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創造智慧電廠建設新成果——大渡河千萬裝機水電廠實現智能自主運行

作者: 陳隆祥 來源: 大渡河 發布時間: 2019-12-20 字號:【 秀色直播官网下载

近年來,大渡河大力開展智慧企業建設,推動傳統能源企業管理革命性變革,根據流域梯級水電站群的特點,以“智能自主、人機協同”為目標,在電站數字化、網絡化、智能化的基礎上,將大數據、人工智能等先進數字科技與電廠運營管理深度融合,通過整合運行管理曆史和人工經驗,構建“運行智能、巡檢智能、操作自主、人機協同”的全新電力生產組織形態與管理模式,在大渡河瀑布溝、大崗山、猴子岩、深溪溝、枕頭壩二級5座電站全麵應用,實現了全新的智慧水電廠智能自主運行管理方式,形成了具有新時代特點的自主創新技術成果和實踐經驗,取得了良好的經濟效益和社會效益,成為了落實集團公司“一個目標、三型五化、七個一流”總體發展戰略的最佳實踐,打造了新時代國有企業落實國家創新驅動發展戰略、深化提質增效的成功樣板。

從物理到雲端,實現一體化運營

雲端數據交互、雲端狀態監測、雲端人機協同……大渡河在智能自主智慧電廠建設過程中,通過數字化改造、智能化升級,將由一個個冰冷的機組設備組成的物理電廠,打造為更具感知力、更富生命力的數字電廠,從而實現“雲端電廠”的管理模式。

智能自主智慧電廠麵向傳統水電企業,拉開了智慧化改造的大幕。智慧電廠建立在智慧企業管控模型下,在傳統有層級的“物理企業”基礎上,通過構建物理電站的“數字孿生體”,形成與之對應的無層級的“數字企業”,通過有層級的“物理企業”與無層級的“數字企業”智能協同融合,從而使水電企業呈現自動預判、自主決策、自我演進的智慧化運行狀態。

泛在感知體的建設,成為打通物理電廠與數字電廠之間的數據橋梁。大渡河通過運用先進的傳感技術、在線監測技術充分感知大數據、采集大數據,形成了機電設備、水庫大壩、水情氣象等全麵係統的數據感知網絡。在生產設備數據感知領域,上線了開物雲雲端SAAS平台,建成了智慧檢修數據智能中台,在數據的精準分發、安全管控、數據預處理上實現了數據服務化,完成了40492個監測量、1846項技術參數、14599項缺陷數據、154503項兩票數據、7049項檢修任務數據、369路工業電視數據的數據融合,及時掌握設備健康運行狀況水平。在水情雨情數據感知領域,建立了由105個遙測站點組成、覆蓋全流域的水情自動測報係統,運用美國國家環境預報中心、國家氣象中心和歐洲中期天氣預報中心等三大專業機構氣象背景數據,每5分鍾滾動采集水情雨情信息,形成了覆蓋全流域的高精度水情測報係統。在庫壩邊坡數據感知領域,安裝了1.9萬個自動化監測點,分布在大渡河流域電站大壩及周邊山體中,實時收集掌握各類位移、變形、沉降等數據。通過泛在感知體的全麵建設,準確掌握廠站監控、繼電保護、穩定控製、勵磁、調速、機組振擺保護等相關生產數據,建立完備的設備畫像,還原生產業務場景,實現對水電站生產環境、要素對象和運行過程的全麵感知和智能控製。

2019年,大渡河流域裝機最大的瀑布溝水電站迎來了首台機組投產發電十周年的重要時刻。十年再造一個瀑布溝正成為現實,而這個“再造”,正是再造一個在物理瀑布溝電廠鏡像後的數字電廠。依托於全息生產管理平台,大渡河在瀑布溝電站建立了3D智能虛擬電廠,為現場作業人員提供了雲端漫遊巡回場景。通過接入全站的監控係統、工業電視係統、狀態監測、人員定位係統、智能機器人巡檢係統等生產數據,實現了水電生產過程中的各類數據、圖像、定位信息等在虛擬水電廠場景中的真實展現,大至庫區山體、機電設備、機組主變,小至屏櫃、空開、把手、閥門、指示燈、表記儀器,運維人員通過VR眼鏡或是控製大屏,即可開展虛擬巡回作業,取代部分現場巡回。同時可以模擬預演特定工況,對各種啟停操作、正常運行、工況轉換和故障運行狀態等進行仿真,增強運維人員的沉侵感與實操感。

