林波弟

(肇庆市贺江电力发展有限公司，广东 肇庆 526551)

1 概 述

肇庆市贺江电力发展有限公司是市直国有水电企业，成立于1988年8月，主要业务是对贺江流域(广东段)水力资源进行梯级开发和发电管理。公司所属电站总装机容量12.8万kW，设计年发电量4.5亿kW·h，在职职工500余人，是目前肇庆市最大型水电企业。贺江电力目前在广东省内拥有19座水电站，分布在肇庆市贺江流域；这几年经过努力对外拓展，又成功收购远在千里之外的贵州和湖南的2座电站，使主业继续壮大。

1.1 水电公司的现状

经过几十年的高速成长，水电行业正经历由大量建设、扩容整改转向维护运行阶段，长期原有的商业及运营模式存在如下弊端：

(1)一厂一套人员， 人员复用性差、利用率低下。值班、维修、维护、运行一套人员，造成电厂人员机构臃肿，未来随着生活质量不断提升，人员工资必然不断的上涨，人工支出会成为电厂最大开销及负担。

(2)水文信息获取手段差，发电防洪预判能力低下。电厂基本采用电话通信方式获取上游电厂的发电信息来安排生产，预判能力差；时间掌握凭经验，基本依赖员工素质进行生产调度。

(3)长期人力监控成本投入大，人力成本不断上升。大部分电厂聘请当地劳动力进行看守，基本采用定时巡检模式，主要通过人的视觉、听觉凭经验进行故障判断，对人的经验及责任心依赖非常高。

(4)地处偏僻，难以吸引高素质管理人才。大部分电厂分布在离城市很远的地方，生活枯燥，很难吸引年轻、高素质管理人才，年龄结构普遍偏大，面临人才断层现象。

(5)维修经验缺乏沉淀手段。维修经验主要存在人脑中，出现故障依赖有经验工程师现场诊断，无有效的经验库供员工学习、培训，大多还是采用传统的师徒关系的“传、帮、带”方式来组织维修。

(6)巡检主要依赖人工巡检，成本高、可靠性差。巡检人员采用眼看、耳听等手段进行诊断，巡检1次需要1 h以上；现象判断因人而异，巡检点多，巡检工作量大。

(7)不能根据水文情况实时精细化调节发电。值班员根据当前水位及上游流量凭经验判断开机台数和给定机组出力。

(8)维修不及时，造成水资源浪费。维修经验沉淀少，基本采用工程师现场经验进行判断，维修经常造成延误，维修步骤执行不到位，造成排故不透彻。

(9)监控系统技术落后，不能准确预判故障。目前中大型电厂现场基本采用PLC/LCU微机进行控制，主要通过采集传感器信息进行对超标指标进行监控，多数情况故障已发生，对故障预判手段较差。

(10)设施数据采集量大，无数据挖掘能力。大部分监控系统由于采集点数量大，如果采集频率高，基本只能存储1个月的数据，不能结合机组故障进行分析、获取设备发生故障的临界点、深度挖掘数据、获取数据价值、有效预防故障的发生。

(11)备品备件呆滞严重。电厂备品备件基本通过经验进行备库，不能通过维修多年实际消耗情况及保养需要物资情况进行合理备库，经常因备品备件短缺而引起维修延期。

1.2 水电行业的特性

(1)地域分布偏。水电厂一般根据河流的分布而开发，需兼顾防洪、航运、自然风光、安全、生态等因素，一般建设在较为偏僻、人口密集程度较低的地区，造成了其运营人员调度成本较高。现场信息较为闭塞，管理决策难于及时传达，管理滞后性较为严重，普遍采用传统的电话方式进行通信了解情况。

(2)季节性强。由于水资源对天气的依赖非常强，降雨量年份、季度差别较大，可预测性较低，大部分水电企业主要通过观察电厂当前水位变化及现场人员运营经验进行机组发电及防洪调度，企业业主普遍认为发电效益对天气依赖非常强，非常重视在装机容量上挖潜，对运营管理重视度不够。

(3)上下游协调性强。企业对上游电厂发电依赖非常强，联合互动发电要求高，基本采用电话通信模式进行信息沟通，手段落后，沟通不及时经常造成水资源浪费。同时，由于上游水位不能平稳保持，经常处于低水头发电，单位水资源发电效率不高。

(4)设施量大。发电厂属于通过重资产一次性投入运营维护行业，通常是指在实际的生产过程不直接构成产品，只用于维护、维修、运行设备的物料和服务；通过平稳维护运营大量设施设备来获取利润。

