戶組管理、參數設置、測點設置以及日志管理等。

2.4 注意事項

首先，對小型水電站信息管理系統加強安全保障。對服務器設置區域來說，要避免被臨時用戶訪問，數據庫要采取本機加密、本機訪問控制等措施。或者是設置一定數量的口令，讓重要文件得到保護，并設置邏輯訪問安全問題。要通過專門的服務器處理外部通信，形成防火墻，或者在合適地方放一份計劃，各關鍵文件必須備份，且備份時不能只是簡單進行復制，需要在閉鎖區域放入服務器，只能讓特需人員進入其中。其次，合理對自動監測設備與儀器進行選型。設備需要達到自動化效果，復雜惡劣環境下也能正常運行。另外，系統需要將防雷、防火和防潮等落實到位。信息管理系統要發揮出人工觀測、自動觀測等作用，無法自動監測條件下則采取人工觀測方法，具體為測點遙測、人工讀數以及記錄等。

3 結語

總之，將信息技術應用于小型水電站中，能夠實時分析與處理各種歷史和日常數據，對數據進行自動觀測。該系統不僅客戶端應用非常便捷，也具備可擴展系統性強、跨平臺應用等特點，如服務器設置遠程接入設備，用戶可以方便連接訪問系統。小型水電站在信息技術支持下，利用光纖通道、微波、載波等與電力調度中心、三防指揮中心等進行連接，確保在網絡環境下共享各自資源，也能快捷方便查詢水電站各方面資源，從而制定更加科學合理的決策。