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        水電站集控運(yùn)行安全評(píng)估及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施分析

        2023-11-16 01:39:18王鳳羽
        水電站機(jī)電技術(shù) 2023年10期
        關(guān)鍵詞:水電站電廠語(yǔ)義

        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。

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