萬里長江第一壩：以“智”促“質(zhì)” 向“新”而行
本網(wǎng)訊（唐東軍 屈秋夢）峽盡天開朝日出，山平水闊大城浮。在三峽西陵峽口，一座大壩如長虹臥波，橫亙長江。
這就是被譽(yù)為“萬里長江第一壩”的葛洲壩水利樞紐——20世紀(jì)我國自主勘測設(shè)計、施工建設(shè)、制造安裝、運(yùn)行管理的規(guī)模最大的水利樞紐工程。從1981年葛洲壩電站首臺機(jī)組發(fā)電起，在40多年的建設(shè)和管理過程中，葛洲壩水利樞紐一路攻堅克難、向“新”而行，促進(jìn)能源技術(shù)和數(shù)字技術(shù)在水電行業(yè)生產(chǎn)管理中的深度應(yīng)用，讓40多年的電站煥發(fā)“新”的光彩。
從“數(shù)據(jù)孤島”到“數(shù)據(jù)互通”
初夏時節(jié)，葛洲壩江段上，成群白鷺或在岸邊涉行，或在空中飛行，嬉戲覓食。雨點(diǎn)敲打在梧桐樹葉上，清脆有聲。
▲ 葛洲壩水利樞紐工程全景。
上午，三峽集團(tuán)所屬長江電力葛洲壩電廠電氣維修部副主任雷鳳玲走進(jìn)梧桐樹環(huán)繞的廠房辦公室，輕點(diǎn)鍵盤，登錄系統(tǒng)，查看設(shè)備運(yùn)行情況，這是她多年來的工作習(xí)慣。
進(jìn)入全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)后，雷鳳玲開始查閱設(shè)備信息，一張張圖表、一幅幅畫面、一組組數(shù)據(jù)，在她眼中，熟悉而又親切。四年前，她和同事們度過了無數(shù)個不眠之夜，終于研發(fā)出這一系統(tǒng)。“我們通過系統(tǒng)應(yīng)用功能開發(fā)，把分散的數(shù)據(jù)、獨(dú)立的系統(tǒng)融合起來，產(chǎn)生了‘1+1＞2’的效果?！崩坐P玲說。
數(shù)據(jù)是電站運(yùn)行的基石。它既能創(chuàng)造價值，也是打通系統(tǒng)壁壘的紐帶。過去，葛洲壩電站的運(yùn)維系統(tǒng)有10多個，如監(jiān)控系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、勵磁在線監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)字化巡檢系統(tǒng)等，它們相互獨(dú)立，像分散在各處的“孤島”。運(yùn)維人員只有同時從多處調(diào)取不同數(shù)據(jù)，才能全面掌握設(shè)備運(yùn)行狀況。面對成千上萬的數(shù)據(jù)，員工仿佛置身“茫茫大?！敝?，必須進(jìn)行抽絲剝繭般的統(tǒng)計分析，艱辛而又繁瑣。
伴隨著智慧樞紐建設(shè)的春風(fēng)，葛洲壩電廠開啟了數(shù)字化改造、智能化升級。全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它將各個系統(tǒng)進(jìn)行融合，讓數(shù)據(jù)連起來、順起來、活起來，更好地為電力生產(chǎn)保駕護(hù)航。它運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，對電廠現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源進(jìn)行整合，形成電廠數(shù)據(jù)共享中心和決策支持應(yīng)用的統(tǒng)一平臺。
這一系統(tǒng)消除了“數(shù)據(jù)孤島”，讓數(shù)據(jù)互通互融，為深度解讀、智慧應(yīng)用數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)。
▲位于葛洲壩電廠二江廠房內(nèi)的信號測點(diǎn)。
像這樣的信號測點(diǎn)，全廠有近20萬個，小到一滴水、一滴油，大到整臺機(jī)組的狀態(tài)變化，都能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)測。
除了電流、電壓、振動、擺度等常規(guī)信號外，全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)還接入了噪聲、壓力脈動、振動加速度、光纖測溫、紅外熱成像、油質(zhì)監(jiān)測、超聲波等新型信號類型近30種。這些數(shù)據(jù)中既有秒級數(shù)據(jù)，也有高頻數(shù)據(jù)，既有生產(chǎn)數(shù)據(jù)，也有管理數(shù)據(jù)，測點(diǎn)近20萬個，使電站能感知的“神經(jīng)末梢”更加精細(xì)豐富。
如今，通過全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)，運(yùn)維人員在任意一臺辦公電腦，只需一鍵登錄，便可開展數(shù)據(jù)實時監(jiān)視、趨勢預(yù)警、工況分析等“精細(xì)動作”，設(shè)備運(yùn)行狀況盡收眼底。電腦上的三維展示畫面上，各種設(shè)備都根據(jù)實際結(jié)構(gòu)和尺寸構(gòu)建三維模型，畫面如同電影特效一樣可任意旋轉(zhuǎn)、放大、縮小，如遇設(shè)備故障還能觸發(fā)聲光告警。
