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【智慧小浪底】国电大渡河流域智慧化建设专题调研报告
  来源:党群工作处   时间:2019-07-24 08:09:09   

 

  根据工作安排,为进一步做好智慧小浪底建设的推进工作,准确把握建设过程中的重点、难点环节,由公司领导带队,开发公司综合部、监测维修分公司相关人员,并邀请库区管理中心相关人员共同组成调研小组,对国电大渡河流域水电开发有限公司(简称大渡河公司),以及瀑布沟水电站进行调研(如下表所示),调研通过交流座谈及实地考察的方式开展,现将调研总结如下。

  一、调研单位基本情况

  (一)大渡河公司

  大渡河公司是集水电开发建设与运营管理于一体的大型流域水电开发公司,目前拥有水电资源约3000万千瓦,其中已投产发电装机966万千瓦,正在建设装机405万千瓦,开展前期工作装机1600万千瓦,是四川省工业企业最大规模50强企业。

  大渡河公司智慧企业广泛运用云计算、大数据、物联网、移动互联、人工智能等先进技术,围绕自动预判、自主决策、自我演进的建设目标,打造业务量化、统一平台、集成集中、智能协同的实现路径,建立层级管控与自动管理相结合、企业实现自动管理两阶段的管理模型,分阶段有序推进智慧企业建设。

  目前,大渡河公司已经形成业内首份智慧企业战略,即“决策指挥中心”一个决策脑;工程建设类、电力生产类、安全监控类、市场营销类、人财物管理类、后勤保障类、党群工作类等多个“专业脑”;“智慧工程”、“智慧电厂”、“智慧检修”、“智慧调度”等四个“单元脑”的智慧企业体系。

  (二)瀑布沟水电站

  瀑布沟水电站是大渡河流域水电梯级开发的中游控制性工程,1958年开始查勘规划,1967年开始坝址勘探,1988年完成可行性报告,1993年完成工程初步设计报告,1994年获电力部批复,2004年3月经国务院审查批准开工建设。2009年10月大坝填筑完成,2009年11月下闸蓄水,2009年12月首台机组投产发电,2010年12月全部机组投产。

  电站大坝为砾石土心墙堆石坝,坝高186米,坝底宽970米,坝顶宽14米,坝顶长540.5米。水库坝顶高程856米,正常蓄水位850米,汛期运行限制水位841米,死水位790米。水库总库容53.9亿立方米,回水72公里,控制流域6.8万平方公里,其中调洪库容10.56亿立方米,调节库容38.82亿立方米,具有不完全年调节能力。

  瀑布沟水电站装设6台混流式机组,单机容量600兆瓦,设计年发电量147.9亿千瓦时;深溪沟水电站位于瀑布沟水电站下游14公里处,是瀑布沟水电站的反调节站,装设4台轴流转桨式机组,单机容量165兆瓦,设计年发电量32.35亿千瓦时。其中瀑布沟水电站是瀑布沟、深溪沟及枕头坝三座大型电站的电力枢纽中心,距离成都直线距离约200千米,通过四回500千伏线路将三站电力输送至眉山市东坡变电站,主供成都、川西北和川南地区用电。

  二、智慧企业建设的调研情况和收获

  调研小组在大渡河公司总部主要听取了智慧工程、智慧电厂、智慧调度、智慧检修等方面的情况介绍;参观了大渡河流域生产指挥中心、库坝安全管理中心、智慧企业研发中心等,并与大渡河公司相关部门就智慧企业建设进行座谈交流。另外,调研小组还考察了瀑布沟水电站的智慧化应用情况,现场观看了机器人巡检、智能安全帽和智能钥匙运用,以及青年创新工作室的3D数字化厂房系统建设应用等。

  (一)大渡河智慧企业建设方法与实践

  大渡河公司自2014年初启动智慧企业建设以来,构成了“一智二元”的发展模式(即以智慧企业建设为中心,功能性一元和市场性一元互动发展),通过加强组织领导、抓实基础建设、推进项目落地等做法,实现了企业基本要素的数字化感知、网络化传输、大数据处理和智能化应用。

