葛洲壩水利樞紐全景圖

歷程：葛電廠的三次跨越

1984年，現(xiàn)任葛洲壩電廠副廠長的潘家才剛走出大學(xué)校門，就來到了這個他甘愿為之奉獻(xiàn)30年青春的地方。那時，葛洲壩電廠剛成立3年多，二江電站已經(jīng)投產(chǎn)發(fā)電，大江電站還在籌建。如今，已過“而立”之年的葛電廠正朝國內(nèi)首家大型智能水電站的目標(biāo)邁進(jìn)。撫今追昔，老葛電人潘家才滿懷自豪：“目前，國內(nèi)乃至世界范圍內(nèi)，在智能電站建設(shè)方面有實質(zhì)性動作的為數(shù)不多。30多年來，葛洲壩電廠一直在創(chuàng)新、突破，我們的技術(shù)管理一直走在全國前列。”

成立至今，葛洲壩電廠一共經(jīng)歷了三次“跨越”。

1981年12月27日，葛洲壩電站首臺機(jī)組正式移交給葛洲壩電廠管理，標(biāo)志著葛洲壩一期工程投入商業(yè)運行。上世紀(jì)80-90年代的中國，工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，國產(chǎn)機(jī)組設(shè)備新、數(shù)量多且技術(shù)性能不穩(wěn)定，“我們的力量幾乎全部用來攻克設(shè)備難題，可以說是宵衣旰食”，潘家才在采訪中回憶起當(dāng)時的情景。盡管面對著極大壓力，葛洲壩電廠還是選擇了迎難而上，在運行的最初20年里，盡最大努力保證水庫調(diào)度、航運管理、防洪度汛，為我國社會主義建設(shè)和水電科技進(jìn)步作出了巨大貢獻(xiàn)。這是葛洲壩電廠的首個跨越。

葛洲壩電站大江廠房內(nèi)景

進(jìn)入21世紀(jì)，成功改制的葛洲壩電廠大步邁開“科學(xué)管理”的步伐，努力打造“精品電廠”。2000年至2011年間，葛洲壩電廠提出“打造水電廠精品”的目標(biāo)，引入本質(zhì)安全、精益生產(chǎn)管理、綠色電站、NOSA等先進(jìn)理念，搭建起先進(jìn)的管理平臺，完善了安全高效的電力生產(chǎn)管理系統(tǒng)。2011年，葛洲壩電廠各項指標(biāo)均已達(dá)到“精品電廠”的規(guī)劃要求，處于國內(nèi)外同行業(yè)領(lǐng)先水平。運行20年的葛洲壩電廠一舉邁進(jìn)精品行列。

2013年4月，葛洲壩500千伏GIS開關(guān)站正式投入運行。這座華中區(qū)域第一座500千伏智能變電站創(chuàng)造性地將電廠和變電站有機(jī)結(jié)合起來，為我國在廠站聯(lián)合運行和建設(shè)智能水電廠等方面積累了豐富的經(jīng)驗。這也是葛洲壩電站智能化改造取得的重大階段性成果。從“精品”到“智能”，葛洲壩電廠又一次邁開了超越自我的腳步。

這座安穩(wěn)運行30多年的“老廠”一路走來，在一次次跨越中歷練得愈發(fā)成熟與穩(wěn)重，卻從不失一顆年輕、奮進(jìn)的心。我們相信，這一我國水電史上的輝煌杰作，將在智能化的道路上繼續(xù)煥發(fā)光彩。

勇氣：“做第一個吃螃蟹的人”

葛洲壩電廠是“萬里長江第一壩”——葛洲壩的運行管理單位。這座由中國人自行設(shè)計、建設(shè)的水利樞紐工程，是20世紀(jì)中國水電建設(shè)史上的一座豐碑。到今年，葛洲壩電站已經(jīng)連續(xù)安全穩(wěn)定運行34年。

