雷曉斌 LEI Xiao-bin；韓勇 HAN Yong

（五凌電力有限公司，長沙 410000）

0 引言

研究人員基于“系統(tǒng)化”、“標準化”、“規(guī)范化”原則，針對電力系統(tǒng)運行特點，構(gòu)建QHSE 監(jiān)督管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)監(jiān)督系統(tǒng)的信息化升級。具體實踐中，研究人員對電力系統(tǒng)安全性評價指標進行深入分析，利用層次分析法確定每一項指標的權(quán)重，創(chuàng)建安全管理總體評價指標，基于該指標實現(xiàn)QHSE 監(jiān)管系統(tǒng)與電廠各個運行模塊的有效融合。

1 電力系統(tǒng)安全評價管理指標的建立

1.1 安全性評價指標分析

1.1.1 事故指標 該指標是根據(jù)電力系統(tǒng)在一定時間內(nèi)經(jīng)常發(fā)生的事故次數(shù)，來評價系統(tǒng)安全狀況的一種方式。電力系統(tǒng)安全狀況可以通過各種方法進行評估，例如產(chǎn)業(yè)、事故類型、傷亡人數(shù)、經(jīng)濟損失等，綜合多種評估指標判斷電力系統(tǒng)是否安全。這些指標都是從安全角度出發(fā)的，但是某一項單獨的指標往往不能全面反映電力系統(tǒng)安全水平以及潛在危險性。由于一些電力系統(tǒng)事故具有偶然性，因此單獨使用事故指標，無法反映電力系統(tǒng)的弱點，導致很多潛在的安全隱患長期存在。

1.1.2 過程指標 過程指標又可稱之為隱患指標，其主要特點是對系統(tǒng)、設備、人工、環(huán)境等因素進行系統(tǒng)性評估。通常情況下，過程指標不需要考慮系統(tǒng)是否存在安全隱患，只要考慮組成該系統(tǒng)的各種因素，以及各因素間的關(guān)系是否符合安全性要求，并將其作為衡量系統(tǒng)整體安全狀況的基礎(chǔ)。由于該指標具有較強的模糊性和隨機性，因此其應用范圍十分廣泛[1]。基于過程指標評估電力系統(tǒng)的安全性，能夠全面、系統(tǒng)地找出電力系統(tǒng)潛在的危險隱患，對大型系統(tǒng)進行安全評價具有一定的適用性。因此，在本次研究中，相關(guān)工作人員針對發(fā)電廠電力系統(tǒng)安全評估問題，引入過程指標，利用過程指標實現(xiàn)對于發(fā)電廠電力系統(tǒng)安全風險的有效監(jiān)督與管控。

1.2 層次分析法

層次分析法的作用是對目標問題進行細化拆解，將龐大的問題拆分為若干個子問題。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)各個子問題之間的關(guān)聯(lián)以及重要程度，按照一定的屬性將子問題劃歸至不同的組別，通過這種方式形成由多個層次組別共同組成的問題分析路徑。該模式下，處于相同層級與組別的元素擁有相同的運行準則，并與下一層元素形成“支配-被支配”關(guān)系，同時還會受到上層元素的影響，進而形成具有依次遞進關(guān)系的支配體系[2]。從微觀層面來看，該框架中最上層是總分析目標，中間層則為準則層，而基層就是具體的行動方案。

1.3 電力系統(tǒng)安全管理總體評價指標

基于層次分析法構(gòu)建發(fā)電廠電力系統(tǒng)安全監(jiān)督管理體系，通過這種方式將復雜的電力系統(tǒng)安全管理問題逐層分解。本次研究中，相關(guān)工作人員將發(fā)電廠電力系統(tǒng)安全評估管理體系分解為三個層次。①目標層。通過分析電力系統(tǒng)以往故障，研究人員將故障原因分為“人工”、“設備”、“管理”、“文化”、“環(huán)境”五個主要元素，并針對每一個目標問題進行細化分解。②準則層。該層屬于判斷電力系統(tǒng)安全影響因素的一級指標，基于電力系統(tǒng)安全事故原因，將其分為“人為因素”、“管理因素”、“環(huán)境”因素等。③方案層。該層級為具體操作單元，根據(jù)一級指標類型，對安全事故因素進行細化分解。例如在分析“人為因素”一級指標時，對該指標進行細化分析，形成“領(lǐng)導因素”、“基層員工因素”、“第三方因素”、“管理人員因素”等二級指標?；趯哟畏治鼋Y(jié)構(gòu)，對發(fā)電廠電力系統(tǒng)事故原因進行拆分，為QHSE 監(jiān)管信息系統(tǒng)的設計與應用提供理論框架。

