执行摘要：构建标准化自动化基础，保障水电系统长期稳定运行
一家美国大型电力公用事业公司正在对旗下水电机组群实施一项为期多年的现代化改造计划，以解决基础设施老化、传统控制系统彼此分散以及运营复杂性不断增加等问题。 该公司拥有 100 多台发电机组，其中部分机组已运行逾百年。为此，公司需要制定一套可扩展的自动化战略，在满足各电站特定需求的同时，提高系统可靠性、支持人员队伍转型，并确保资产长期稳定运行。
通过统一采用艾默生的 Ovation™ 自动化平台，该公司建立了统一的控制与数据架构，实现了运营流程标准化、设备运行状态可视性提升，以及整个水电机组群网络安全防护能力的增强。 该现代化改造项目支持远程运营、电站间协同、预测性维护和高级仿真，同时简化了培训与维护工作。 截至目前，已完成的部署项目充分证明，标准化自动化基础不仅能够提高机组可用率、加快故障排查速度，还能帮助老旧水电资产更好地满足未来电网发展和运营需求。
项目成果：通过全机组群标准化，实现可量化的运营改善
- 建立标准化自动化基础，支持流域管理优化、远程运行自动化和统一状态监测
- 降低设计成本、简化培训流程，并实现各电站设备位号标识的一致性
- 通过简化培训、提高人员跨站点调配的灵活性，为人员队伍转型提供支持
- 通过提高设备可靠性、加快故障排查响应速度，提升机组可用率
- 满足当前及未来的网络安全合规要求
- 借助仿真工具主动识别并解决潜在问题，防止其影响电站运行
- 目前已完成 13 台机组的改造，并将项目经验应用于后续部署
应用
水电机组群整体自动化现代化改造
客户
美国大型电力公用事业公司
挑战：大型水电机组群基础设施老化，控制系统分散且缺乏统一标准
一家美国大型能源供应商面临着水电机组群老旧设备现代化改造的挑战。该机组群拥有 100 多台发电机组，其中部分机组的运行年限已超过一个世纪。 过去的升级工作以零散、分阶段实施为主，导致各系统相互割裂、自动化程度有限，且数据获取能力不一致。 缺乏统一标准不仅降低了运营效率，还增加了维护工作量，并引发了可靠性方面的担忧。 为确保电站在未来 80 年内继续可靠运行，该发电企业需要制定一套可扩展的标准化自动化战略，以统一系统架构、改善数据访问能力、强化网络安全防护，并全面提升机组群的整体运行绩效。
解决方案：依托统一的 Ovation 自动化平台，实现可扩展的机组群现代化改造
该能源供应商与艾默生合作，在一项投资规模达数十亿美元、历时多年的综合现代化改造计划中实施自动化战略。该计划涵盖水轮机更换、发电机绕组重绕、励磁系统升级，以及整个水电机组群液压动力单元的更新。
本次自动化解决方案以艾默生统一的 Ovation 自动化平台为核心，用于替代原有相互分散的传统控制系统。 该标准化控制架构既能适应各电站的独特需求，又能确保所有机组采用一致的控制标准。
Ovation 平台负责控制和监测以下系统：
- 机组运行系统：包括调速器、润滑油系统、高压提升系统、曝气系统、冷却水系统和制动系统。
- 厂用压缩空气与供水系统、开关设备、集水坑、排水系统、湖水水位及水池水位系统、溢洪道闸门、进水闸门和进水阀系统。
- 集成励磁系统、电气保护系统、能源管理系统、气象站和企业级历史数据系统
- 支持远程运营、流域管理及优化，实现不同电站之间的协调运行
通过实施一体化高级自动化解决方案，电力供应商能够实现实时监测、预测性维护和集中式数据采集。 这种方法不仅简化了电站管理，还支持远程运营和跨电站协同，并为系统扩展升级、降低维护成本、提高资产可靠性，以及通过增强数据可视性改善决策质量奠定了基础。
艾默生解决方案的核心组成部分：
- 标准化自动化平台：艾默生 Ovation 控制系统提供统一的控制逻辑、高性能人机界面（HMI），并支持与第三方系统集成。