從人工到智能,實現無人化生產

將幹部員工從艱苦、重複、繁重、危險的工作中解放出來,這是智能自主智慧電廠建設的重要目的。通過智能化技術與裝備的不斷更新投入,持續提升現場智能運行水平,才能全麵打造無人電廠。

在大渡河流域各電站中,智能化的應用範圍越來越廣。大渡河公司采用了移動監測與固定監測相結合、視覺識別與數據分析相結合、前端設備采集與後台係統判斷相結合的方式,在現場部署了智能巡檢機器人、工業攝像係統、紅外熱成像儀、智能監測等設備,應用智能分析模型、圖像及視頻流識別、聲音分析等技術手段全麵感知、預測設備缺陷或故障趨勢,實現了溫度、聲音、故障信息及“三漏”缺陷的實時監視和智能識別,代替人員巡視檢查設備狀態。

以活躍在各個電廠的智能巡檢機器人為例。瀑布溝水電站運維人員在日常巡檢過程中,每天有3次固定路線和多次臨時機動巡檢任務。每次巡檢耗時2-3個小時,人均步行2萬多步,巡檢人員的責任心差異、技能水平高低、巡檢範圍與頻率等因素,在一定程度上影響巡檢質量。如今,通過圖像識別、噪音監測、紅外測溫等技術,實現了24小時不間斷的智能巡檢,大量減少了現場人員的工作量,提高了巡檢質量。在設備分析方麵,每次夜班需要3名運行人員耗時6個小時的工作量,進行人工導錄數據,開展計算分析。而在相關機器學習技術的支持下,通過對設備運行狀態和健康度進行建模,實現了設備狀態評估自動化,實時跟蹤設備運行趨勢,提前預警設備故障。

與傳統水電站呈現出鮮明變化的是,大渡河公司各個電站的中控室已全麵取消,人工抄表、監盤等工作職能已不複存在。取而代之的是新成立的應急處置中心,主要承擔著故障診斷、補充巡檢和應急處置等工作。回憶起枯燥的監盤工作,基層生產運維人員感慨:“以往我們每天開展巡屏,涉及5000多個巡檢點、100多個頁麵、24小時不間斷監視,如今通過智能化手段,實現了現場無人值班,係統自動完成巡屏和監視工作,自動推送巡檢結果,工作模式、工作效率發生根本性變化,運維人員工作重點從簡單重複勞動向數據分析轉變。”

成效顯而易見。近年來,在大渡河公司裝機容量在增長近一倍的情況下,企業用工數量基本沒有增加,較電力係統定員標準節約人員近 1000 人。

從封閉到互通,實現聯動化響應

無層級化的智慧電廠,將一個個獨立、分散的智能係統串聯起來,形成更加扁平化的管控模式,實現統一集中管控,大幅提升企業規範管理水平與風險防控能力。

數據,成為打通係統壁壘的紐帶。大渡河公司開發了水電多係統智能聯動平台,實現水電站不同生產係統的智能協同聯動。根據生產流程相關性設計聯動邏輯,在安全I至III區製定了實時監控、五防閉鎖、火災消防、狀態監測、視頻監控等5大類聯動體、70餘項聯動功能,實現監控、消防、工業電視、智能巡檢等多個核心生產係統的協同工作。在現場設備發生異常時能夠第一時間將圖像、聲音等信息推送給生產人員,提高了現場應急處置的效率。

在現場應急處置的實踐中,一旦發生故障或事故,需要調度不同區域的巡檢人員,根據事故等級對不同的設備進行操作處理。這對生產應急響應能力提出了更高要求,若處置不及時,甚至可能造成事故範圍擴大。各個係統互相排列組合,組成不同的聯動方案,如上位機監控係統聯動工業電視、門禁、智能安全帽等係統,消防係統聯動工業電視、通風空調、智能oncall等係統,通過這樣的聯動係統,完成相關隔離措施,控製故障範圍提高了應急處置效率,每次報警平均節省3分鍾。