歲月成就了葛洲壩的高度，也讓這座名副其實的“老電廠”站在了選擇的關(guān)口——經(jīng)過長期風(fēng)雨磨練，電站設(shè)備設(shè)施趨于老化，這是事物發(fā)展的必然。如何讓電站“老”而不“舊”？如何應(yīng)對水電行業(yè)日新月異的發(fā)展變革？這是所有葛電人都必須面對和回答的問題。

現(xiàn)實考驗面前，葛電人選擇迎難而上，在“十二五”發(fā)展規(guī)劃中明確提出“建設(shè)智能電站、保持行業(yè)領(lǐng)先”的高遠(yuǎn)目標(biāo)，從一開始就著眼行業(yè)最前沿。

保護(hù)分部員工在對新投運的保護(hù)裝置運行狀況進(jìn)行檢查

在葛洲壩電廠提出建設(shè)“智能化電站”之初，對于這一概念的認(rèn)識，業(yè)界并沒有統(tǒng)一的說法，因為當(dāng)時全國還沒有一個公認(rèn)的智能化大型水電站建成。認(rèn)識都尚未統(tǒng)一，建設(shè)起來難度可想而知。

葛洲壩電廠，這個曾經(jīng)引領(lǐng)中國水電潮流的“老電廠”，如今又一次站在了業(yè)界潮頭。

建設(shè)智能電站是出于何種考慮？為什么要選擇在這樣的時機(jī)進(jìn)行智能化改造呢？

葛洲壩電廠廠長符建平解釋說，“當(dāng)前，葛洲壩電站正處于大規(guī)模設(shè)備換型改造的良好時機(jī)。按照智能水電站的思路進(jìn)行設(shè)備改造，有利于設(shè)備穩(wěn)定運行、信息整合和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。此外，電廠已經(jīng)投入運行的狀態(tài)檢修在線監(jiān)測系統(tǒng)和設(shè)備智能化研究、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的修編工作等，也為智能水電站建設(shè)實踐打下了良好基礎(chǔ)。”

葛電人把建設(shè)智能化電站比喻為“吃螃蟹”。的確如此，當(dāng)時，業(yè)界沒有成熟的經(jīng)驗和現(xiàn)成的模板可資借鑒，葛洲壩作為一個運行多年的老電廠，相比新建成的“后生”，要想再次樹立行業(yè)標(biāo)桿，勢必要付出更多努力。

努力，從設(shè)備改造開始。這其中，最為引人關(guān)注的當(dāng)屬葛洲壩500千伏GIS開關(guān)站改造工程。

為根治500千伏開關(guān)站等輸變電系統(tǒng)設(shè)備缺少備品備件，提升其整體性能，同時解決葛洲壩電站與三峽電站聯(lián)合運行流量不匹配的問題，長江電力決定，對葛洲壩電站500千伏開關(guān)站及設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，將原敞開式開關(guān)站改造為戶內(nèi)GIS開關(guān)站。

2011年7月，葛洲壩500千伏GIS開關(guān)站現(xiàn)場改造正式動工。經(jīng)過近兩年的土建施工、機(jī)電設(shè)備安裝和線路轉(zhuǎn)接調(diào)試等工作，新開關(guān)站于2013年4月正式全部投運。自此，運行近30年的葛洲壩老開關(guān)站“退役”。

這是一次具有劃時代意義的“新陳代謝”，新投運的500千伏開關(guān)站，是華中電網(wǎng)區(qū)域首個投入運行的500千伏智能變電站。與老站相比，新站占地面積更小，不受外部環(huán)境影響，設(shè)備運行更加穩(wěn)定，利于維護(hù)和檢修。

不僅如此，新站設(shè)備運行狀態(tài)全部數(shù)字化，可通過網(wǎng)絡(luò)分析，對電站設(shè)備的運行做出趨勢判斷，達(dá)到智能化運行管理的要求。

