裴險峰,王敬啟,李偉,馮蓓蓓,張揚
國能寧夏鴛鴦湖第一發(fā)電有限公司,寧夏靈武,751400
電力資源作為日常生活、工作中不可或缺的基礎(chǔ)資源,電力設(shè)施的發(fā)展對于國家經(jīng)濟建設(shè)有著非常重要的推動作用。我國目前正處于經(jīng)濟快速發(fā)展的階段,城市化進程不斷加快,用電需求量與日俱增,這些都給電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性提出了新的挑戰(zhàn)。電網(wǎng)系統(tǒng)中設(shè)備眾多,自動化程度高,不同設(shè)備之間聯(lián)系密切,復(fù)雜的工況環(huán)境給電廠工作帶來了一定的危險性。在電力生產(chǎn)過程中,電力設(shè)備會受到多種因素的影響而出現(xiàn)故障和事故,大多數(shù)事故產(chǎn)生的原因都是由于違反操作規(guī)程,給電廠帶來重大的損失[1]。為了避免故障造成損失,需要定期安排巡檢,做好應(yīng)急預(yù)案。傳統(tǒng)巡檢方式主要依賴于人工操作,隨著電網(wǎng)系統(tǒng)復(fù)雜程度的提升,巡檢工作強度和難度增加,電網(wǎng)系統(tǒng)安全隱患排查只能憑借巡檢人員的個人經(jīng)驗,巡檢人員的經(jīng)驗和知識積累的水平存在較大差異。因此,會對電廠工況的巡檢效果造成干擾。傳統(tǒng)的人工巡檢難以使用量化的指標進行監(jiān)督和考核,無法進行系統(tǒng)化管理,電網(wǎng)運行的可靠性和穩(wěn)定性無法得到有效保障。在電網(wǎng)智能化發(fā)展的過程中,利用計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、傳感器技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以極大地提升信息采集和處理效率,有序合理地處理大量復(fù)雜信息,提升電廠巡檢效率。應(yīng)用計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)對電廠運行工作狀況的監(jiān)測,現(xiàn)場工作人員從過去的現(xiàn)場巡視,轉(zhuǎn)變?yōu)樵诳刂剖疫M行監(jiān)測和控制,計算機替代了大量的人工操作,不僅可以減小人們的勞動強度,而且可以優(yōu)化人力配置,甚至可以實現(xiàn)無人值班等自動化管理,最大限度地提升電力企業(yè)的經(jīng)濟效益。
電廠是提供電能的主要場所,包括將不同形式的原始能轉(zhuǎn)化為電能并進行輸送。我國目前正處于快速發(fā)展階段,工業(yè)化的發(fā)展和城市化建設(shè)過程中,對于電能的依賴程度也越來越高。因此,確保電力資源的安全、可靠供應(yīng)是國家進步、社會和諧穩(wěn)定的重要基礎(chǔ),也是電力工作者關(guān)注的焦點。電廠運行工作中,各種大型的發(fā)電設(shè)備和電能輸送設(shè)備的工況是影響電網(wǎng)運行安全性的重要因素。傳統(tǒng)的電廠運行設(shè)備安全管理主要依靠人工巡檢,但是伴隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大,發(fā)電設(shè)備日趨復(fù)雜,傳統(tǒng)人工巡檢的方法在時效性和準確度方面都顯現(xiàn)出了嚴重的不足,潛在的安全風(fēng)險無法及時有效地進行排查,導(dǎo)致電廠設(shè)備運行過程中出現(xiàn)各種事故,嚴重阻礙了電廠的安全生產(chǎn)。在國家經(jīng)濟快速發(fā)展的大背景下,電廠運行工作安全管理的重要性突出,不僅關(guān)系著電力企業(yè)自身的發(fā)展,更影響著每一個人的切身利益,下面對電廠運行工作安全管理發(fā)展現(xiàn)狀進行簡要分析。
電廠系統(tǒng)復(fù)雜繁多,在規(guī)劃過程中沒有進行有效的統(tǒng)一整合,控制器模塊、數(shù)據(jù)接口多樣化,并且規(guī)格和通信協(xié)議無法統(tǒng)一,難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸不通暢,無法實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)信息的實時采集和更新。對于數(shù)據(jù)資源缺乏深度挖掘,數(shù)據(jù)整體利用水平較低,難以將數(shù)據(jù)分析結(jié)果及時地反饋給控制室,削弱了數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計、分析的應(yīng)用價值[2]。
