孫建超，王翰龍，徐鵬飛，陳 炎

(深圳蓄能發(fā)電有限公司，廣東 深圳 518115)

0 引 言

抽水蓄能電站可將電網(wǎng)低負(fù)荷時的多余電能轉(zhuǎn)變?yōu)楦哓?fù)荷時的高價值電能，可用于電力系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰、調(diào)相穩(wěn)壓等，是電力系統(tǒng)最可靠、最經(jīng)濟(jì)、壽命周期最長、容量最大的儲能裝置，對提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要作用。我國大型抽水蓄能電站技術(shù)已處于世界先進(jìn)水平，截至2018年底，我國已建設(shè)抽水蓄能電站34座，在建32座，已投運(yùn)的裝機(jī)規(guī)模為29.99 GW，在建規(guī)模44.00 GW[1]。抽水蓄能是全球裝機(jī)規(guī)模最大的儲能技術(shù)，也是目前發(fā)展最為成熟的儲能技術(shù)，未來隨著更多的風(fēng)力、光伏等新能源發(fā)電工程納入電力系統(tǒng)能源序列，抽水蓄能電站建設(shè)規(guī)模也將迎來更大規(guī)模的發(fā)展。

而隨著抽水蓄能電站建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大以及數(shù)字化、信息化水平不斷提高，智能電站的建設(shè)也逐漸成為焦點(diǎn)。智能電站是指與智能電網(wǎng)高度融合，以集成、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以電站生產(chǎn)和管理活動中各種信息的數(shù)字化為前提，綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，通過數(shù)據(jù)處理分析、智能化控制、自動化決策等手段解決現(xiàn)場實(shí)際問題的電站，具有智能化、系統(tǒng)性、信息化和經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)[2-5]。智能電站地不斷發(fā)展對電站建設(shè)、運(yùn)行和檢修等不同階段的人員安全管控也提出了更高的要求。目前，傳統(tǒng)抽水蓄能電站僅依靠制定安全規(guī)章制度、人工巡查監(jiān)督、人工視頻監(jiān)控等主觀性較強(qiáng)的方式對現(xiàn)場作業(yè)人員進(jìn)行安全管控，缺乏針對作業(yè)人員的有效客觀技術(shù)管控手段，無法形成系統(tǒng)化、智能化的站內(nèi)作業(yè)閉環(huán)管控體系，顯然已不能滿足當(dāng)前智能電站建設(shè)的新要求。此外，抽水蓄能電站作業(yè)人員行動隨機(jī)性大，人員素質(zhì)參差不齊，且作業(yè)點(diǎn)多面廣，作業(yè)過程中受到設(shè)備、環(huán)境、管理及自身等多方面因素的影響，安全隱患較大[6]。因此，針對當(dāng)前抽水蓄能電站安全管控手段的不足，設(shè)計(jì)一套滿足當(dāng)前智能電站建設(shè)需求的智能作業(yè)安全管控系統(tǒng)成為當(dāng)務(wù)之急。

為解決這一問題，本文設(shè)計(jì)建立一個平臺化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的智能兩票安全管控系統(tǒng)平臺，該系統(tǒng)平臺圍繞安全運(yùn)行主題，通過技術(shù)手段將運(yùn)維作業(yè)中各個環(huán)節(jié)納入到系統(tǒng)中進(jìn)行管控，包括兩票管理、臨時接地線管理、密閉空間安全工器具管理、二次壓板管理等方面，實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)維工作的智能化，保證電站常規(guī)作業(yè)安全。為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性，本文將該系統(tǒng)布置應(yīng)用于深圳抽水蓄能電站。

1 作業(yè)風(fēng)險點(diǎn)分析

1.1 傳統(tǒng)安全管控體系不足

傳統(tǒng)抽水蓄能電站安全管控措施主要可分為以下幾項(xiàng)：①企業(yè)內(nèi)部制定安全作業(yè)管理的規(guī)章制度，通過頻繁的安規(guī)培訓(xùn)等方式規(guī)范現(xiàn)場人員的作業(yè)；②現(xiàn)場作業(yè)時，內(nèi)部安排安全監(jiān)督人員對作業(yè)現(xiàn)場以及作業(yè)人員操作進(jìn)行不間斷地巡查監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)安全管控任務(wù)；③安裝不同層次、不同角度的現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，如對作業(yè)人員在電站的位置與分布情況進(jìn)行監(jiān)控的定位系統(tǒng)，對現(xiàn)場重要區(qū)域現(xiàn)況進(jìn)行監(jiān)視與圖像采集的視頻系統(tǒng)，對重點(diǎn)出入關(guān)口進(jìn)行管理的門禁系統(tǒng)，與現(xiàn)場進(jìn)行語音交流的廣播通訊系統(tǒng)等[7-10]。以上這些舉措能對現(xiàn)場作業(yè)進(jìn)行監(jiān)視和管控，解決了純?nèi)斯つＪ綗o法對電站全天候、全覆蓋管控的弊端，減少人力資源消耗，提高管控效率[11]。

