王鳳羽

（朝陽(yáng)市雙塔區(qū)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 朝陽(yáng) 122000）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，信息技術(shù)也經(jīng)歷了一個(gè)全新的演變,信息技術(shù)可以用來(lái)集中管理水電站的運(yùn)行。水電站運(yùn)行效率明顯提高。然而，在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在安全風(fēng)險(xiǎn)。需要對(duì)水電站集中管理系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析并及時(shí)消除，以免影響水電站的正常運(yùn)行。近年來(lái)，中國(guó)的水電開(kāi)發(fā)模式一直在向集中式水電群管理模式發(fā)展，單級(jí)域梯級(jí)水電群和跨界水電群都可以在中心位置進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)度，與傳統(tǒng)的水電控制模式相比，集中控制模式：①節(jié)省了人力資源，降低了水電站的運(yùn)行和管理成本；②將一些工作人員從偏遠(yuǎn)地區(qū)遷移到城市地區(qū)，確保集中合作；③提高水資源利用率，增加電力生產(chǎn)，同時(shí) 可以以合理的方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。

在水電領(lǐng)域，由于水電站具有發(fā)電和灌溉等功能，所以集群管理模式的應(yīng)用仍然存在著安全風(fēng)險(xiǎn)，其安全運(yùn)行存在著一些操作障礙,因此需要對(duì)水電站管理集控過(guò)程的安全水平進(jìn)行評(píng)估。水電站集控安全管理主要包括兩個(gè)方面：①水電站集中管理的重要內(nèi)容是電力的輸送和調(diào)度，要做好電站的管理和控制，及時(shí)開(kāi)展業(yè)務(wù)交流活動(dòng)，加強(qiáng)對(duì)電站的管理和監(jiān)督，同時(shí)，開(kāi)展相應(yīng)的維修和保養(yǎng)活動(dòng)。②輸水，主要負(fù)責(zé)根據(jù)上游具體水情測(cè)報(bào)等工作，收集匯總大壩上游的水位信息，根據(jù)水電站的集控指令發(fā)布電廠的具體指令，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。本文結(jié)合PSR 模型和多年的應(yīng)用研究，采用二元語(yǔ)義組對(duì)水電站群管理進(jìn)行評(píng)價(jià)，減少在評(píng)估各種指標(biāo)時(shí)信息的缺失。

2 模型原理

2.1 PSR 模型

PSR 模型已被廣泛用于生態(tài)評(píng)估,并成為環(huán)境評(píng)估的常用數(shù)學(xué)方法，它反映了人類(lèi)活動(dòng)和系統(tǒng)之間的相互關(guān)系[1]，因此，通常用于評(píng)估生產(chǎn)系統(tǒng)。PSR 模型框架如圖1 所示。

圖1 PSR 模型

PSR 模型可以分析更復(fù)雜的評(píng)估系統(tǒng)，同時(shí)考慮到人類(lèi)活動(dòng)和系統(tǒng)之間的關(guān)系，也就是說(shuō)，它提供了更多關(guān)于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)系統(tǒng)環(huán)境干擾的直接信息，為了確保評(píng)估的準(zhǔn)確性，用狀態(tài)的變化來(lái)觸發(fā)系統(tǒng)的反應(yīng)。

2.2 二元語(yǔ)義群評(píng)估原理

使用語(yǔ)言學(xué)評(píng)價(jià)信息方法對(duì)于解決群體決策評(píng)價(jià)信息的不確定性和缺乏聚合性是必要的。如：①將信息轉(zhuǎn)化為模糊數(shù)，然后利用擴(kuò)展原理進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證；②根據(jù)信息的類(lèi)型和順序?qū)渥臃?hào)進(jìn)行處理，以有效減輕信息損失。在該評(píng)價(jià)中，評(píng)價(jià)專家的信息以（Sk，ak）集合表示，其中Sk為語(yǔ)言學(xué)評(píng)價(jià)集S的第k 個(gè)元素。ak是一個(gè)符號(hào)轉(zhuǎn)移值，代表與實(shí)際評(píng)價(jià)的Sk差異，且ak∈[-0.6,0.6]。

定義一個(gè)函數(shù)q，將語(yǔ)言表達(dá)Sk∈S轉(zhuǎn)換為二元語(yǔ)義：如果q（Sk）=（Sk，0），則S=｛S0，S1，…，ST｝是語(yǔ)言評(píng)價(jià)的集合，T 是評(píng)價(jià)短語(yǔ)的數(shù)量，0

round 是一個(gè)取整數(shù)，根據(jù)四舍五入確定k的值。

上述分析表明，這兩個(gè)特征都可以提供評(píng)價(jià)的二元語(yǔ)義的信息,此外，給定｛（S1，a1），（S2，a2），…，（Sn，an）｝一組二元評(píng)價(jià)信息，其中n 是評(píng)價(jià)信息的數(shù)量，平均算子如下：