在電網(wǎng)智能化建設(shè)過程中,現(xiàn)有的電廠運行工作安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的使用效果并不理想,功能不完善,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍較小,系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)接口不統(tǒng)一,信息傳輸?shù)臅r效性和準確性難以保證。不同業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)自行確定傳輸格式,底層傳輸軟件不統(tǒng)一,業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)之間的交流受阻。
電廠運行工作安全管理內(nèi)容復(fù)雜繁瑣,涉及設(shè)備檢修、變電運行和調(diào)度等多個專業(yè),對于從事電廠運行工作安全管理人員來說具有較高的專業(yè)性要求,不僅需要熟悉和掌握計算機監(jiān)控系統(tǒng)知識,還需要熟悉和掌握電廠運行工作安全管理的重點和相關(guān)注意事項。由于我國電網(wǎng)智能化建設(shè)仍處于發(fā)展階段,對于人才的需求量較大,一旦現(xiàn)場管理人員的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)存在偏差,將直接影響電廠運行工作安全管理的效果。
隨著電網(wǎng)系統(tǒng)智能化程度的不斷提升,電力需求量與日俱增,電廠運行工作的穩(wěn)定性和安全性成為人們關(guān)注的焦點。電廠設(shè)備巡檢工作是確保電網(wǎng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵,尤其是在我國經(jīng)濟快速發(fā)展的今天,電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有非常重要的意義。電廠運行工作安全監(jiān)控平臺是實現(xiàn)電網(wǎng)智能化管理的核心環(huán)節(jié),安全監(jiān)控平臺設(shè)計的主要目的是提高電廠運行的安全性和可靠性,減輕人工巡檢的勞動強度,提升實時檢測的效率,為電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定提供保障。電廠運行工作安全監(jiān)控預(yù)警平臺采用模塊化設(shè)計,不同的計算容量、規(guī)??梢愿鶕?jù)功能進行調(diào)整,抗干擾能力和可靠性更強,某一個模塊出現(xiàn)故障,系統(tǒng)其他部分仍然可以正常工作。與此同時,分布式模塊化設(shè)計對信息傳輸?shù)囊筝^低,減少了大量信息傳輸給控制中心造成的數(shù)據(jù)處理壓力,提高了系統(tǒng)運行的可靠性[3]。通過數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)集中式的數(shù)據(jù)存儲,把經(jīng)過清洗后的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進行存儲和管理。在此基礎(chǔ)上,通過大數(shù)據(jù)服務(wù)組件,對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行在線分析、歸類、整理、統(tǒng)計、展示。采用Spring Cloud微服務(wù)框架,建立抽象、松散耦合和粗粒度的軟件服務(wù)組件,每個組件獨立部署,擁有自己的運行空間,組件之間通過RESTAPI方式進行調(diào)用,可以最大程度保證平臺的靈活性和擴展性。在應(yīng)用層面,與任務(wù)終端系統(tǒng)、掌上辦公系統(tǒng)鏈接,實現(xiàn)信息交互,從而使平臺具有即插即用、靈活擴展的特性。在展現(xiàn)層,以平臺作為系統(tǒng)的統(tǒng)一門戶,所有與系統(tǒng)相關(guān)的信息都可以在平臺上信息交互。安全監(jiān)管人員通過監(jiān)控中心對作業(yè)現(xiàn)場和企業(yè)安全管理總體狀況進行實時監(jiān)控。