  大渡河公司高度重视信息智慧化建设,高度重视人才的支撑作用,拥有专业的信息化队伍,专门成立大汇科技集团有限公司,成功孵化了成都大汇物联科技有限公司、成都大汇智联科技有限公司、成都大汇云智科技有限公司、成都大汇云飞科技有限公司、成都锐达自动控制有限公司。按照产融互动、以融助产的总体发展思路,以“服务能源产业、助推能源转型,打造一流能源科技创新平台”为使命,依托大渡河智慧企业建设、技术积淀和信息资源优势,汇聚科技创新力量,积极布局工业互联网设备管理、智能装备、智慧咨询和服务、行业大数据应用等业务,构建能源互联网产业生态,助推传统企业互联网化转型。

  (二)数据治理和大数据平台建设

  由于数据格式的多样化,包括结构化数据、半结构化数据、非结构化数据,使数据的使用存在一定的障碍。不仅未治理前的存量数据存在这些问题,如果不进行数据治理,那么未来的增量数据仍然存在这种使用障碍。

  数据治理的目的是在不改动现有业务系统的前提下盘活企业全量数据,根本提升数据质量和改善数据规范,准确展现业务报表,实现业务域关联分析,梳理清晰数据架构,为未来业务系统和管理系统建设奠定数据基础。

  数据治理工作统一公司的数据标准,将公司所有数据按主题进行了规划与管理,并在此基础上设计主题域概念模型、逻辑模型。大数据平台基于主题域(概念、逻辑)模型的定义,将公司所拥有的历史数据及新增数据进行分类,按主题域接入大数据平台;并将其中归属于生产主题域的历史数据按公司统一的数据标准整理,为后续大数据应用提供支撑。依托整理导入到大数据存储及管理平台的生产主题域大数据,开发大数据应用系统。

  (三)业务单元建设

  1. 智慧监测

  (1)安全监测管理模式

  电站监测生产人员负责现场设备的日常维护保养和故障排除,负责少量的人工现场观测和数据录入。大渡河公司库坝安全管理中心对各水电站大坝安全监测信息进行监视和分析处理,按照能源系统有关规定将有关监测信息自动上报监管部门(位于杭州的国家能源局大坝安全监察中心)。

  

  图1  大渡河公司库坝安全管理中心大屏

  (2)监测自动化技术

  大渡河公司在传统监测的调查与勘察工作的基础上,开展基于INSAR、GIS、卫星遥感及无人机搭载多类型传感器等为基础覆盖全区域的监控体系,基本形成从宏观到局部、从大尺度到精细化多维度、多尺度监测模式,还构建了以无人机搭载倾斜相机、三维激光扫描等为核心的灾后应急技术支援,自主研发了PLC+采集模块与监测自动化系统软硬件。

  (3)瀑布沟水电站智能测站

  

  图2  瀑布沟水电站大坝全景

  瀑布沟水电站大坝安全监测设备设施从2001年起与主体工程同步建立,共设计监测点4474支/点(含临时监测测点数),2013年监测系统鉴定完好测点总数为2878支/点,目前瀑布沟在测点总数2555个。2012年6月开始内观自动化系统建设,2013年5月建设完成。2013年10月开工建设一期外观自动化系统,2014年7月投入试运行,其主要亮点是采用了智能测站技术。

  

  图3  大渡河公司变形监测远程智能监控解决方案

  

  

  图4  瀑布沟水电站智能测站

  (4)瀑布沟水电站安全监测虚拟现实系统

  大渡河公司联合有关机构研发了瀑布沟水电站安全监测虚拟现实系统。该系统主要功能包含数据管理、分析、虚拟交互展示,三维动态数据变化过程浏览与查询等,为瀑布沟水电站安全监测工作提供直观、便捷、全面、系统的信息化管理。

  大渡河公司安全监测有关的BIM和GIS应用,目前主要是将监测信息在关键建筑物模型上进行三维形象展示,尚未建立完整的BIM+GIS公共基础信息服务。据了解目前BIM主要应用在建筑工程的设计和施工阶段,相关软硬件更新费用过高、技术仍未成熟。

  

  

  图5  瀑布沟水电站安全监测虚拟现实系统

  2. 智慧电厂

  智慧电厂建设坚持以“无人值班、少人值守”运行管理模式为目标,以数据驱动电厂管理为核心,按照技术创新、管理创新双能驱动模式稳步推进建设,实现云端电厂和物理电厂的双效融合,使人呈现出人人互通、知识共享,使物呈现出数字化、智能化、网络化的特征。

  (1)运维一体化情况

  瀑布沟水力发电总厂采用“一厂两站”、“机电合一”、“运维合一”的管理模式,负责管理瀑布沟水电站和深溪沟水电站。水电站的设备检修由大渡河公司所属的检修公司负责,水工建筑物、金结闸门等设施设备的监测和分析由大渡河公司库坝安全管理中心负责。

