电力行业智能工厂系列(二):老电厂的“智能化”转身-智慧资讯

电力行业智能工厂系列(二):老电厂的“智能化”转身

葛洲坝水利枢纽全景图

历程:葛电厂的三次跨越

1984年,现任葛洲坝电厂副厂长的潘家才刚走出大学校门,就来到了这个他甘愿为之奉献30年青春的地方。那时,葛洲坝电厂刚成立3年多,二江电站已经投产发电,大江电站还在筹建。如今,已过“而立”之年的葛电厂正朝国内首家大型智能水电站的目标迈进。抚今追昔,老葛电人潘家才满怀自豪:“目前,国内乃至世界范围内,在智能电站建设方面有实质性动作的为数不多。30多年来,葛洲坝电厂一直在创新、突破,我们的技术管理一直走在全国前列。”

成立至今,葛洲坝电厂一共经历了三次“跨越”。

1981年12月27日,葛洲坝电站首台机组正式移交给葛洲坝电厂管理,标志着葛洲坝一期工程投入商业运行。上世纪80-90年代的中国,工业基础薄弱,国产机组设备新、数量多且技术性能不稳定,“我们的力量几乎全部用来攻克设备难题,可以说是宵衣旰食”,潘家才在采访中回忆起当时的情景。尽管面对着极大压力,葛洲坝电厂还是选择了迎难而上,在运行的最初20年里,尽最大努力保证水库调度、航运管理、防洪度汛,为我国社会主义建设和水电科技进步作出了巨大贡献。这是葛洲坝电厂的首个跨越。

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葛洲坝电站大江厂房内景

进入21世纪,成功改制的葛洲坝电厂大步迈开“科学管理”的步伐,努力打造“精品电厂”。2000年至2011年间,葛洲坝电厂提出“打造水电厂精品”的目标,引入本质安全、精益生产管理、绿色电站、NOSA等先进理念,搭建起先进的管理平台,完善了安全高效的电力生产管理系统。2011年,葛洲坝电厂各项指标均已达到“精品电厂”的规划要求,处于国内外同行业领先水平。运行20年的葛洲坝电厂一举迈进精品行列。

2013年4月,葛洲坝500千伏GIS开关站正式投入运行。这座华中区域第一座500千伏智能变电站创造性地将电厂和变电站有机结合起来,为我国在厂站联合运行和建设智能水电厂等方面积累了丰富的经验。这也是葛洲坝电站智能化改造取得的重大阶段性成果。从“精品”到“智能”,葛洲坝电厂又一次迈开了超越自我的脚步。

这座安稳运行30多年的“老厂”一路走来,在一次次跨越中历练得愈发成熟与稳重,却从不失一颗年轻、奋进的心。我们相信,这一我国水电史上的辉煌杰作,将在智能化的道路上继续焕发光彩。

勇气:“做第一个吃螃蟹的人”

葛洲坝电厂是“万里长江第一坝”——葛洲坝的运行管理单位。这座由中国人自行设计、建设的水利枢纽工程,是20世纪中国水电建设史上的一座丰碑。到今年,葛洲坝电站已经连续安全稳定运行34年。

岁月成就了葛洲坝的高度,也让这座名副其实的“老电厂”站在了选择的关口——经过长期风雨磨练,电站设备设施趋于老化,这是事物发展的必然。如何让电站“老”而不“旧”?如何应对水电行业日新月异的发展变革?这是所有葛电人都必须面对和回答的问题。

现实考验面前,葛电人选择迎难而上,在“十二五”发展规划中明确提出“建设智能电站、保持行业领先”的高远目标,从一开始就着眼行业最前沿。

电力行业智能工厂系列(二):老电厂的“智能化”转身

保护分部员工在对新投运的保护装置运行状况进行检查

在葛洲坝电厂提出建设“智能化电站”之初,对于这一概念的认识,业界并没有统一的说法,因为当时全国还没有一个公认的智能化大型水电站建成。认识都尚未统一,建设起来难度可想而知。

葛洲坝电厂,这个曾经引领中国水电潮流的“老电厂”,如今又一次站在了业界潮头。

建设智能电站是出于何种考虑?为什么要选择在这样的时机进行智能化改造呢?