電廠不安全行為包括人、機、環(huán)境三部分,具體包括人的不安全行為、設(shè)備的不安全狀態(tài)以及突發(fā)環(huán)境因素。在電廠運行過程中人的不安全行為是造成電廠安全生產(chǎn)事故的主要原因。由于現(xiàn)場工作人員的不規(guī)范操作引發(fā)的安全事故,會造成電力生產(chǎn)中斷,嚴重時還會危及人員生命。人員的不安全行為主要包括忽視安全、錯誤操作、人為造成安全設(shè)備失效、使用不安全設(shè)備、物體存放不當、徒手代替機械操作、進入危險區(qū)域、干擾和分散注意力行為、忽視個人安全防護、接觸易燃易爆物品等。因此,確保工作人員嚴格按照規(guī)范操作是電廠安全運行的重要內(nèi)容[4]。
電廠運行工作安全監(jiān)控管理平臺借助傳感器、儀表、儀器、探測設(shè)備迅速采集電廠運行環(huán)境中存在的危險因素、有毒有害物質(zhì)、不安全危害程度、影響范圍及變化,對電廠設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測,對工人操作規(guī)范進行監(jiān)督,提供可靠準確的數(shù)據(jù)信息,改善電廠工作的環(huán)境,改善生產(chǎn)工藝過程,降低人為操作或者設(shè)備故障導(dǎo)致的事故。電廠運行工作安全監(jiān)控平臺可以對監(jiān)測對象進行實時監(jiān)測和遠程控制,對危險源的可控制性進行分析后,選擇相應(yīng)的危險源從事故臨界狀態(tài)修復(fù)到安全狀態(tài),實現(xiàn)過程控制、安全狀態(tài)信息監(jiān)測、應(yīng)急控制、故障診斷、專家決策等功能。
此外,電廠運行工作安全監(jiān)控管理平臺支持同時開展多個作業(yè)現(xiàn)場風(fēng)險實時可視化的安全管控系統(tǒng):利用負責人佩戴智能終端設(shè)備,實現(xiàn)公司分散的每個作業(yè)現(xiàn)場的精準位置、現(xiàn)場視頻、作業(yè)風(fēng)險、安全交底、安全措施及監(jiān)護人員位置、軌跡等情況,實時傳輸至公司的云端安全風(fēng)險管控系統(tǒng),系統(tǒng)對各個作業(yè)現(xiàn)場實現(xiàn)遠程監(jiān)督、遠程喊話、高級指揮、強插、強聽、錄音、召開臨時會議、發(fā)布即時信息、遠程開啟和關(guān)閉終端錄像、拍照、數(shù)據(jù)存儲、用戶管理的功能,實現(xiàn)公司、檢修作業(yè)現(xiàn)場兩級的信息交互、作業(yè)管控、風(fēng)險監(jiān)督、遠程指揮、過程存證、事后追溯等功能[5]。
電廠運行工作安全監(jiān)控平臺根據(jù)電廠運行過程中人、設(shè)備、環(huán)境中提取的不安全行為特征,再結(jié)合安全行為標準數(shù)據(jù)庫對采集到的行為特征進行處理,判斷是否為不安全行為,利用SVM、xgBoost等機器學(xué)習(xí)算法建立模型,對未標注圖像所提取的特征進行分類標簽化,將采集到的各種特征按照不同類型劃分至各自特征類中,將電廠運行工作中不安全行為所提取的特征數(shù)據(jù)存儲至不安全行為特征庫中,以為后續(xù)行為識別使用。電廠運行工作不安全特征庫建立流程圖如圖1所示。
圖1 電廠運行工作不安全行為特征庫
電廠運行工作安全監(jiān)控平臺具有網(wǎng)絡(luò)集成化和功能多樣化的特點,該平臺可以將電廠監(jiān)控對象劃分為若干子系統(tǒng),每個子系統(tǒng)由相應(yīng)的監(jiān)控模塊實行監(jiān)控,所有監(jiān)控系統(tǒng)都與控制中心保持通信,形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)對電廠運行工作狀態(tài)的全方位監(jiān)控。監(jiān)控平臺功能多樣化,包括監(jiān)測環(huán)境安全參數(shù)和設(shè)備的啟停狀態(tài)、火災(zāi)監(jiān)測預(yù)報、水災(zāi)監(jiān)測預(yù)報、電壓監(jiān)測預(yù)報等功能??