(5)人力投入大。现阶段国内由于人工相对比较便宜，主要采用电厂现场三班倒轮值方式进行设备运行状态监控，发电量较大企业采用PLC/LCU监控系统进行实时预警，减轻了工作人员工作强度，提升了故障诊断准确性。随着生活水平的不断提高，人员工资不断上涨，企业采用新技术替代人力变成不可逆转的趋势，也是未来水电企业变革转型的必然之路。

(6)安全要求高。水电行业普遍在高压、高温、高空等环境下作业，所以安全运行、操作对企业相当关键，基本所有操作必须由操作员操作，监护人进行确定。对外委托供应商施工前对电厂环境的熟悉及培训也是重要工作事项。

(7)防洪发电兼顾。一般中大型水电厂都必须具备防洪和发电两项功能，越靠近人口密集的城市，防洪责任越大，发电效益为次之，所以发电经常会为了防洪而中断；同时有些电厂还得兼顾航运、生态、旅游等作用，达到社会效益最大化。

2 构建区域“互联网+”智慧水电管理模式

2.1 水电行业趋势

2.1.1 新技术的应用

国内水电企业信息技术的应用从20世纪90年代初采用PLC进行可视化编程监控机组状态、控制机组开关机开始，发展到本世纪初少数大型水电集团采用信息化系统进行联合管理水电群。由于国内系统不成熟，多数引入国外解决方案，其系统建设、实施成本大，一直在国内未得到很好的推广与应用。目前，随着云技术、互联网及物联网技术的成熟，采用云平台进行区域性水电群进行联合运营变成了趋势。云平台大大降低了水电企业的构建系统成本，不需要一次性投入，可以采取租用模式，按需进行搭建及扩展，通过互联网技术使电厂摆脱地域限制，实现“集中监控、远程诊断、实时维护”。

2.1.2 区域性联合运营

由于水电企业间共享水资源属于普遍现象，所以电厂间实现了水文信息共享，实时掌握电厂上下游电厂发电、水位、流量情况，实现联合平稳发电，有利于高效利用水资源，避免水资源浪费。同时，电厂联合运营可以实现技术人员共享，使有技术的成熟工程师得到最有效利用，避免小水电人员短缺；而大水电厂人员富余，可以通过联合运营提升成熟工程师待遇，避免人才流失。同时，通过平台可以共享维修经验，在线进行专家诊断，有利于故障及时消除，提高设备可靠性。

2.1.3 少人值守甚至无人值守

在电厂关键区域设置图像、语音、气味、温度、压力等采集设备，把所有有效信息采集到云平台，透过图像、语音识别技术进行不正常图像语音识别，替代值班员巡检工作。通过平台发送开关机、操作指令，实现对机器的远程控制，实现运营中心对远程水电厂的监控及诊断，最终达到“少人值守甚至无人值守”。

2.1.4 精细化智能发电

目前径流式水电厂发电普遍采用人工根据水头及上游来水信息进行开停机调度，无法准确确定开机台数和机组出力，无法保持上游正常蓄水位在允许的变动范围内，造成上游水位不是降低就是抬高。现在通过对上游水文大数据采集，经过计算，最终可根据上游来水量和水头，确定最佳的开机台数和机组出力，达到精细化智能发电，提高了企业发电效益。

2.1.5 实时状态检修

通过大数据采集、挖掘、实时分析设备运行状况，提前预知设备健康情况，将检修方式由原来的定检和事后维修的方式变成状态检修的方式。最终实现由数据来指导生产，替代低附加值的人工，从而节省人力，降低运营成本，提升运营效率及质量，提高电厂发电效益。

2.2 贺江电力水电站集群式联合运营模式建设

笔者所在公司目前有在职员工500多名，员工年龄结构普遍比较大，整体运行维护经验丰富，硬件设施相对较好，设备可靠性较高，对实现少人甚至无人值守有比较良好的硬件基础，进行区域性联合运营具备坚实的基础。由于地域分布较为偏僻，吸引年轻的技术人才较为困难，企业很快面临人才青黄不接现象。同时，社会工资不断上涨，进一步的压缩企业利润空间，很难继续保持目前人员数量来维持企业正常运营。目前，单电站硬件设施经过几轮的技术改造，已很难从硬件层面进行提高发电效益。综合以上情况，对互联网、大数据新技术的引进，改变原有单站现场运营模式为联合区域性集中远程管理势在必行。通过大数据沉淀，机器学习实现智能发电，最终达到集中管控，单站少人甚至无人值守，联合梯级调度，提升发电效益，节省人力成本，提高企业效益。通过此次项目实施培养出一批结合互联网、物联网、大数据新技术的水电管理人才，为企业可持续、科学、合理发展奠定了良好的平台基础。