1.4 電力系統(tǒng)安全管理綜合評價

基于層次分析法，研究人員嘗試建立獨自構(gòu)造矩陣，根據(jù)專家的工作經(jīng)驗以及反復的實驗論證，分析各種影響因素之間的重要程度關(guān)系，并對每一項影響因素進行賦值。完成賦值之后，對每一個因素所對應的判斷矩陣進行平均化處理，最終得到判斷矩陣A。

公式（1）中，i 與j 均為影響電力系統(tǒng)安全的某種要素，若想要矩陣A 成立，需要滿足三個條件：①aij＞0，②aii=1，③

基于矩陣A，研究人員可以直觀比較各種因素的權(quán)重高低，并對該矩陣中的每一個數(shù)列進行正規(guī)化處理。

對所有元素進行正規(guī)化處理之后，對矩陣每一行相加匯總：

最后得出該指標權(quán)重影響向量wi并計算該矩陣最大特征值：

基于矩陣中每一項元素的最大特征值，對權(quán)重影響向量進行一致性檢測，通過計算得到最終結(jié)果。

2 QHSE 監(jiān)管信息系統(tǒng)設計方案

2.1 QHSE 監(jiān)管信息系統(tǒng)底層技術(shù)

研究人員通過對電力企業(yè)信息化建設中存在的問題進行深入分析，嘗試構(gòu)建一套以信息技術(shù)為支撐，全面覆蓋企業(yè)所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以J2EE 架構(gòu)為基礎(chǔ)，在該框架內(nèi)集成了先進的安全防范和應急處理技術(shù)[3]。該框架全面支持Enterprise JavaBeans 標準，將分布式系統(tǒng)架構(gòu)中的組件封裝成一組相互獨立的構(gòu)件，并在這些構(gòu)件之間建立松耦合關(guān)系。該系統(tǒng)不僅能夠令發(fā)電廠管理者建立并維護電力系統(tǒng)安全監(jiān)管系統(tǒng)，還能令用戶使用靈活而易于擴展的方法，構(gòu)建適合于自身需求的分布式系統(tǒng)（如圖1 所示）。

圖1 基于J2EE 平臺QHSE 監(jiān)管信息系統(tǒng)框架

2.2 統(tǒng)一平臺引擎方案

2.2.1 門戶管理平臺權(quán)限體系設計 從總體上看，維護權(quán)限與使用權(quán)限是完全獨立的，確保系統(tǒng)維護人員在其合理權(quán)限內(nèi)履行維護職責；底層數(shù)據(jù)庫則是企業(yè)信息系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不論維護權(quán)限還是使用權(quán)限，均由組織人員、管理人員等多個權(quán)限部門給予。

在維護權(quán)限方面，每一個門戶都要求具有單獨的維護權(quán)限，不同門戶可交給不同職權(quán)的工作人員負責維護，并且門戶中不同的Portlet 也可以由不同人員進行維護，為確保各單元模塊均有相應負責人進行維護，通過這種方式降低系統(tǒng)管理員負擔，確保展示內(nèi)容準確。

在使用權(quán)限方面，每一個門戶擁有單獨的共享權(quán)限，不同門戶可以根據(jù)部門需求設置不同資源共享邊界，不同的Portlet 由不同的人員進行查看，在相同的Portlet 里，不同組織角色的人所見到的東西也各不相同[4]。