此外，｛（S1，a1），（S2，a2），…，（Sn，an）｝為二元語(yǔ)義，w=｛（w1，g1），（w2，g2），…，（wn，gn）｝是其對(duì)應(yīng)的權(quán)重，二元語(yǔ)義加權(quán)平均值可計(jì)算如下：

其中ωi是描述權(quán)重的評(píng)價(jià)語(yǔ)；gi為實(shí)際值與權(quán)重評(píng)估語(yǔ)之差。

3 模型應(yīng)用實(shí)例

3.1 實(shí)例概況

某水電集團(tuán)有3 個(gè)水電站，總?cè)萘繛?50 萬(wàn)kW·h。該集團(tuán)位于一個(gè)偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通十分不方便，工人面臨著諸多的安全隱患[2]。根據(jù)二元語(yǔ)義法[3]可知,對(duì)水電集團(tuán)引入集中管理將提高公司的整體運(yùn)營(yíng)效率，包括增加發(fā)電量和減少人力資源。因此，建立水電站的集中管理將實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作和管理的目標(biāo)。由于對(duì)一組水電站實(shí)施集中管理制度的復(fù)雜性以及人員大幅減少對(duì)水電站安全運(yùn)行的影響，有必要對(duì)該組水電站的集中管理進(jìn)行客觀的安全評(píng)估。

3.2 建立評(píng)估指標(biāo)體系

水電站集控后并不會(huì)直接對(duì)周?chē)淖匀画h(huán)境產(chǎn)生影響，而是對(duì)原有的水力發(fā)電安全保障系統(tǒng)產(chǎn)生了壓力，特別是在以下方面：①如果值班人員少，就容易發(fā)生設(shè)備故障，如果因人員不足而不能及時(shí)完成事故預(yù)防，就可能發(fā)生重大經(jīng)濟(jì)損失；②實(shí)施集中管理制度后，在用新設(shè)備替換發(fā)電或供水設(shè)備時(shí)，工作人員很難立即了解新設(shè)備的操作注意事項(xiàng)和安全措施；③安全管理比傳統(tǒng)的安全系統(tǒng)更復(fù)雜，涉及一系列的應(yīng)急服務(wù)，因此更容易出現(xiàn)管理不善的情況。一般來(lái)說(shuō)，評(píng)估水電站的安全是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)，因此本研究在綜合PSR 模型的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了一個(gè)評(píng)估水電站管理安全的度量框架，如圖2 所示。

圖2 水電站群集控評(píng)估管理體系

為評(píng)估水電站管理的安全性，現(xiàn)對(duì)某集控水電站Z 的安全管理狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)估者的集合e 可以表示為：E=｛e1，e2，…，em｝。對(duì)一組水電站進(jìn)行集中安全評(píng)估的一套指標(biāo)可以表示如下：I=｛I1，I2，…，Im｝。S表示評(píng)價(jià)語(yǔ)言的集合，P表示加權(quán)語(yǔ)言的集合。

如果指標(biāo)評(píng)價(jià)者ei∈E（i=1，2，…，m）將指標(biāo)Ij∈I（j=1，2，…，m）的結(jié)果評(píng)估為gij∈S,則應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為二元語(yǔ)義q（Sij）=（Sij，0）?；蛘?，評(píng)價(jià)者應(yīng)評(píng)估指標(biāo)aj的重要性，以獲得指標(biāo)的權(quán)重值wij∈P，則轉(zhuǎn)化為二元語(yǔ)義形式q（wij）=（wij，0）。

水電站集群管理的安全評(píng)估階段如下：

步驟1：根據(jù)公式（2）匯總二元語(yǔ)義的權(quán)重，并計(jì)算出平均權(quán)重

步驟2：根據(jù)公式（3）和步驟1 的結(jié)果，匯總所有評(píng)估者的分?jǐn)?shù)，從而計(jì)算出評(píng)估值Rei；

步驟3：計(jì)算二元語(yǔ)義的綜合評(píng)價(jià)值,然后將步驟1 和2 中得到的二元語(yǔ)義的加權(quán)平均權(quán)重和根據(jù)（2）得到的加權(quán)平均二元語(yǔ)義評(píng)估值Rei進(jìn)行集結(jié)，求出其安全評(píng)估值[4-6]。

3.3 管理安全評(píng)估

水電站管理的安全性評(píng)估是通過(guò)語(yǔ)言評(píng)估集合S與權(quán)重集合P，反過(guò)來(lái)，有5 個(gè)不同級(jí)別，不同的標(biāo)識(shí)表示管理安全的水平（很差、較差、良好、較好、非常好）和重要性（非常重要、比較重要、重要、一般重要、非常不重要）。詳見(jiàn)表1。