  当前电厂共有职工187人,其中生产人员107人。总厂下设厂长办公室、党群办公室、财务管理处、人力资源处、生产技术处、安全监察处、经济运行处、运行维护处,其组织架构图如下图所示。

  

  图6  瀑布沟水力发电总厂组织架构图

  其中,运行维护处的主要职责:负责执行总厂的各项规章制度和管理要求;负责组织人员进行精益运行、维护、检修(自动化和二次部分,一次和机械部分由集团的检修公司承担)等工作,以实现生产安全、效益稳定、设备可靠、队伍成长的目标。其组织机构如下图所示。

  

  图7  组织机构图

  人员配置如下表所示。

  序号

  组织机构

  设置岗位

  配置人数

  备注

  1

  处部

  中层管理人员

  6

  1正5副

  技术主管

  2

  技术专责

  1

  安全专责

  1

  2

  运维值

  (一个值的人员配置)

  值长

  1

  各值总人数约25-30人

  支部书记、副值长

  1

  副值长

  2

  技术专责

  4

  组长

  4-5

  三级运维工

  5-6

  二级运维工

  6-8

  一级运维工

  2-3

  3

  综合维护值

  值长

  1

  副值长

  1

  组长

  1

  其他人员

  ≥20

  外公司派驻员工

  4

  坝工班

  班长

  1

  技术员

  2

  维护工

  3

  运行人员的倒班方式如下:

  总厂生活营地设在乌斯河镇,上距瀑布沟水电站5公里左右,下距深溪沟电站9公里左右,每天早上8点倒班车从营地出发到现场,11点50分接员工回营地;中午1点倒班车从营地出发到现场,下午17点30分左右接员工回营地,部分员工根据工作需要中午留在现场。

  运行维护值班人员分为4个值,采取10天轮换的“大倒班”方式,2个值值班,2个值休息。值班值由1个值负责瀑布沟、深溪沟两站运行工作,另一个值负责两站维护工作,各值倒班轮换方式如:两站运行→休假→两站维护→休假→两站运行的方式进行轮换。每轮值班后休息8天,学习1天,交接班1天。运行人员现场24小时值班,白班值班时间为8:00~18:00,夜间为ON-CALL值班方式。维护人员现场值班时间为8:00~18:00值班结束返回营地,中夜班依据需要到现场消缺。

  (2)智能巡检系统

  通过巡检机器人搭载的智能摄像头、红外成像、音频分析等设备,不仅可以自动完成固定路线的巡检作业,同时还便于采集相关的图像数据、温度数据、音频数据等数据,根据机组水头水位、发电出力负荷以及厂房内部环境,判断当前机组震动、设备发热、管路渗漏等现象是否存在风险隐患,自动分析风险等级,及时作出故障报警与记录留存,巡检后能自动生成巡检报告。

  

  图8  机器人巡检后生成的巡检报告

  目前,瀑布沟水电站在发电机层和水轮机层各投入一台智能巡检机器人,辅助开展日常巡检工作。

  

  图9  巡检机器人充电和巡检

  (3)其他智能装备

  智能安全帽具备行走定位、视图拍摄、小组通话、灯光照明等功能,其定位功能由UWB系统提供,数据通过现场无线网络将数据回传到系统平台。

  智能钥匙将大量的传统机械钥匙以一把智能钥匙代替,具有开锁权限设置、过程记录等功能,在方便生产的同时提高了安全水平;智能安全柜的使用,实现了工器具的出入库实时记录、监控以及安全状态检测。

  (4)三维数字厂房

  以三维虚拟现实技术为主要手段,结合运行仿真技术、 检修仿真技术,并与应急指挥系统、综合数据平台接口, 实现水电厂三维数字化综合展示、虚拟设备在线演示、虚拟漫游、虚拟巡视、虚拟操作、运行及检修仿真培训等功能。

  瀑布沟水电站的三维数字厂房建设是由该厂的青年创新工作室负责开发,公司提供政策和资金支持,其开发人员主要为该厂员工。

  3. 智慧检修

  智慧检修是以“同步监控、动态分析、智能诊断、自主决策”为目标,以状态监测为基础,通过对检修数据、维护数据、设备状态监控数据的持续挖掘,结合行业、企业管理标准、专家经验,建立各类设备的检修维护决策模型和知识库,提供会商诊断的平台及数据基础,从“坏了修、到点修”转变为“提前修、预测修”,打造动态、精准、智能的检修维护工作机制和管理模式。