葛洲壩電廠電氣維修部副主任杜波介紹說：“500千伏GIS開關(guān)站建設(shè)創(chuàng)造性地將電廠和智能變電站有機(jī)結(jié)合起來，在電廠與智能變電站的聯(lián)合運行和建設(shè)智能水電站方面，積累了豐富的經(jīng)驗。”

截至目前，500千伏GIS開關(guān)站已經(jīng)投運一年多，各方面情況良好。成勘院、國電大渡河公司等同行都先后來葛洲壩電廠參觀取經(jīng)。

葛洲壩電廠自動分部員工正在進(jìn)行機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)改造

路徑：“三步”+“三區(qū)”=全面智能化

如前所述，由于理念超前，對于何謂“智能化”電站，業(yè)界還沒有一個一致的說法，但是較為統(tǒng)一的認(rèn)識是，必須在生產(chǎn)、運行等全部環(huán)節(jié)的控制和判斷上具有高度的主動性、安全性和可靠性。在葛電人看來，所謂“智能電站”就是要能“分析過去，掌控現(xiàn)在，預(yù)測未來”。

分析過去，指的是電廠能通過積累模型，梳理和總結(jié)運行規(guī)律；掌控現(xiàn)在，指電廠能保證安全經(jīng)濟(jì)運行，從容應(yīng)急；預(yù)測未來，指電廠可以對還未發(fā)生的情況進(jìn)行趨勢分析，并作出預(yù)防和應(yīng)對措施。在這三大內(nèi)容中，最關(guān)鍵的是后兩者。

為了掌控現(xiàn)在、預(yù)測未來，葛洲壩電廠制定了“整體規(guī)劃，標(biāo)準(zhǔn)先行”、“分區(qū)建設(shè)，穩(wěn)步推進(jìn)”、“綜合應(yīng)用，完善提升”的“三步走”建設(shè)步驟，以“電站設(shè)備數(shù)字化”、“經(jīng)濟(jì)運行自動化”、“數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)化”、“信息應(yīng)用智能化”為技術(shù)路徑，全面推進(jìn)電站智能化建設(shè)。

2012年4月，葛洲壩電廠專門成立智能電站標(biāo)準(zhǔn)編寫小組，確定了相關(guān)技術(shù)規(guī)范，內(nèi)容涉及二次設(shè)備系統(tǒng)、平臺、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用等，并于當(dāng)年8年底完成標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布工作。標(biāo)準(zhǔn)推行之后，這“第一步”走可以做到全面采集電廠的運行過程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)特征等信息。

“第二步”主要進(jìn)行分區(qū)建設(shè)。其中Ⅰ區(qū)系統(tǒng)主要以監(jiān)控系統(tǒng)為骨干網(wǎng)，開展完整的三層（廠站層、單元層、過程層）、兩網(wǎng)（廠站層網(wǎng)、過程層網(wǎng)）的全數(shù)字化建設(shè)和改造。Ⅱ區(qū)系統(tǒng)是電站的智能核心區(qū)，主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)整合、數(shù)據(jù)中心建設(shè)以及智能功能的開發(fā)。Ⅲ區(qū)系統(tǒng)是智能決策支持系統(tǒng)，主要實現(xiàn)電站發(fā)電生產(chǎn)信息的查詢、展示，結(jié)合管理數(shù)據(jù)，開發(fā)管理決策智能支持模塊。

“‘三層兩網(wǎng)’結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了設(shè)備的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，促進(jìn)了設(shè)備集成度水平，簡化了變電站的控制回路，為一次設(shè)備的智能化奠定了基礎(chǔ)。”葛洲壩電廠電氣維修部保護(hù)分部主任肖江滔說。

“第三步”則是通過傳感器對數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充和調(diào)整完善，使三個智能化系統(tǒng)得以實現(xiàn)信息共享。在大數(shù)據(jù)平臺上，各種信息被分析、識別，進(jìn)行模型積累，開發(fā)出適合具體情境的智能模塊。