表1 語(yǔ)言與權(quán)重評(píng)估集合

同時(shí)還有3 位管理安全專家（e1，e2，e3），提供了管理安全和重要性排名信息，并將專家排名信息轉(zhuǎn)換為二元語(yǔ)義[7-11]，如表2 所示。

表2 評(píng)估信息

根據(jù)公式（1）確定的權(quán)重，通過(guò)匯總3位評(píng)估者，并計(jì)算出二元語(yǔ)義平均權(quán)重結(jié)合公式（2）和所有指標(biāo)的二元語(yǔ)義平均權(quán)重，匯總3位評(píng)估者所提供的評(píng)估信息，計(jì)算得出加權(quán)二元語(yǔ)義值Rei（i=1，2，3）分別為Re1（S1，0.56），Re2（S2，-0.46），Re3（S3，-0.08）。再用公式（1）匯總Re1、Re2、Re3，計(jì)算出水電集群綜合管理安全評(píng)估得分的二元語(yǔ)義值

總體而言，企業(yè)水電集團(tuán)集中管理的總體安全評(píng)估值為S2，轉(zhuǎn)移值為-0.46，說(shuō)明評(píng)估結(jié)果在良好和較好范圍內(nèi)，證明集中管理的績(jī)效是好的 .

4 運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)防措施

4.1 供電電源消失

在水電站集控供電電源消失的情況下，為了確保水電站的正常運(yùn)行和安全，采取一系列 措施來(lái)應(yīng)對(duì)這種情況。首先，設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的備用電源系統(tǒng)。備用電源系統(tǒng)應(yīng)采用單獨(dú)線路對(duì)水電站集控進(jìn)行供電，以確保在供電電源消失的情況下，備用電源可以及時(shí)補(bǔ)充工作所需， 接替主電源進(jìn)行工作。這樣，確保水電站集控各項(xiàng)命令和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不受供電中斷的影響，從而保證水電站的正常運(yùn)行。其次，對(duì)水電站集控的各項(xiàng)維修情況進(jìn)行全面檢查，包括對(duì)設(shè)備、線路、連接器等關(guān)鍵部件進(jìn)行檢查，以確定是否存在潛在的安全隱患。同時(shí)，要明確高危險(xiǎn)區(qū)域，加強(qiáng)對(duì)這些區(qū)域的監(jiān)控和管理，以防止在維修過(guò)程中發(fā)生意外事故。此外加強(qiáng)維修人員的培訓(xùn)工作。通過(guò)培訓(xùn)，確保維修人員具備足夠的技能和知識(shí)，能夠熟練地操作各種設(shè)備和工具。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)維修流程的管理，確保維修人員按照正確的步驟和方法進(jìn)行維修、操作，避免出現(xiàn)維修流程問(wèn)題或維修人員誤操作問(wèn)題。

4.2 電廠監(jiān)控系統(tǒng)失控

集控電廠監(jiān)控系統(tǒng)的失控，會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。首先， 由于集控電廠監(jiān)控系統(tǒng)失去了對(duì)電廠的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力，會(huì)導(dǎo)致電廠的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)無(wú)法準(zhǔn)確反饋，使得電廠的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)無(wú)法得到及時(shí)了解和掌握，影響電廠的生產(chǎn)效率，還可能導(dǎo)致設(shè)備故障的發(fā)生，甚至可能引發(fā)安全事故。其次，也會(huì)影響到電力系統(tǒng)的調(diào)度決策。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電廠的運(yùn)行狀態(tài)是電力系統(tǒng)調(diào)度的重要依據(jù)。如果失去了對(duì)電廠的實(shí)時(shí)監(jiān)控，電力系統(tǒng)調(diào)度員就無(wú)法準(zhǔn)確了解電廠的運(yùn)行狀態(tài)，從而無(wú)法做出正確的調(diào)度決策。 例如，如果監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確地顯示電廠的發(fā)電量、負(fù)荷等關(guān)鍵指標(biāo)，調(diào)度員可能無(wú)法合理安排電力輸送計(jì)劃，導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷過(guò)載或供電不足的問(wèn)題。一旦發(fā)生失控，就需要立即采取措施進(jìn)行修復(fù)，以確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。這包括對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查和維護(hù)，修復(fù)可能存在的硬件和軟件故障；加強(qiáng)操作人員的培訓(xùn)和管理，提高他們對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的正確使用和維護(hù)能力；以及建立健全的應(yīng)急預(yù)案，確保在監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能夠迅速啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，最大限度地減少對(duì)電力系統(tǒng)的影響。只有這樣，才能確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，滿足社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