  

  图10  智慧检修管理平台

  智慧检修平台以状态监测为基础,结合生产管理系统、机组监控系统、以及其他辅助设备的监测系统等对设备进行多维度的监测,为设备检修提供依据,实现状态检修的闭环控制。

  4. 智慧调度

  大渡河生产指挥中心于2006开始筹备,2008年底龚嘴电站、铜街子电站相继接入生产指挥中心,开启整个流域“无人值班,少人值守”集中控制的新模式。截止目前,生产指挥中心已经接入8个电站,43台机组共1133.8万千瓦的装机容量,对所控电站进行统一调度,远方集控。

  生产指挥中心也是大渡河公司指挥调度的核心机构,主要负责流域电站的电力调度、水库调度、防洪调度、气象水情测报、经济运行研究以及电业市场日常协调工作等。同时对所控电站进行远方的开停机、负荷调整、开关站设备倒闸操作、以及溢洪室操作。截止目前,生产指挥中心对所控电站的开停机及溢洪室操作成功率均为100%。

  

  图11  大渡河流域生产指挥中心

  生产指挥中心下设综合处、技术安全处、调度控制处经济运行处、自动化处,现有职工72人。

  生产指挥中心各部门职能如下:

  综合处:主要负责集控中心行政事务、文秘、公共关系、

  档案管理、信息管理、劳资、法律事务、效能监察、审计、党群工作及精神文明建设等工作。

  技术安全处:主要负责集控中心生产安全、技术管理,综合计划、合同管理,设备大修、技改管理,对标创标、提质增效工作,配合档案管理。负责纳入集控统调机组检修计划管理。 

  调度控制处:主要负责流域梯级电站调度控制及与电网调度沟通协调等工作。该处有调度班组5个,采用“5班3倒”的轮班模式。每个班组6人,其中5名电调值班员、1名水调值班员,负责设备监视、电站的操作、水量调度以及金结闸门操作等。

  经济运行处:主要负责流域水文水情预报、水库调度、防洪调度、电力市场、经济运行方式研究及与电网、水文、防汛主管部门的沟通协调等工作。

  自动化处:主要负责集控中心综合自动化系统、水调自动化系统(含水情测报)、通信系统、网络系统及生产、管理信息等系统的检修维护与管理工作。负责公司智慧企业管理中心具体业务工作(含公司网络、信息化等系统运维管理)。

  三、智慧小浪底建设方面的建议

  通过此次考察调研,进一步了解了先进技术手段在水电企业的具体应用情况,明确了智慧化应用对生产和管理水平的推动作用,对下一步智慧小浪底建设的推进提供了有意义的参考。以下结合智慧小浪底建设推进,为后续开展相关工作提出建议。

  (一)智慧小浪底建设的推进方面

  调研中,大渡河公司多次强调智慧企业建设是“一把手”工程,智慧企业建设组织机构可概括为:一个有远见的领导,带着一帮有抱负的人,干一番有意义的事儿。结合大渡河公司智慧企业的建设方法和实践经验,在智慧小浪底建设的推进中有以下建议:

  1. 坚持统一领导

  通过调研大渡河的智慧企业建设方法,更加坚定了当前网信委统一领导,智慧小浪底建设推进小组负责协调,各业务部门具体推进的组织原则。

  2. 长期不懈推进

  智慧小浪底建设不是一蹴而就的,而是一项长周期的复杂工程。因此,建设中要结合小浪底的现状,坚持需求导向,以提升安全、效益为目的,各业务部门积极配合,才能完成智慧小浪底建设的重任。

  3. 重视队伍建设

  在智慧小浪底的建设过程中,要高度重视信息化队伍建设,持续保持专业信息化人才的引进培养,并从组织结构、资金投入等方面,为智慧小浪底建设提供强有力的人才支撑,也为后期信息化项目的运行维护提供坚实的技术支撑。

  4. 培育创新文化

  大力培育创新文化,将创新文化全面融入智慧小浪底建设战略中去,通过政策引导、资金支持等手段,发挥创新引领作用,让创新人员有荣誉感和获得感。

  5. 坚持安全实用

  以枢纽安全稳定运行为目标,坚持安全、实用的原则,结合单位实际,智慧建设服务于生产,选用成熟技术,解决生产实际问题,以需求主导业务应用,避免贪大求全,华而不实。

  (二)数据治理方面

  为有效利用存量数据和未来的增量数据,梳理清晰数据架构,为未来业务系统和管理系统建设奠定数据基础,可借鉴大渡河公司的数据治理方法,用专业的公司或团队对小浪底的数据进行有效治理。