這三步、三區(qū)，構(gòu)建起一個完整的智能電站實現(xiàn)路徑和物理模型。據(jù)介紹，系統(tǒng)全部建成后，借助大數(shù)據(jù)庫技術(shù)，每個生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以讀取，計算機(jī)可根據(jù)來水、水頭自動算出能發(fā)多少電，通過與實際發(fā)電量對比，可進(jìn)一步分析判斷出是否有機(jī)組的效率出現(xiàn)問題，以及是否需要檢修等。這種方式變事后處理為事前分析，提高了生產(chǎn)活動的主動性。

“我們以前都是‘人機(jī)對話’，通過智能化改造，可以讓設(shè)備有效交互，使機(jī)器之間能夠互相對話。”葛洲壩電廠電氣維修部保護(hù)分部副主任陳海光這樣描述智能化帶來的變革。

“建設(shè)智能電站，對內(nèi)是滿足‘安全運行、經(jīng)濟(jì)高效’的需要，對外是滿足‘智能電網(wǎng)’建設(shè)的需要。”符建平在肯定葛洲壩智能電站建設(shè)的意義時強(qiáng)調(diào)。

葛洲壩電廠作為水電行業(yè)的“老資歷”，置身于時代與國家的大背景下，清楚地認(rèn)識到自身的社會和歷史責(zé)任，以為社會和國家創(chuàng)造更多價值為己任，以推動水電行業(yè)不斷發(fā)展為理想，敢為人先，體現(xiàn)出了一個中國水電模范企業(yè)的擔(dān)當(dāng)。

實踐：改造增容讓電站“華麗轉(zhuǎn)身”

“三步”和“三區(qū)”，規(guī)劃出葛洲壩電站智能化改造的頂層設(shè)計。在實現(xiàn)這一目標(biāo)的過程中，葛電人立足實際，勇于進(jìn)取，開展了一系列改造和創(chuàng)新，這些浸滿汗水、成效顯著的舉措，匯聚成老電廠“華麗轉(zhuǎn)身”的動力。

2013年9月16日，葛洲壩電站機(jī)組改造增容工作全面啟動。這是葛洲壩電站智能化改造的一項關(guān)鍵內(nèi)容。改造增容結(jié)束后，葛洲壩電站將重新“煥發(fā)青春”，其裝機(jī)容量將增加約47.5萬千瓦，相當(dāng)于不建壩、不移民、不影響環(huán)境而新建一個大中等規(guī)模的水電站。依據(jù)工作計劃，葛洲壩電站的19臺水輪機(jī)組將先后進(jìn)行改造。

截至目前，首批6臺機(jī)組水輪機(jī)改造工作已率先完成。隨后3年中，將完成其余13臺水輪機(jī)組改造。水輪機(jī)改造完成后，將開始進(jìn)行發(fā)電機(jī)的改造工作。

由于充分應(yīng)用了先進(jìn)技術(shù)和工藝，改造完成后，葛洲壩電站機(jī)組的水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等運行條件將達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。另外，葛洲壩電廠機(jī)組的改造，還將為國內(nèi)同類型電站機(jī)組的方案設(shè)計和改造實施提供極有意義的借鑒。

除機(jī)組本身外，二次設(shè)備的改造也是智能化建設(shè)的必然要求。前文已經(jīng)提到，為了保證輸變電系統(tǒng)的整體性能，確保電力“送得出”，葛洲壩電廠對舊開關(guān)站進(jìn)行了徹底改造，這只是該廠改造換型的諸多亮點之一，同樣值得一提的，還有監(jiān)控系統(tǒng)的改造。

大江、二江電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造，是繼2002年計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造后，葛洲壩電廠的又一次大規(guī)模改造。2011年，該項工作啟動，經(jīng)過兩年努力，監(jiān)控系統(tǒng)改造工作于2012至2013年度歲修期間全部完成。