▲葛洲壩電廠全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)交互界面。
該系統(tǒng)將機(jī)組主、輔設(shè)備以及主變壓器等以三維畫面展示，同時疊加設(shè)備實時信息，實現(xiàn)所見即所得。
雷鳳玲說：“這一系統(tǒng)對海量的數(shù)據(jù)分門別類、化繁為簡，讓數(shù)據(jù)變得直觀化、立體化了。你從電腦屏幕上看到的，就是機(jī)組的實際運(yùn)行狀況，所見即所得。再通俗地講，就是原本靜態(tài)的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在可以‘動’起來了，你能真切地感受到它。”
從“人機(jī)協(xié)作”到“人機(jī)對話”
由“人機(jī)協(xié)作”升級為“人機(jī)對話”。這是葛洲壩電廠在智慧樞紐建設(shè)方面的一個重要變化。
“人機(jī)協(xié)作”強(qiáng)調(diào)的是效率和準(zhǔn)確性，計算機(jī)能執(zhí)行重復(fù)性或復(fù)雜性高的任務(wù)?！叭藱C(jī)對話”則更進(jìn)一步，它不僅要求計算機(jī)能夠理解人類的語言，還要求能夠進(jìn)行自然、流暢地交流。
葛洲壩電站的這一升級過程中，人工智能技術(shù)起到了關(guān)鍵作用。通過深度學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)等算法，葛洲壩電站的自動化系統(tǒng)能夠不斷學(xué)習(xí)和優(yōu)化操作流程，使得“人機(jī)對話”日漸高效和智能，設(shè)備自身也越來越“聰明”。
葛洲壩電站220千伏GIS開關(guān)站的巡檢機(jī)器人，能自主調(diào)整巡檢高度，適應(yīng)不同的工作環(huán)境和巡檢要求?！斑@是國內(nèi)電力行業(yè)較早采用自主升降式云臺設(shè)計的機(jī)器人，其智能巡檢識別率達(dá)到了95%以上，”電氣維修部主任呂曉勇介紹說，“它可以遠(yuǎn)程配合中控室進(jìn)行巡檢操作，以秒級的速度，將巡檢數(shù)據(jù)傳輸給全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)，便于工作人員進(jìn)行分析和決策?！?/p>
▲位于葛洲壩電廠220千伏開關(guān)站的智能巡檢機(jī)器人。
它使巡檢工作從“人工”變“自動”，從“間斷”變“連續(xù)”，能及時、有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，有力提升了巡檢工作效率。
油系統(tǒng)是水電機(jī)組控制的動力源，一旦發(fā)生漏油事件，會導(dǎo)致設(shè)備損壞、環(huán)境污染，后果非常嚴(yán)重。葛洲壩電站有22臺機(jī)組，每臺機(jī)組有6個油位測點(diǎn)。以往，運(yùn)行人員每天三次現(xiàn)場抄錄數(shù)據(jù)，通過復(fù)雜公式手動計算全部機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)換算油位以便核實機(jī)組整體油位變化情況，每次花費(fèi)50多分鐘?，F(xiàn)在，全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)通過對油系統(tǒng)的實時監(jiān)測，把計算方法固化為程序，每分鐘便可實現(xiàn)一次計算，還能持續(xù)監(jiān)視機(jī)組調(diào)速油系統(tǒng)內(nèi)漏、外漏情況，為電站安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。
電站運(yùn)維有一項重要工作——巡檢。通常來說，運(yùn)行、機(jī)械、電氣這些專業(yè)崗位每個崗位對應(yīng)近10條巡檢路線，每條巡檢路線需要2人至少花費(fèi)半天完成，其中運(yùn)行專業(yè)每天需進(jìn)行3次設(shè)備巡檢，工作量繁重而又重復(fù)。葛洲壩電廠生產(chǎn)管理部運(yùn)行方式主任李文彬，長期奮戰(zhàn)在運(yùn)行崗位上。談起巡檢，他感慨不已。據(jù)李文彬介紹，過去，巡檢人員平均每人每周要花費(fèi)超10小時的時間在巡檢上，一天至少走3萬步，被迫練就了一雙“鐵腳板”?，F(xiàn)在，全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的巡檢工作模式，各專業(yè)崗位基本實現(xiàn)了設(shè)備自動巡檢，系統(tǒng)自動生成、上傳報表，1分鐘即可完成往日一天甚至幾天的工作量，大大降低了人工巡檢頻次，解放了勞動力。
▲葛洲壩電廠二區(qū)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)房。