刂浦行目梢愿鶕?jù)現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)采集結(jié)果,按照一定的預(yù)測模型進行預(yù)測計算,根據(jù)計算結(jié)果發(fā)出控制指令,實現(xiàn)對電廠運行工作中突發(fā)事故及發(fā)生時間、地點的定位和報警?,F(xiàn)場傳感器可以進行故障診斷、校準、調(diào)零,配置標準遠程接口,統(tǒng)一傳感器的輸出信號,提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性[6]。
電廠生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜,電力設(shè)備眾多,人員操作造成的安全隱患較多,這些隱患一旦沒有及時處理,不僅會對員工人身安全造成嚴重的威脅,而且還會造成嚴重的生產(chǎn)事故。因此,規(guī)范員工操作,減少不安全因素對電力生產(chǎn)造成的影響是十分必要的。電廠運行工作安全監(jiān)控平臺負責對電力生產(chǎn)指標、設(shè)備負荷、發(fā)電量、燃料消耗等指標信息進行采集、數(shù)據(jù)傳輸、無線通信,通過控制室實現(xiàn)遠程控制。電廠運行工作安全監(jiān)控平臺基于便攜式移動終端,操作簡單,擴展性高,提高了電廠運行工作的可靠性和穩(wěn)定性,方便電廠運行管理人員在設(shè)備巡檢過程中實時上傳并獲取現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)。
為提高電廠安全管理水平,提供安全監(jiān)督的抓手,重點應(yīng)加強對分散的作業(yè)現(xiàn)場實施統(tǒng)一的、實時的、有效的監(jiān)督,本項目基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和成熟的移動終端設(shè)備,給每個作業(yè)現(xiàn)場的負責人佩戴工作記錄儀系統(tǒng),利用記錄儀系統(tǒng)自帶的語音、視頻、位置、即時消息、存證管理、錄音等功能,將分散的每個作業(yè)現(xiàn)場的信息,實時傳輸至控制中心。電廠運行工作安全監(jiān)控平臺在設(shè)計過程中需要滿足實際工作中的功能需求,充分考慮操作人員的使用習(xí)慣。電廠運行工作監(jiān)控平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要可擴展,便于優(yōu)化升級。系統(tǒng)要留有后續(xù)電廠投運后加入管理的接口,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。電廠運行工作安全監(jiān)控平臺在實際應(yīng)用過程中,要求設(shè)備管理方面盡量使用現(xiàn)有綜合管理平臺,節(jié)約成本。在現(xiàn)代化技術(shù)的幫助下,借助傳感器技術(shù)和無線傳輸技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工巡檢,確保電廠安全生產(chǎn)。電廠運行工作安全監(jiān)控平臺能夠準確迅速地監(jiān)測電廠內(nèi)各個設(shè)備的運行狀態(tài)參數(shù),還能夠反映電廠設(shè)備的不正常狀態(tài),對安全隱患進行有效預(yù)判,及時采取有效的應(yīng)對措施降低事故發(fā)生的概率。
綜上所述,安全生產(chǎn)是電力企業(yè)最根本的任務(wù),隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展,電力需求量不斷增加,電廠規(guī)模進一步擴大,裝機容量和電網(wǎng)覆蓋面積越來越大,電廠運行工作安全管理面臨嚴峻考驗。在電網(wǎng)智能化發(fā)展的過程中,計算機技術(shù)、無線傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)傳感器技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了電廠運行的高效管理,設(shè)計研發(fā)智能化的員工不安全行為識別及預(yù)警系統(tǒng),能降低人工管理勞動強度,提升電廠智能化管理水平。