集控模式下水电站运行风险分析与应急管控策略研究

引言：水电属于清洁能源的关键部分，在我国能源体系中占据重要地位。截至2024 年底，全国水电装机容量已经冲破了4.2 亿KW，占总发电装机容量的 16.8% 。随着信息技术、自动化技术、人工智能技术的深度结合，水电站运维管理方式正出现根本性改变。传统依靠人工的形式逐渐被远程集中监控替代。在这种情况下，深入探究集控模式下水电站运行期间潜藏的风险、创建科学有效的应急管理体系，对于保障水电设施安全稳定运行有着十分重要的实际意义。

一、集控模式下水电站运行模式概述

集控模式属于一种依靠集中控制中心的革新性运作机制，凭借先进的计算机监控体系、通讯网络以及自动化装置，对分散于不同地域的众多水电站执行远距离即时观测、调度、经营，内部结构大致涵盖现场控制层、电站管理层、集控中心层，利用光纤通信技术达成数据的高速传送和指令的准确下达[1]。在实际操作中，一个集控中心管控3~8 座水电站，总装机容量在500-2000MW，达到了“无人值守，少人巡查”的目的，运维人员数量相比传统方式削减 65%～75% ，每年的运维花费也缩减了 40% 。

二、集控模式下水电站运行风险识别

2.1 设备运行风险

集控模式下的设备运行风险主要源于监控系统硬件故障、自动化装置失效和一次设备异常等方面。集控中心的服务器、工作站、网络设备等关键硬件年均故障率约为 2.3%, ，虽然采用了双机热备等冗余措施，但仍存在双重故障导致系统瘫痪的风险。

设备本质安全风险在集控模式下尤为突出，主要体现在老旧设备技术落后、高耗能设备效率低下等方面。部分电站仍使用模拟量仪表和继电器保护装置，缺乏数字化接口，难以实现远程监控和故障诊断。高耗能辅助设备如老式变压器、照明系统等，不仅增加运行成本，还因绝缘老化、散热不良等问题增加安全隐患。设备技术标准滞后问题同样严重，约30%的在运设备未达到现行国家标准要求，存在安全性能不足、环保指标超标等问题，急需通过技术改造或设备更新来提升本质安全水平。

2.2 通信网络风险

通信网络是集控系统的神经中枢，其可靠性直接决定了集控模式的运行安全。目前水电站集控系统主要采用 SDH 光纤环网或 MSTP 传输网络，带宽容量一般为 155Mbps~622Mbps，正常情况下网络负载率保持在30%～40% 。然而，通信网络面临着物理损坏、网络攻击、协议漏洞等多重风险。光缆线路易受自然灾害和施工破坏影响，年均故障次数约0.8 次/百公里，单次故障平均修复时间 4~8 小时[2]。网络安全威胁日益严峻，2023年全球电力行业 DDoS 攻击量同比上升 28% 。集控系统虽然部署了防火墙、入侵检测等安全设备，但仍存在零日漏洞被利用的风险。通信协议方面，IEC61850、IEC60870-5-104 等标准协议在实际应用中存在兼容性问题，不同厂家设备间的互操作性不足可能导致数据传输异常。

2.3 自然环境风险

水电站多建设在山区河谷地带，自然环境复杂多变，对集控模式运行构成严重威胁。极端天气事件频发，强降雨、雷电、冰冻等灾害直接影响设备安全和通信畅通。统计数据显示，年降雨量超过1500mm 的水电站，因暴雨导致的设备故障率比正常地区高出 35% 。雷击是通信设备的主要威胁，年均雷暴日超过40 天的地区，通信中断概率增加2.5 倍，单次雷击造成的设备损坏平均损失达15 万~30 万元。地质灾害风险同样不容忽视，山体滑坡、泥石流可能破坏输电线路和通信光缆，2020-2023 年因地质灾害导致的水电站停运事件累计47 起，平均停运时间72 小时。洪水带来的风险随着极端降雨事件增多而加剧，在气候变化背景下面临超标准洪水的考验，需要提升应急调度能力。

2.4 运行管理风险

集控模式改变了传统的运行管理模式，带来了人员、制度和流程等方面的风险。人员风险主要表现为技能不足和责任分散，集控运行人员需要掌握多个电站的设备特性和运行规程，知识面要求扩大3-4 倍，培训周期延长至18-24 个月，但实际培训投入往往不足，导致应急处置能力欠缺。值班人员从现场转移到远离电站的集控中心，对设备状态的直观感知减弱，异常征兆识别能力下降约 30% 。制度风险体现在管理体系不健全，集控模式下的责任界面模糊，集控中心与电站现场的职责划分不清可能导致指挥混乱，应急响应时间延长 20%～40% 。标准化作业流程缺失，不同电站的操作习惯差异导致误操作风险增加，统计显示集控模式下人为误操作率比传统模式高出 15% 。信息管理风险不容忽视，海量运行数据的存储、分析和应用能力不足，数据资产价值未充分挖掘，预测性维护实施率仅为 25% ，远低于国际先进水平的 60% 。

三、集控模式下水电站应急管控策略制

3.1 设备应急管控策略

针对设备运行风险，应建立“预防为主、监测预警、快速响应”的三级应急管控体系。在预防层面，实施关键设备冗余配置策略，集控系统服务器采用 热备模式，即两台主用服务器加一台应急备用，自动切换时间控制在30ms 以内[3]；监控工作站配置率达到 150%, ，确保单点故障不影响系统运行；传感器采用三取二逻辑判断，降低误报率至0.1%以下。