2.2.2 事件集成與消息服務 在Portal 中，消息與事件集成服務的主要功能是對企業(yè)業(yè)務事件生成、轉(zhuǎn)化、發(fā)布等操作進行管控。事件響應體系通過提供靈活而有效的系統(tǒng)架構(gòu)，支持復雜且動態(tài)的應用部署。事件觸發(fā)系統(tǒng)的架構(gòu)主要負責高伸縮性的成功提交、預測用戶負載等問題的處理，而事件集成系統(tǒng)的建設，令該系統(tǒng)實現(xiàn)了對不同類型應用進行靈活定制的能力。此外，該系統(tǒng)還內(nèi)置了一個可配置的事件觸發(fā)體系，通過該體系實現(xiàn)對不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互過程的監(jiān)督與管理。同時，系統(tǒng)消息可以由外部應用程序或系統(tǒng)直接從數(shù)據(jù)庫中提取并保存，確保各業(yè)務單位及IT 組織能夠?qū)⑿滦畔⒄铣勺约合胍膶Ｓ眯畔⑾到y(tǒng)。

2.2.3 統(tǒng)一工作流引擎 實現(xiàn)各種企業(yè)資源（事件、應用和數(shù)據(jù)）的整合，并不能完全實現(xiàn)對于電力系統(tǒng)的安全管控，其原因在于企業(yè)中所有信息都是由不同的系統(tǒng)產(chǎn)生并存儲在相同的存儲器中。集成的數(shù)據(jù)在與企業(yè)其他信息組合之前，未表現(xiàn)出其特點。因此，研究人員嘗試通過統(tǒng)一工作流引擎的方式解決這一問題。本次研究中，工作人員引入Portal 系統(tǒng)，為處理工作流提供強大而靈活的引擎，將正確的數(shù)據(jù)與業(yè)務流程恰當?shù)卣系揭黄餥5]。確保QHSE 門戶使用統(tǒng)一的工作流引擎來處理流程，該工作流處理引擎能夠訪問門戶可使用的任何應用程序和數(shù)據(jù)資源，豐富管理信息。

3 QHSE 監(jiān)管信息系統(tǒng)實際應用

3.1 項目簡介

黔東火電廠位于貴州省黔東南州鎮(zhèn)遠縣，該發(fā)電廠一期工程建設了兩座600MW 亞臨界值汽輪發(fā)電機，并引入德國LEE 脫硫技術(shù)建設煙氣脫硫裝置。研究人員結(jié)合黔東火電廠安全生產(chǎn)任務細節(jié)，嘗試利用QHSE 監(jiān)管信息系統(tǒng)對該企業(yè)安全生產(chǎn)中出現(xiàn)的各類不安全因素進行有效處理?；谖锫?lián)網(wǎng)以及云計算平臺，實現(xiàn)對于電力系統(tǒng)運行安全的實時監(jiān)督與管控。本次研究中，工作人員主要利用QHSE 監(jiān)管信息系統(tǒng)，為黔東火電廠建設物聯(lián)感知前端系統(tǒng)以及智能數(shù)據(jù)平臺。

3.2 物聯(lián)感知前端系統(tǒng)設計

3.2.1 廠區(qū)車輛超速系統(tǒng) 研究人員在黔東火電廠的廠區(qū)安裝了一套超速行為控制裝置，并搭配使用雷達視頻一體機裝置。電廠內(nèi)車輛限速為20km/h，禁止使用燃油助力車、摩托車等非公路機動車從事運輸業(yè)務，車輛正常運行時不允許超車。電廠卡口測速系統(tǒng)在雷達視頻一體機輔助下，完成對廠區(qū)主干道上出入車輛車牌、車標、車身顏色和其他結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的抓拍以及雷達測速，解決了工作人員在海量視頻面前尋找目標速度慢的問題。為進一步提升測速效率，工作人員為物聯(lián)系統(tǒng)設計了雙基色LED 顯示屏，先顯示超速等車輛通行速度，再顯示出超速字樣，并向數(shù)據(jù)中心發(fā)送報警信息并自動記錄。