4.3 AGC/AVC 的安全風(fēng)險(xiǎn)和解決策略

需要在水電站中控室進(jìn)行AGC/AVC 監(jiān)控，檢查AGC/AVC 是否有效，特別是對(duì)近期投運(yùn)的設(shè)備。在工作過(guò)程中，對(duì)AGC/AVC 有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，但在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中，有些工作人員可能會(huì)在沒(méi)有重啟的情況下提前報(bào)告AGC/AVC，也可能在重啟調(diào)試后出現(xiàn)主動(dòng)波動(dòng)，構(gòu)成安全隱患的異常情況。對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題，水電站中央控制中心在發(fā)現(xiàn)主動(dòng)波動(dòng)異常后，應(yīng)立即對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)，調(diào)查并糾正AGC/AVC異常，進(jìn)一步完善程序，同時(shí)派專家進(jìn)行二次審核，審核評(píng)估后確認(rèn)無(wú)異常，方可重新并網(wǎng)。并監(jiān)測(cè)重新并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組接入后的運(yùn)行情況，確保無(wú)異常。

4.4 遠(yuǎn)程操作安全問(wèn)題

隨著科技的發(fā)展，水電站的運(yùn)行和管理越來(lái)越依賴于先進(jìn)的信息技術(shù)，如遠(yuǎn)程集控模式，在這種模式下，集控運(yùn)行的遠(yuǎn)程控制操作分為正常工況和突發(fā)事件工況。在正常工況下， 可以通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)水電站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保其正常運(yùn)行。然而，當(dāng)遇到突發(fā)事件時(shí)， 如設(shè)備故障、自然災(zāi)害等，就需要進(jìn)行遠(yuǎn)程操作以解決問(wèn)題。此時(shí)，如何確保遠(yuǎn)程操作的安全性成為了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，研究人員和工程師們提出了許多解決方案。首先，可以使用安全協(xié)議來(lái)保護(hù)遠(yuǎn)程操作的安全。安全協(xié)議規(guī)定了通信雙方在交換數(shù)據(jù)時(shí)必須遵守的規(guī)則，它可以有效地防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)和篡改。通過(guò)使用安全協(xié)議，可以確保在遠(yuǎn)程操作過(guò)程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院屯暾浴Ｆ浯?，加密通信技術(shù)也是保護(hù)遠(yuǎn)程操作安全的重要手段。加密通信技術(shù)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，使得只有擁有解密密鑰的接收方才能正確解析數(shù)據(jù)內(nèi)容。這樣，即使數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中被截獲， 攻擊者也無(wú)法獲取到其中的信息。因此，采用加密通信技術(shù)可以有效提高遠(yuǎn)程操作的安全性。此外，身份驗(yàn)證和訪問(wèn)控制技術(shù)也是保護(hù)遠(yuǎn)程操作安全的關(guān)鍵措施。通過(guò)設(shè)置嚴(yán)格的身份驗(yàn)證機(jī)制，確保只有經(jīng)過(guò)授權(quán)的用戶才能進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。同時(shí)，通過(guò)實(shí)施訪問(wèn)控制策略，限制用戶對(duì)系統(tǒng)資源的訪問(wèn)權(quán)限，防止?jié)撛诘陌踩L(fēng)險(xiǎn)。

4.5 水電站集控水情監(jiān)控安全風(fēng)險(xiǎn)

水電站集控水情監(jiān)控是水電站安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站大壩、 泄洪洞、引水渠道等部位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及對(duì)水位、流量、壓力等參數(shù)的自動(dòng)采集和處理。在水電站集控水情監(jiān)控中，存在著一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。例如，如果監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者被人為破壞，就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或者無(wú)法及時(shí)獲取到相關(guān)信息，從而影響到水電站的正常運(yùn)營(yíng)。此外，如果監(jiān)控系統(tǒng)沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)措施，也可能會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

PSR 模型是一種基于概率的系統(tǒng)安全評(píng)估方法，它可以根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。在水電站群的管理中，PSR 模型可以有效地評(píng)估水電站的實(shí)際運(yùn)行管理情況，從而為安全管理提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)PSR 模型，可以對(duì)水電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在的安全隱患，從而提高水電站的安全管理水平，并有效地處理信息差距問(wèn)題。在水電站群的管理中，由于信息的不完整和不準(zhǔn)確，往往會(huì)導(dǎo)致安全管理的困難，通過(guò)使用二元語(yǔ)義組評(píng)估方法，可以有效地消除信息差距，提高安全管理的準(zhǔn)確性。例如，通過(guò)二元語(yǔ)義組評(píng)估方法對(duì)水電站的設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境、人員操作等信息進(jìn)行全面、準(zhǔn)確地描述和評(píng)估，從而為安全管理提供更為準(zhǔn)確的信息支持。