但上述舉措更多依靠管理手段，發(fā)揮人的主觀能動性避免現(xiàn)場作業(yè)的風(fēng)險，即使采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)，也僅把監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)作輔助手段，最終的現(xiàn)場作業(yè)信息仍需返回控制中心后，由控制中心的工作人員進(jìn)行人工判斷與監(jiān)督。若在人工安監(jiān)空窗期或者由于安監(jiān)人員疏忽，出現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)人員違規(guī)操作或誤入危險區(qū)域，以及危險源靠近作業(yè)人員等情況，傳統(tǒng)安全管控體系并不能及時發(fā)現(xiàn)、警告提醒并有效制止[12-13]。因此，傳統(tǒng)安全管控體系更多依靠人的主觀能動性，缺乏對現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險的客觀識別，缺乏有效的技術(shù)管控手段。

1.2 現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險分析

從可能導(dǎo)致現(xiàn)場作業(yè)發(fā)生危險的原因進(jìn)行分析，現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險主要有以下幾項(xiàng)：

(1)兩票管理不規(guī)范。傳統(tǒng)兩票管理系統(tǒng)中工作票、操作票需要每個電力企業(yè)安全檢修工作人員在進(jìn)行維護(hù)檢修工作前，要先去相關(guān)負(fù)責(zé)人處申請領(lǐng)取，然后經(jīng)過逐層人工審批通過后，檢修工作人員根據(jù)工作票內(nèi)容進(jìn)行檢修工作，最后向相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)反饋?zhàn)罱K工作情況。整個過程耗時長，步驟繁多，降低生產(chǎn)檢修人員的工作效率和工作質(zhì)量。由于電力行業(yè)的特殊性，在人員、設(shè)備、環(huán)境上存在諸多不安全因素，極易因?yàn)閮善钡奶顚懖灰?guī)范和落實(shí)環(huán)節(jié)問題導(dǎo)致安全事故[14-15]。

(2)接地線管理不規(guī)范。目前抽水蓄能電站臨時接地線的使用和管理經(jīng)常存在混亂的情況，因人為導(dǎo)致地線使用不規(guī)范引起的事故時有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)，與臨時接地線有關(guān)的電氣誤操作事故占誤操作事故總數(shù)的60%[16]。

(3)安全工器具管理不當(dāng)。安全工器具是現(xiàn)場作業(yè)人員作業(yè)安全的根本保障，它的規(guī)范使用往往直接關(guān)系到作業(yè)人員的生命安全。但安全工器具的管理同時也是最容易被忽略的因素之一，由于安全工器具管理不當(dāng)造成的安全事故屢見不鮮。

(4)二次壓板管理不當(dāng)。目前在變電站運(yùn)維中保護(hù)壓板位置的確認(rèn)仍采用人工就地方式，極易發(fā)生保護(hù)壓板的誤投、漏投等非安全行為，引發(fā)電力系統(tǒng)事故。

2 智能作業(yè)安全管控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

針對抽水蓄能電站傳統(tǒng)安全管控體系不足、以及現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險分析結(jié)果，本文綜合應(yīng)用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感器、移動應(yīng)用等先進(jìn)技術(shù)手段，構(gòu)建智能作業(yè)安全管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程的主動性、預(yù)防性、全過程閉環(huán)管控。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

智能作業(yè)安全管控系統(tǒng)主要包含智能兩票管理子系統(tǒng)、智能地線管理子系統(tǒng)、智能壓板管理子系統(tǒng)和智能常用工器具管理子系統(tǒng)四部分。

圖1 管控系統(tǒng)框架示意

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

智能作業(yè)安全管控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 智能兩票管理

智能兩票管理子系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)工作票和操作票的智能化及完善的網(wǎng)絡(luò)流轉(zhuǎn)審批，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊、隔離點(diǎn)管理模塊、工作票管理模塊、電氣操作票防誤系統(tǒng)等。其中，工作票管理模塊與電氣操作票防誤系統(tǒng)為該子系統(tǒng)的核心子模塊，主要用于實(shí)現(xiàn)對兩票的生成、確認(rèn)、簽發(fā)、許可、結(jié)束等電子流程管理。

(1)工作票管理模塊。該模塊可實(shí)現(xiàn)智能開票，并根據(jù)實(shí)際需要，自定義符合南方電網(wǎng)發(fā)布的電力安全工作規(guī)程的工作票票種，對計(jì)劃時間、簽發(fā)時間、接票時間、批準(zhǔn)時間、許可時間、工作負(fù)責(zé)人、工作許可人、工作票簽發(fā)人權(quán)限等均有邏輯校驗(yàn)，確保許可的工作票的合格率。其原理為：①基于隔離點(diǎn)管理是實(shí)現(xiàn)智能開票的核心；②與隔離閉鎖關(guān)聯(lián)； ③可視化開票與監(jiān)控；④工作票模板化。