(1)根据项目实际情况阶段实施，将现有各电站改造成数字化智慧水电站。

①设备注册。对水电厂内各个功能位置和设备进行编码化，惟一标识设备的身份，给每台设备建立电子档案，记录设备全生命周期内采购来源、安装、投运、故障、维修、保养、技改、大修、报废等过程。

②传感器数据采集。安装定制化采集器，采集厂内多个传感器信息，实现信息采集与远程监控。

③智能巡检。设置巡检间隔，系统自动推送巡检任务到值班员手机终端；采用二维码/蓝牙技术标记巡检点，实现扫码巡检，避免巡检不到位，提升巡检可靠性；在各个重要的巡检点安装高清摄像头，通过图像识别技术替代人工巡检，节省巡检人力。

④专家在线诊断。巡检员通过手机发送视频、音频、图片及文本信息给在线专家，工程师远程进行故障识别及诊断，根据诊断结果由知识库自动匹配准确的解决方案。

⑤维修派单。通过手机终端进行工作票、操作票派单，工作相关负责人接收到信息进行相关工作开展。

⑥移动安全确定。现场围栏设置、危险警示标签、禁止操作、系带安全绳、佩戴安全帽及外委人员安全许可等安全措施全部进行拍照保障设置到位，提高施工安全。

⑦移动维修执行。维修过程中许可人许可、工作负责人许可、维修执行记录、阶段性验收、指派验收人、专业人员验收、运行人验收、工作负责人结束工作、许可人结束工作全过程移动维修过程确定，提升工作效率，提高工作质量。

⑧水文信息采集与预测。通过在电厂上游区域植入水位及降雨量传感器及无线数据采集器，以及大数据算法分析，可以预测未来48 h水电厂入库流量；在安全可靠前提下，汛期提前进行腾库，枯水期优化机组开机台数和机组出力，提高电厂防洪能力及发电效益。

⑨智能发电。通过对上游水文大数据采集，经过计算，最终可根据上游来水量和水头，确定最佳的开机台数和机组出力，达到精细化智能发电，提高了企业发电效益。

⑩机器学习、大数据与可靠性分析。通过对设备各种参数电压、电流、温度、转速等实时收集，并结合故障案例库自动给出可能发生的原因，进行机器不断深度学习，可以预测设备健康指数，将检修方式由原来的定检和事后维修的方式变成状态检修的方式。

图1 数字化智慧水电站结构示意

(2)根据水电站地域分布，分成独立运营电站(含省外电站)及区域运营中心。

构成大冲二运营中心、七星二级运营中心、白垢运营中心及江口运营中心，最后将各独立运营电站及各运营中心集中起来，数据接入公司总部运营中心(见图2)。

通过云服务平台把上下游水电厂的移动技术及物联网采集技术结合起来，实现上下游水电厂各种资源(企业管理层、专家、工程师、巡检员、检修工程师、机组、辅助设施、大坝、水文及雨情等资源)连接，扩张企业资源管理控制边界，充分整合利用资源，形成企业自有的资源网络，为水电企业在互联网形势下构建全新模式运营奠定基础。

(3)利用互联网云计算、储存及移动技术，构建水电企业区域性联合运营，建成“互联网+”管理解决方案。

根据水电行业特点提供企业管理、销售管理、技术管理、运行管理、检修管理、水文管理、大修项目管理、备品备件工具管理、人力资源管理及技术支持等10大板块功能(见图3)。

3 结 语

水电是清洁能源，可再生、无污染、运行费用低，便于进行电力调峰，有利于提高资源利用率和经济的社会综合效益。“互联网+”智慧水电的建设，云平台及云计算等高新技术的出现，不仅给互联网企业带来了质的飞跃，也对传统行业起到革命性的变革，如何改变自身的发展以适应潮流的变化是水电行业进一步腾飞的契机。

图2 电站运营中心分布

图3 “互联网+”管理解决方案

通过成熟先进理念的应用，实现“集中监控、远程诊断、实时维护、少人/无人值守”的目标，降低了水电厂的运维人员的劳动强度。通过对上游水文大数据采集，经过计算，最终可根据上游来水量和水头，确定最佳的开机台数和机组出力，达到精细化智能发电，提高了企业发电效益。