葛洲坝电厂厂长符建平解释说,“当前,葛洲坝电站正处于大规模设备换型改造的良好时机。按照智能水电站的思路进行设备改造,有利于设备稳定运行、信息整合和标准化建设。此外,电厂已经投入运行的状态检修在线监测系统和设备智能化研究、标准规范的修编工作等,也为智能水电站建设实践打下了良好基础。”

葛电人把建设智能化电站比喻为“吃螃蟹”。的确如此,当时,业界没有成熟的经验和现成的模板可资借鉴,葛洲坝作为一个运行多年的老电厂,相比新建成的“后生”,要想再次树立行业标杆,势必要付出更多努力。

努力,从设备改造开始。这其中,最为引人关注的当属葛洲坝500千伏GIS开关站改造工程。

为根治500千伏开关站等输变电系统设备缺少备品备件,提升其整体性能,同时解决葛洲坝电站与三峡电站联合运行流量不匹配的问题,长江电力决定,对葛洲坝电站500千伏开关站及设备进行技术改造,将原敞开式开关站改造为户内GIS开关站。

2011年7月,葛洲坝500千伏GIS开关站现场改造正式动工。经过近两年的土建施工、机电设备安装和线路转接调试等工作,新开关站于2013年4月正式全部投运。自此,运行近30年的葛洲坝老开关站“退役”。

这是一次具有划时代意义的“新陈代谢”,新投运的500千伏开关站,是华中电网区域首个投入运行的500千伏智能变电站。与老站相比,新站占地面积更小,不受外部环境影响,设备运行更加稳定,利于维护和检修。

不仅如此,新站设备运行状态全部数字化,可通过网络分析,对电站设备的运行做出趋势判断,达到智能化运行管理的要求。

葛洲坝电厂电气维修部副主任杜波介绍说:“500千伏GIS开关站建设创造性地将电厂和智能变电站有机结合起来,在电厂与智能变电站的联合运行和建设智能水电站方面,积累了丰富的经验。”

截至目前,500千伏GIS开关站已经投运一年多,各方面情况良好。成勘院、国电大渡河公司等同行都先后来葛洲坝电厂参观取经。

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葛洲坝电厂自动分部员工正在进行机组监控系统改造

路径:“三步”+“三区”=全面智能化

如前所述,由于理念超前,对于何谓“智能化”电站,业界还没有一个一致的说法,但是较为统一的认识是,必须在生产、运行等全部环节的控制和判断上具有高度的主动性、安全性和可靠性。在葛电人看来,所谓“智能电站”就是要能“分析过去,掌控现在,预测未来”。

分析过去,指的是电厂能通过积累模型,梳理和总结运行规律;掌控现在,指电厂能保证安全经济运行,从容应急;预测未来,指电厂可以对还未发生的情况进行趋势分析,并作出预防和应对措施。在这三大内容中,最关键的是后两者。

为了掌控现在、预测未来,葛洲坝电厂制定了“整体规划,标准先行”、“分区建设,稳步推进”、“综合应用,完善提升”的“三步走”建设步骤,以“电站设备数字化”、“经济运行自动化”、“数据共享网络化”、“信息应用智能化”为技术路径,全面推进电站智能化建设。

2012年4月,葛洲坝电厂专门成立智能电站标准编写小组,确定了相关技术规范,内容涉及二次设备系统、平台、网络和应用等,并于当年8年底完成标准发布工作。标准推行之后,这“第一步”走可以做到全面采集电厂的运行过程数据、设备状态特征等信息。

“第二步”主要进行分区建设。其中Ⅰ区系统主要以监控系统为骨干网,开展完整的三层(厂站层、单元层、过程层)、两网(厂站层网、过程层网)的全数字化建设和改造。Ⅱ区系统是电站的智能核心区,主要负责网络整合、数据中心建设以及智能功能的开发。Ⅲ区系统是智能决策支持系统,主要实现电站发电生产信息的查询、展示,结合管理数据,开发管理决策智能支持模块。

“‘三层两网’结构实现了设备的数字化、网络化,促进了设备集成度水平,简化了变电站的控制回路,为一次设备的智能化奠定了基础。”葛洲坝电厂电气维修部保护分部主任肖江滔说。

“第三步”则是通过传感器对数据进行补充和调整完善,使三个智能化系统得以实现信息共享。在大数据平台上,各种信息被分析、识别,进行模型积累,开发出适合具体情境的智能模块。

这三步、三区,构建起一个完整的智能电站实现路径和物理模型。据介绍,系统全部建成后,借助大数据库技术,每个生产数据都可以读取,计算机可根据来水、水头自动算出能发多少电,通过与实际发电量对比,可进一步分析判断出是否有机组的效率出现问题,以及是否需要检修等。这种方式变事后处理为事前分析,提高了生产活动的主动性。

“我们以前都是‘人机对话’,通过智能化改造,可以让设备有效交互,使机器之间能够互相对话。”葛洲坝电厂电气维修部保护分部副主任陈海光这样描述智能化带来的变革。

“建设智能电站,对内是满足‘安全运行、经济高效’的需要,对外是满足‘智能电网’建设的需要。”符建平在肯定葛洲坝智能电站建设的意义时强调。

葛洲坝电厂作为水电行业的“老资历”,置身于时代与国家的大背景下,清楚地认识到自身的社会和历史责任,以为社会和国家创造更多价值为己任,以推动水电行业不断发展为理想,敢为人先,体现出了一个中国水电模范企业的担当。