  (三)智慧小浪底建设相关业务建设方面

  1. 智慧监测方面

  根据智慧小浪底建设规划中智慧监测的规划要求,结合小浪底的监测现状,融合大渡河公司智慧建设的经验教训,对智慧监测提出以下建议。

  (1)推进智慧监测平台建设

  以建设行业领先的监测平台为目标,推进小浪底监测平台建设,满足全国大型水库大坝安全监测监督平台对小浪底水利枢纽和西霞院工程作为示范水库的接入要求。

  (2)实施监测自动化改造

  实施监测设备自动化改造,建立完备的适应各类复杂环境,具备自动、智能功能的枢纽、库区自动化监测采集体系。

  (3)优化智慧监测建设管理模式

  将安全监测生产、监测信息维护管理和监测信息应用业务独立开来,明确监测、水工、信息等部门智慧监测建设、应用和管理职责。

  2. 智慧电厂方面

  智慧电厂建设当前仍处在理论探索、现场实践和技术发展相互交织的阶段,没有固定的模式可以遵循,要立足实际,坚持走探索和完善相结合的智慧化道路。

  (1)现场的无线覆盖

  对于现场的无线网络覆盖,可以待5G技术成熟后建设5G网络,当前仍然以运营商的4G网络为主。

  (2)智能巡检机器人应用

  智能巡检机器人应用在小浪底站开关站先行先试,待应用成熟后,再逐步推广到小浪底站发电机层、水轮机层和西霞院站相关区域。

  (3)智能安全帽的应用

  智能安全帽的视图拍摄、小组通话、灯光照明等对生产提供便利的功能可以应用。对于其基于UWB的定位应用,宜继续论证和调研,慎重建设。

  (4)巡检的跟踪定位应用

  巡检过程中人员的跟踪和定位,可使用新MIS系统的扫码巡检功能获取位置信息,通过生产区域的4G网络实现数据传输,以此获取巡检人员的巡检路径和时间等信息。

  (5)三维数字厂房应用

  远期考虑建设三维数字厂房,实现设备的虚拟漫游、虚拟巡视、虚拟操作、运行及检修仿真培训等功能。

  (6)智能钥匙应用

  智能钥匙具备安全、方便、实用等特征,且其应用比较成熟,建议加快智能钥匙的现场应用。

  3. 智慧检修方面

  在智慧小浪底建设中,以状态监测系统为平台,将生产管理系统、监控系统等产生的生产数据融合,对历史数据进行清洗治理,形成可有效利用的数据资源,利用大数据分析技术,结合多年的检修经验,进一步深化状态检修工作,提高智慧检修水平。

  4. 智慧调度方面

  (1)水调、电调联合值班

  根据当前远程值班工作的实施,以及水量调度和电量调度的业务关系,推行水调、电调联合值班,负责小浪底、西霞院两站的电站操作、水量调度、金结闸门设备的操作等。

  (2)闸门金结状态监控系统

  推进以闸门金结设备监控系统的升级改造,实现在郑州成城大厦对小浪底、西霞院电站的远程闸门控制,与现地闸门控制系统形成互备或双工运行模式。

  5. 智慧库区方面

  由于大渡河流域与黄河流域不同的地理条件,其水库特征存在的不同地方,因此,在智慧库区建设方面,应按照小浪底的实际情况开展建设工作。

  (1)库区的监控和巡查

  引入卫星遥感图片、超高清摄像头及各类水质传感器等新工具,进行库区动态的全面采集、监视。利用无人机、无人船等设备进行预警预报区域重点快速巡查,提高对异常情况的响应速度。

  (2)推进库区管理平台建设

  建立集数据采集、传输、处理于一体的空天地巡查系统,在移动应用平台建设的基础上开发移动巡查系统,提升库区巡查效率和事件处置水平。

  6. BIM+GIS的应用方面

  根据BIM+GIS建设成本和技术难度,综合考虑小浪底高度敏感的地理位置和信息安全等因素,重点研究部署轻量化、局部化BIM+GIS基础信息服务,以满足当前阶段将监测信息在关键建筑物模型上进行三维形象展示的需求。