3.2.2 明火監(jiān)測 本次設計中，研究人員使用熱成像在線測溫技術(shù)，通過非接觸的方式實現(xiàn)了對于電廠運行設備以及電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，一旦某組件出現(xiàn)過熱現(xiàn)象或者溫度的異常變化，該系統(tǒng)會立刻鎖定故障位置并發(fā)出警報。此項技術(shù)主要用于電纜夾層測溫、燃燒平臺測溫以及溫度超限監(jiān)測等方面。為提高明火監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏性，研究人員將傳統(tǒng)的熱感監(jiān)測攝像頭替換為熱像儀，該設備不僅具有熱成像功能，還配備了一般攝像裝置的光學鏡頭以及圖像處理模塊，通過這種方式實現(xiàn)對于重點監(jiān)測對象表面溫度的實時探測與成像。

3.3 電廠層智能數(shù)據(jù)平臺設計

3.3.1 軟件設計 系統(tǒng)管理方面，該軟件支持廠區(qū)內(nèi)車輛、員工、組織、認證等系統(tǒng)的配置與管理。將事件聯(lián)動、門禁管理、緊急報警、圖像監(jiān)控等系統(tǒng)匯集于電廠層智能數(shù)據(jù)平臺之中。其中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括在線監(jiān)測以及設備在線測溫兩個部分。前者主要負責對廠區(qū)內(nèi)重要區(qū)域，以及電氣設備進行在線測溫與狀態(tài)監(jiān)控；后者主要任務是分析各組件溫度趨勢，以及接收、上報溫度異常數(shù)據(jù)。

3.3.2 硬件配置 該系統(tǒng)CPU 采用Intel 至強系列處理器，主頻≥2.2GHz，配備PCIE 拓展卡槽以及兩個千兆網(wǎng)絡端口。在數(shù)據(jù)存儲方面，研究人員先計算單位時間內(nèi)所有路數(shù)儲存總空間，將總路數(shù)與每條線路數(shù)據(jù)理由大小相乘，將結(jié)果與總儲存時間相乘，即可以推算出在系統(tǒng)儲存總空間容量。其計算公式為：單路視頻數(shù)據(jù)實時儲存容量（GB）=[視頻碼流大?。∕b）×60s×60min×24h×儲存天數(shù)/8]/1024。

若采用H.264 算法對單路視頻數(shù)據(jù)進行編碼，依據(jù)D1/720p、1080p 三種分辨率，分別計算其儲存容量（詳見表1）。

表1 存儲空間需求表

3.3.3 智能視頻分析 本次研究中，工作人員使用Faster RCNN 模型，用核心主體的方式搭建系統(tǒng)，該模型使用兩階段架構(gòu)分析視頻并提取視頻特征，網(wǎng)絡層采用ROI池化處理，將不同尺寸輸入圖像數(shù)據(jù)映射為固定尺度特征向量。在提取特征時，利用了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)，在ROI池化層將各候選區(qū)域劃分為M×N 個區(qū)塊，給每一塊進行max pooling 轉(zhuǎn)化。若沒有發(fā)現(xiàn)合適的對象，則返回該位置重新劃分網(wǎng)格，直到有足夠多的合適對象出現(xiàn)為止。在此基礎(chǔ)上，將特征圖中大、小候選區(qū)域變成大、小統(tǒng)一數(shù)據(jù)輸入下層。當輸入的圖片大小不一時，系統(tǒng)也能得到尺寸相同的feature map。

4 結(jié)語

QHSE 智能監(jiān)管系統(tǒng)作為一套完整的企業(yè)智能監(jiān)管系統(tǒng)，在處理發(fā)電廠電力系統(tǒng)安全問題方面發(fā)揮了重要作用。研究人員基于電力系統(tǒng)安全評價管理指標，實現(xiàn)QHSE 智能監(jiān)管系統(tǒng)與發(fā)電廠電力系統(tǒng)的有效融合，圍繞J2EE 平臺搭建QHSE 監(jiān)管信息系統(tǒng)框架，并設計統(tǒng)一平臺引擎方案，通過這種方式實現(xiàn)對于發(fā)電廠電力系統(tǒng)組件運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，提高廠區(qū)內(nèi)明火監(jiān)測效率，為保障發(fā)電廠電力系統(tǒng)安全運行提供技術(shù)支持。