實時采集的設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)在現(xiàn)地控制柜匯集，通過深入、復(fù)雜的大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，上送至二區(qū)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)房，通過機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法應(yīng)用，實現(xiàn)“數(shù)智結(jié)合”。
“通過智慧樞紐建設(shè)，人與機(jī)器之間能夠互相對話，無縫對接，滿足安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)高效的需要，將廣大員工從艱苦、重復(fù)、繁重的工作中‘解放’出來?！眳螘杂逻@樣描述智慧化帶來的變革。
從“新活力”到“新榮光”
葛洲壩電站運(yùn)行了40多年，各類設(shè)備成千上萬，部分設(shè)備逐漸老化，出故障在所難免。全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)的一項重要功能就是故障診斷，采用基于FTA（故障樹分析）的診斷方式，對設(shè)備進(jìn)行定性和定量分析，以診斷、評價設(shè)備的安全可靠性。
曾經(jīng)有一年夏季高溫時期，全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)13號機(jī)組下集電環(huán)出現(xiàn)了打火情況，若不消除缺陷，將對發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行造成影響。葛洲壩電廠精心組織，提前做好物資準(zhǔn)備和人員部署，在當(dāng)晚用電低谷期機(jī)組停機(jī)后，現(xiàn)場待令人員立即開展作業(yè)，歷經(jīng)4個多小時的奮戰(zhàn)，完成碳刷研磨和集電環(huán)打磨工作，保障了機(jī)組的安全運(yùn)行和穩(wěn)定供電。
▲葛洲壩水電站二江廠房大廳。
葛洲壩電站全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)還改變了傳統(tǒng)的機(jī)組試驗方式。機(jī)組檢修或者設(shè)備改造后，需要進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電前的性能試驗，以驗證水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性和可靠性。
以往，人工試驗需搬運(yùn)大量的試驗儀器，完成約20項接線、解線試驗，每項試驗還需執(zhí)行10余項安全措施?，F(xiàn)在，全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)通過模型構(gòu)建和自動計算，實現(xiàn)了機(jī)組部分試驗的自動識別和記錄，試驗人員不必去作業(yè)現(xiàn)場，在后臺即可獲取試驗數(shù)據(jù)，減少了人工試驗的安全風(fēng)險，減輕了人員工作量，提高了試驗效率。
“我們從全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)中嘗到了甜頭。”葛洲壩電廠副總工程師張家治說。葛洲壩電廠通過科學(xué)檢修、精心維護(hù)、技術(shù)改造等措施，確保了機(jī)組在“長周期、滿負(fù)荷”的運(yùn)行條件下始終保持健康狀態(tài)，運(yùn)行小時數(shù)遠(yuǎn)超行業(yè)平均水平。近6年，機(jī)組的年平均運(yùn)行小時數(shù)保持在7000小時以上。電站連續(xù)安全生產(chǎn)天數(shù)、單機(jī)最高運(yùn)行小時數(shù)不斷刷新紀(jì)錄，主要技術(shù)指標(biāo)在同類大型水電站中保持領(lǐng)先，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了有力支持，也為實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)作出了積極貢獻(xiàn)。
▲2024年2月1日，三峽集團(tuán)長江電力葛洲壩電廠授予全年運(yùn)行8752.6小時僅休息7.4小時的5號機(jī)組2023年度“功勛機(jī)組”榮譽(yù)稱號。
創(chuàng)新不止步，改革再前行。張家治表示，葛洲壩電廠全息監(jiān)測高級應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)是一個持續(xù)的過程。隨著大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的價值將進(jìn)一步被挖掘，為電站運(yùn)營帶來更高效、智能和環(huán)保的解決方案。葛洲壩電廠將通過不斷技術(shù)創(chuàng)新，讓智慧樞紐發(fā)揮更大的作用，讓電站再健康運(yùn)行40年。
本文攝影：湯偉 毛翔春 長江電力葛洲壩電廠
編輯：楊思恒 任賢 程林