(2)電氣操作票防誤系統(tǒng)。該子系統(tǒng)可提供靈活多樣的開票功能，包括“圖形模擬開票”、“手工開票”和典型操作票對比查驗(yàn)等多種開票方式。所有開票方式均可任意選擇其中一種方式，也可互相轉(zhuǎn)換使用。能開出并打印包括一、二次設(shè)備操作項(xiàng)及檢查、測量、驗(yàn)電、風(fēng)險分析等特殊操作在內(nèi)的完整操作票，所有開出的操作票必須經(jīng)過系統(tǒng)防誤閉鎖邏輯條件和設(shè)備狀態(tài)信息自動判斷其正確性。所開操作票應(yīng)整潔、規(guī)范、格式化。

3.2 智能地線管理

智能地線管理子系統(tǒng)主要用于技術(shù)上規(guī)范臨時接地線的使用，對臨時地線操作過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并借助傳統(tǒng)以太網(wǎng)或新興物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將地線的掛接拆除等信息實(shí)時傳輸給智能兩票系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)臨時接地線從開票、拿取、掛接、拆除到歸還的全過程在線監(jiān)測及閉環(huán)管理。

3.3 智能壓板管理

智能地線管理子系統(tǒng)主要由智能接地檢測裝置和智能地線柜、智能地線采集器、地線管理系統(tǒng)主機(jī)組成。地線管理系統(tǒng)主機(jī)管理各個檢測閉鎖機(jī)構(gòu)，同時通過通信通道向兩票管理子系統(tǒng)報告地線當(dāng)前狀態(tài)，或執(zhí)行解鎖或閉鎖命令。在有掛接地線的操作任務(wù)時，兩票管理子系統(tǒng)通過地線管理系統(tǒng)主機(jī)解鎖所選擇的臨時接地線電磁鎖，未被選擇的地線則仍處于閉鎖狀態(tài)。

智能壓板管理子系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)對壓板狀態(tài)的實(shí)時采集與監(jiān)測，其由壓板管理系統(tǒng)軟件、壓板采集器、壓板傳感器組成。智能壓板管理子系統(tǒng)核心技術(shù)在于壓板狀態(tài)采集、實(shí)現(xiàn)全站壓板的集中管理、壓板狀態(tài)監(jiān)視、壓板非法操作時的報警、壓板操作邏輯編輯、壓板狀態(tài)自動核對、壓板檢修狀態(tài)設(shè)置、與工作票系統(tǒng)關(guān)聯(lián)閉鎖以及查詢歷史操作及變位記錄功能。

3.4 智能常用工器具管理

智能常用工器具管理子系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)對安全工器具、常用工器具、進(jìn)入發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)作業(yè)所攜帶的工器具進(jìn)行智能管控，由采集管理器、分體式超高頻傳感器、一體式超高頻傳感器、無源超高頻標(biāo)簽組成。其典型結(jié)構(gòu)如圖3所示。由于RFID的穿透力弱，尤其是不能有效穿透人體，攜帶工器具進(jìn)出時，必須主動將工器具置于檢測設(shè)備下，直至檢測顯示屏上提示數(shù)量與實(shí)際攜帶數(shù)量相符。

圖3 智能常用工器具管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

本文所設(shè)計(jì)抽水蓄能電站智能作業(yè)安全管控系統(tǒng)已成功應(yīng)用于深圳抽水蓄能電站。深圳抽水蓄能電站于2018年全面投入運(yùn)行，運(yùn)行主要采用分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(CSCS)，分為現(xiàn)地控制層、中控層和調(diào)度層。該電站按國際先進(jìn)水平進(jìn)行設(shè)計(jì)、建設(shè)，符合ISO/IEC 7498—IEEE/ANSI 802國際開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，按“無人值班”原則進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。

結(jié)合深圳抽水蓄能電站安全生產(chǎn)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)綜合應(yīng)用云存儲、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)信息處理、泛在物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感器、移動應(yīng)用等先進(jìn)技術(shù)手段，為電站建立了一個平臺化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的智能作業(yè)安全系統(tǒng)平臺。本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了深圳抽水蓄能電站作業(yè)過程的主動性、預(yù)防性、全過程閉環(huán)管控，很好地支撐了電站的“無人值班要求”，取得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

5 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)建立了一個平臺化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的智能作業(yè)安全管控系統(tǒng)平臺，通過技術(shù)手段將抽水蓄能電站運(yùn)維作業(yè)中的兩票管理、臨時接地線管理、安全工器具管理、二次壓板管理等各個環(huán)節(jié)納入該系統(tǒng)進(jìn)行管控，并將該系統(tǒng)成功應(yīng)用于深圳抽水蓄能電站，實(shí)現(xiàn)了深圳抽水蓄能電站運(yùn)維工作的智能化，保證了該電站常規(guī)作業(yè)安全。應(yīng)用效果表明，該系統(tǒng)能有效提高工作效率、降低運(yùn)行成本及運(yùn)維作業(yè)安全風(fēng)險，為供電安全提供保障。