對於安全風險源的識別,更加體現了數據互通化的重要性。通過建立綜合性信息化平台,實現隱患排查、風險評估、危險源管控、違章識別等模塊功能聯動,保持“人、機、環、管”各要素在生產活動中的最佳匹配。現場運維作業人員配備了一係列智能管控成套裝備,集成了智能安全帽係統、定位係統內、智能鑰匙係統以及智能安全屏櫃、智能安全梯、智能安全帶等智能裝備數據平台,相關信息數據全麵對接聯動,實現11種違章的自動識別。當出現違章風險時,係統及時向當事人和相關管理人員發出預警信息,確保隨時掌握生產現場動態,及時糾正並製作違章作業行為。生產現場額的前端與後台數據也實現了互通化構建。在電廠生產運維人員移動平台上開發了一套手機APP應用,實現隱患排查、外委監護、工作票交底、人身安全風險分析預控等功能,運維人員通過手機實現數據實時同步,隨時開展填報、審批、流轉、檢查等工作,大幅提升了工作效率。

從單一到多源,實現數據化管控

從單一數據點,到多維數據源,大渡河公司不斷拓展生產大數據的廣度與深度,讓大數據更好地服務企業經營管理,取得了一係列實質性成效。

以水為天、靠水吃飯,這是幾代水電人難以突破的行業技術瓶頸。在創新技術的支撐下,大渡河公司首創流域多源數據融合分析技術,建立了高精度水情預測預報及電力調控體係,構建了基於降雨、徑流、大氣環流指數時空場的多因子集,創建大數據驅動的高精度水情氣象耦合洪水概率預報技術,結合多時空尺度流域產彙流耦合預報模型,將預報水平分辨率由3km提高到1.5km。同時,基於多層控製模型簇的大型梯級電站實時負荷自動分配的新方法,建立了自適應複雜洪水情勢的流域泄洪閘門智能調控係統,在行業內首次實現了大型流域調度由單機直調向多電站“一鍵調”的轉變,一年減少約3萬次負荷調節的工作量,實現三站全年負荷調節零幹預。通過調節攔蓄洪水,成功應對了10餘次丹巴、尼日河特大暴雨汛情,調蓄大洪水總量超過50億立方米,確保了下遊沿河兩岸地方防汛安全。近年來,通過定量降水預報、洪水資源化利用、智能調度決策支持、經濟調度控製等先進研究成果的應用,累計增發電量超過40億千瓦時,產生經濟效益逾10億元。

水電站許多關鍵設備為固定埋件,需通過先進的多維算法模型,從周邊數據推斷計算其健康指標,為狀態檢修提供有力保障。大渡河公司創新運用了多維建模專利技術的機器學習引擎,挖掘機組29個關鍵指標的曆史數據,建立機組設備健康狀態感知模型,實現設備健康度和發展趨勢的數字化評價,科學判斷發電機組健康趨勢,為優化設備檢修方案與策略提供了技術支持,推動檢修管理模式由計劃性檢修、事後檢修逐步向狀態檢修、改進型檢修轉變。今冬明春檢修期,流域各電站檢修費用減少600餘萬元,縮減幅度超過10%,通過優化檢修項目減少4400個檢修工時,降低幅度達6%,有效保障設備安全高效運行,提高經濟運行時間,降低設備檢修風險,節約大量檢修成本。

建立在大山深處的水電工程,對於山體周邊環境的感知尤為重要。大渡河公司研發了梯級庫壩群安全智能管控平台,多維感知和預警流域大壩及庫岸各類風險,建立了天空、陸地、水下一體化地災感知係統,實現了庫壩監測、水雨情、環境等多源數據的智能采集、傳輸、融合與分析,解決了邊坡失穩、庫岸滑坡及崩塌的早期預警難題。近兩年分別提前4小時和4天成功預報鄭家坪和開頂滑坡體的地質災害事件,避免了人員傷亡及財產損失。

創新不止步,改革再前行。大渡河公司將不忘初心、牢記使命,全麵落實集團公司總體發展戰略,當好智慧電廠建設的引領者、實踐者、推動者,為傳統企業注入轉型升級、提質增效的新動能,為集團公司建設具有全球競爭力的世界一流能源集團作出新的更大貢獻。

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