设备本质安全提升策略应建立“标准引领、技改先行、维护跟进”的全生命周期管理体系。严格执行《GB/T50964-2014 小型水电站运行维护技术规范》，制定设备更新改造计划，优先淘汰运行超过20 年或不符合现行标准的关键设备。推广应用数字化保护装置、智能传感器、变频调速技术等新技术产品，新设备故障率可降低 60%以上，能耗减少 15%-25% 。建立“日检、周检、月检、年检”四级维护保养制度，关键设备检修周期按厂家建议缩短20%执行，预防性检修比例提升至 80% 以上。实施状态检修和精密点检，采用振动分析、油液监测、红外测温等技术手段，设备健康度评估准确率达到95%以上，实现从“计划检修”向“状态检修”转变，平均故障间隔时间MTBF 提升40%以上。

3.2 通信网络应急管控策略

通信网络的应急管控需要从物理安全、网络安全和协议优化三个维度展开。物理安全方面，构建“主备双路由+应急通道”的三重保障体系，主备光缆路由物理分离距离不少于 500m，配置卫星通信或4G/5G 无线通信作为应急通道，确保在光缆中断情况下维持基本通信能力；在关键节点部署光线路自动切换装置OLAP，切换时间小于50ms，年可用率达到99.99%。网络安全防护采用纵深防御策略，部署工业防火墙、入侵检测IDS、安全审计等设备，形成五层安全防护体系；实施安全域划分，将集控网络划分为生产控制区、管理信息区和互联网区，区域间设置安全隔离装置；建立安全运营中心 SOC， 7×24 小时监测网络安全态势，月均处理安全事件300-500 起，其中高危事件占比控制在 。协议优化策略着重提升互操作性和传输效率，制定统一的通信规约转换标准，开发协议测试平台，确保不同厂家设备的兼容性；优化数据传输机制，采用数据压缩和优先级调度算法，将关键数据传输延迟降低 40% ；部署网络性能监测系统，实时监控带宽利用率、丢包率、延迟等指标，当网络负载超过 60%时自动触发流量控制措施。

3.3 自然环境应急管控策略

自然环境风险的应急管控重在监测预警和工程防护相结合。建立多源融合的环境监测系统，整合气象雷达、雨量站、地质监测仪等设备数据，接入国家气象预警信息，实现对暴雨、雷电、地质灾害的提前预警，预警准确率达到 85%以上，提前预警时间24~48 小时。强化防雷接地系统，集控中心和通信站点的接地电阻控制在4Ω以下，安装三级雷电防护装置，年雷击故障率降低至 0.5% 。实施地质灾害防治工程，对高风险边坡进行加固处理，安装自动化监测设备，位移监测精度达到毫米级；建立应急排水系统，配置排水能力不低于 50 年一遇暴雨标准的水泵，确保厂房不受淹[4]。制定极端天气应急预案，细化不同等级预警下的响应措施，如台风蓝色预警时检查设备加固情况，橙色预警时部分设备预防性停运，红色预警时转入应急值守模式。建设应急指挥中心，配备卫星电话、应急发电机、应急物资，确保在极端条件下维持72 小时自主运行能力。开展生态风险评估，定期清理进水口漂浮物，安装拦污栅自动清污装置，清污效率提升 60% 。

3.4 运行管理应急管控策略

运行管理的应急管控聚焦于提升人员能力、完善管理制度和优化应急流程。人员能力建设方面，建立分层分级的培训体系，新员工培训期延长至24 个月，包括6 个月理论学习、12 个月仿真训练和6 个月现场实习；在职人员每年培训时间不少于 80 学时，其中应急处置培训占比 30% 以上；引入VR/AR 技术开发沉浸式培训系统，模拟真实故障场景，培训效果提升 45% 。完善管理制度体系，明确集控中心与现场的责任边界，制定责任清单和权限矩阵，消除管理盲区；建立应急指挥体系，设立应急指挥部，明确指挥长、技术组、抢修组的职责分工，应急响应时间缩短至 15 分钟以内；推行标准化作业，编制作业指导书326 项，覆盖所有关键操作，误操作率降低至 0.02%, 。优化应急处置流程，开发智能辅助决策系统，基于知识图谱和专家经验，为应急处置提供优化方案，决策支持准确率达到 88% ；建立多级联动机制，实现集控中心、电站现场、设备厂家、应急抢修队伍的协同响应，信息共享延迟不超过30 秒；实施应急资源动态管理，建立应急物资电子台账，实现物资调配的可视化和智能化，应急物资到位时间缩短 50% 。强化应急演练，每月组织桌面推演，每季度开展实战演练，年度开展联合演练，不断提升应急响应能力。

结束语

集控模式作为水电站运行管理的发展方向，在提高效率、降低成本的同时，也带来了设备、网络、环境和管理等多维度的运行风险。未来，随着人工智能、大数据、数字孪生等新技术的应用，集控模式将向智能化、自主化方向演进，风险管控能力将得到进一步提升。建议水电企业持续加大技术投入，完善应急管理体系，加强人才队伍建设，推动集控模式向更高水平发展，为实现“双碳”目标和能源安全提供坚实保障。

参考文献

[1]何沐星,王江, 邓明洋. 集控模式下水电站安全运行管理模式探讨[J].中国科技期刊数据库工业A,2024(002):000.

[2]李阳.集控模式下水电站安全运行管理模式探讨[J].水电水利,2023,7(5):19-21.

[3]奚永强,王小龙.汇能三座电站集控运行模式下带来的经济效益分析[J].消费电子,2024(6):60-62.

[4]宋万礼,严尔治,孙永红.流域集控模式下水电站无人值班技术支撑体系研究[J].机电工程技术,2023.

作者简介：冯坤（1984.12-），男，汉族，眉山，本科，工程师，主要研究方向：水电站运维管理。