新系統(tǒng)不僅完成了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)、硬件更新、軟件升級和控制流程優(yōu)化，而且為其它智能二次設(shè)備預(yù)留了數(shù)據(jù)互聯(lián)通道，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)在統(tǒng)一平臺下的整合。

“新監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)整能力和現(xiàn)地可靠性在國內(nèi)外水電站中屬于領(lǐng)先水平。”潘家才說“在這個系統(tǒng)中，大江、二江兩個電廠的監(jiān)控計算機(jī)可以互相備用，任何一個子系統(tǒng)、子網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，都不會影響整個系統(tǒng)的運行。”

根據(jù)行業(yè)規(guī)律，電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一般十年更換一次，這是一個不短的周期。是簡單維護(hù)改良，還是勇立潮頭大膽創(chuàng)新？需要勇氣，更需要努力。

如葛洲壩電廠電氣維修部主任張亞明所言，要想引領(lǐng)潮流，樹立標(biāo)桿，必須要有承擔(dān)風(fēng)險的膽識。經(jīng)過周密考慮，葛洲壩電廠開業(yè)界先河，在監(jiān)控系統(tǒng)改造中，首次實現(xiàn)了現(xiàn)地控制單元和調(diào)速器以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)接入監(jiān)控系統(tǒng)，具有極其重大的行業(yè)引領(lǐng)和示范意義。

當(dāng)前電力系統(tǒng)中，對變電站自動化的要求越來越高。因此，需要一種通用的通信方式，來實現(xiàn)變電站中各種設(shè)備的管理以及設(shè)備間的互聯(lián)，IEC61850就是這樣一種方式。它提出了一種公共的通信標(biāo)準(zhǔn)，通過對設(shè)備的一系列規(guī)范化，使其形成一個規(guī)范的輸出，實現(xiàn)系統(tǒng)的無縫連接，是基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一國際標(biāo)準(zhǔn)。

這一標(biāo)準(zhǔn)吸收了很多先進(jìn)技術(shù)，對保護(hù)和控制等自動化產(chǎn)品和變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)計產(chǎn)生深刻影響。但是，在葛洲壩電廠啟動計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造時，該標(biāo)準(zhǔn)的研究還停留在大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)的桌面上，在全國電力系統(tǒng)中成功應(yīng)用的寥寥無幾。國際國內(nèi)主要設(shè)備廠商沒有一家支持該協(xié)議。這一次，葛洲壩電廠又成為“吃螃蟹”的第一人。

該標(biāo)準(zhǔn)的前沿性和先進(jìn)性，讓葛洲壩電廠下定決心，在全廠推廣使用。

“在系統(tǒng)開發(fā)的時候，AB、西門子、施耐德、GE等知名廠家都沒有過同類產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)驗，可以說，我們對相關(guān)技術(shù)的掌握比廠家更深入。后來，我們帶著廠家走，從技術(shù)、設(shè)計等各個層面與廠家深入溝通，才實現(xiàn)了IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)在葛洲壩電廠的落地。”葛洲壩電廠電氣維修部自動分部主任周勁峰在采訪中回憶。

據(jù)了解，該項通信標(biāo)準(zhǔn)不僅可以應(yīng)用在變電站內(nèi)，而且適用于變電站與調(diào)度中心之間，以及各級調(diào)度中心之間。目前，國內(nèi)外各大電力公司、研究機(jī)構(gòu)都在積極調(diào)整產(chǎn)品研發(fā)方向，力圖和新的國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，以適應(yīng)未來的發(fā)展方向。

記者在采訪中得知，截至目前，葛洲壩電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)組保護(hù)均已按要求改造完畢，與智能化改造相關(guān)的硬件構(gòu)架已經(jīng)完成，應(yīng)用軟件正陸續(xù)上線，后期將逐步完善。到明年年底，葛洲壩電廠將初步完成“智能化轉(zhuǎn)身”。

“這很可能是全國第一家大型智能水電站。”符建平介紹。

我們期待老電廠又一次精彩亮相。