- 数据驱动的运营管理：艾默生 Ovation 解决方案依托全天候运行的监测与诊断中心，实现集中监控，并利用新部署的艾默生罗斯蒙特（Rosemount）仪表所采集的数据，包括液位、压力、流量、位置和温度等参数。
- 一体化振动监测与保护： Ovation 设备健康监测系统能够及早发现机械故障隐患，避免设备发生代价高昂的故障。
- 网络安全套件：通过 DHS 认证的 Ovation 控制系统提供防病毒、补丁管理和合规自动化功能。
- 项目管理机制：由专门团队统筹协调各站点的项目实施，确保各项工作目标一致、相关方充分参与，并能够灵活应对各电站的具体限制条件。
除上述核心组成部分外，艾默生还针对复杂的液压动力单元（HPU）现代化改造制定了专门方案，在实现标准化的同时兼顾各电站的具体需求。
面对近 30 种不同的配置，艾默生采用按订单配置的设计方法，从集水槽、电机、泵、阀门和蓄能器等部件中选取通用系列，并根据需要进行组合。这样既能根据各电站的实际需求合理配置系统规模，又能保持液压原理图的一致性。 此外，系统还增加了相关仪表，用于监测导叶的开启与关闭压力、集水槽温度和液位，以及蓄能器液位。
艾默生的综合解决方案还针对该发电企业长期规划中确定的挑战和战略重点作出了相应部署，包括工期安排的灵活性、人员队伍转型以及部件停产淘汰等问题。 一体化 Ovation 平台使该公司能够在技术创新与标准化之间取得平衡，并利用高级应用程序和仿真技术支持员工培训及长期人才发展。 更重要的是，标准化自动化基础为企业未来采用人工智能驱动的分析和预测优化技术做好了准备，确保系统能够长期适应不断变化的需求，并持续提升运行绩效。
项目意义：通过标准化自动化，为老旧水电资产的未来发展奠定基础
对于管理大型、长寿命水电机组群的运营商而言，现代化改造战略必须在标准化与灵活性之间取得平衡，同时确保系统可靠、易于维护，并具备长期适应能力。 该项目表明，统一的自动化平台能够将彼此分散的传统系统整合为协调一致、以数据为驱动的基础架构，从而支持不同电站之间实现标准化运营。
通过提升设备运行状态的可视性、实现远程运营与协同控制，并将网络安全防护和仿真功能融入控制架构，该电力公用事业公司提高了机组可用率，同时降低了运营复杂性。 标准化自动化方案还有助于简化培训、提高人员调配灵活性，并支持持续开展现代化改造和可扩展升级。 这些能力共同增强了老旧水电资产的韧性、运行效率和响应能力，使其能够更好地应对不断变化的电网需求与运营要求。
“我们决定采用分布式控制系统，而不是使用 PLC，主要是出于数据可视性和分析能力方面的考虑。 Ovation 技术是一套全面集成的解决方案，图形界面、控制逻辑、报警、历史数据管理等所有功能都集成在同一个平台中。 我们才刚刚开始发掘 Ovation™ 自动化平台所蕴藏的各种可能性。”
- 美国某电力公用事业公司首席工程师
深入了解艾默生水电自动化解决方案
借助艾默生面向水电行业的自动化解决方案组合，实现水电站现代化升级与运行优化：
- Ovation 自动化平台
面向水电厂控制、SCADA 以及第三方系统集成的一体化自动化平台，助力提升电站运行绩效与可靠性。 - 远程运营中心
依托 Ovation 自动化软件提供的远程功能，对地理位置分散的电站实施安全、全天候的监测与诊断。 - Ovation 设备健康监测系统
提供一体化振动监测与保护功能，可在设备发生故障之前提前发现潜在问题。 - 电力与水务网络安全套件
面向水电及其他发电领域的 ICS 网络安全解决方案，可在不影响生产过程正常运行的情况下，为关键资产提供安全防护。
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