实践:改造增容让电站“华丽转身”

“三步”和“三区”,规划出葛洲坝电站智能化改造的顶层设计。在实现这一目标的过程中,葛电人立足实际,勇于进取,开展了一系列改造和创新,这些浸满汗水、成效显著的举措,汇聚成老电厂“华丽转身”的动力。

2013年9月16日,葛洲坝电站机组改造增容工作全面启动。这是葛洲坝电站智能化改造的一项关键内容。改造增容结束后,葛洲坝电站将重新“焕发青春”,其装机容量将增加约47.5万千瓦,相当于不建坝、不移民、不影响环境而新建一个大中等规模的水电站。依据工作计划,葛洲坝电站的19台水轮机组将先后进行改造。

截至目前,首批6台机组水轮机改造工作已率先完成。随后3年中,将完成其余13台水轮机组改造。水轮机改造完成后,将开始进行发电机的改造工作。

由于充分应用了先进技术和工艺,改造完成后,葛洲坝电站机组的水轮机、发电机等运行条件将达到国内领先水平。另外,葛洲坝电厂机组的改造,还将为国内同类型电站机组的方案设计和改造实施提供极有意义的借鉴。

除机组本身外,二次设备的改造也是智能化建设的必然要求。前文已经提到,为了保证输变电系统的整体性能,确保电力“送得出”,葛洲坝电厂对旧开关站进行了彻底改造,这只是该厂改造换型的诸多亮点之一,同样值得一提的,还有监控系统的改造。

大江、二江电站计算机监控系统改造,是继2002年计算机监控系统改造后,葛洲坝电厂的又一次大规模改造。2011年,该项工作启动,经过两年努力,监控系统改造工作于2012至2013年度岁修期间全部完成。

新系统不仅完成了网络拓扑重构、硬件更新、软件升级和控制流程优化,而且为其它智能二次设备预留了数据互联通道,实现了数据在统一平台下的整合。

“新监控系统的调整能力和现地可靠性在国内外水电站中属于领先水平。”潘家才说“在这个系统中,大江、二江两个电厂的监控计算机可以互相备用,任何一个子系统、子网络出现问题,都不会影响整个系统的运行。”

根据行业规律,电站计算机监控系统一般十年更换一次,这是一个不短的周期。是简单维护改良,还是勇立潮头大胆创新?需要勇气,更需要努力。

如葛洲坝电厂电气维修部主任张亚明所言,要想引领潮流,树立标杆,必须要有承担风险的胆识。经过周密考虑,葛洲坝电厂开业界先河,在监控系统改造中,首次实现了现地控制单元和调速器以IEC61850标准接入监控系统,具有极其重大的行业引领和示范意义。

当前电力系统中,对变电站自动化的要求越来越高。因此,需要一种通用的通信方式,来实现变电站中各种设备的管理以及设备间的互联,IEC61850就是这样一种方式。它提出了一种公共的通信标准,通过对设备的一系列规范化,使其形成一个规范的输出,实现系统的无缝连接,是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准。

这一标准吸收了很多先进技术,对保护和控制等自动化产品和变电站自动化系统的设计产生深刻影响。但是,在葛洲坝电厂启动计算机监控系统改造时,该标准的研究还停留在大学等科研机构的桌面上,在全国电力系统中成功应用的寥寥无几。国际国内主要设备厂商没有一家支持该协议。这一次,葛洲坝电厂又成为“吃螃蟹”的第一人。

该标准的前沿性和先进性,让葛洲坝电厂下定决心,在全厂推广使用。

“在系统开发的时候,AB、西门子、施耐德、GE等知名厂家都没有过同类产品的生产经验,可以说,我们对相关技术的掌握比厂家更深入。后来,我们带着厂家走,从技术、设计等各个层面与厂家深入沟通,才实现了IEC61850通信标准在葛洲坝电厂的落地。”葛洲坝电厂电气维修部自动分部主任周劲峰在采访中回忆。

据了解,该项通信标准不仅可以应用在变电站内,而且适用于变电站与调度中心之间,以及各级调度中心之间。目前,国内外各大电力公司、研究机构都在积极调整产品研发方向,力图和新的国际标准接轨,以适应未来的发展方向。

记者在采访中得知,截至目前,葛洲坝电厂计算机监控系统、机组保护均已按要求改造完毕,与智能化改造相关的硬件构架已经完成,应用软件正陆续上线,后期将逐步完善。到明年年底,葛洲坝电厂将初步完成“智能化转身”。

“这很可能是全国第一家大型智能水电站。”符建平介绍。

我们期待老电厂又一次精彩亮相。

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