付 根

(華電金沙江上游水電開發(fā)有限公司蘇洼龍分公司，四川 成都 610000)

0 引 言

國內(nèi)水電企業(yè)大多地處交通不便的偏遠山區(qū)，生產(chǎn)現(xiàn)場點多、面廣、線長、人員分散，再加上地質(zhì)條件差、交通不便等因素，導致企業(yè)有限的技術(shù)和管理精英難以做到對流域電站作業(yè)點的實時督導，特別是在面對突發(fā)自然災(zāi)害和設(shè)備故障應(yīng)急處理時，電站現(xiàn)場技術(shù)資源有限，而相關(guān)技術(shù)人員又無法迅速到位，這些現(xiàn)象在一定程度上造成了偏遠地區(qū)流域電站安全生產(chǎn)保障體系和監(jiān)督體系的短板。如何充分發(fā)揮水電企業(yè)有限技術(shù)和管理人才的作用，使他們的能力和經(jīng)驗更快捷、更廣泛、更深入地在作業(yè)一線釋放出來，切實加強水電企業(yè)一線安全生產(chǎn)保障體系和監(jiān)督體系的管理，正是目前力求解決的問題。

1 無線傳輸?shù)膬?yōu)勢

在做好安全措施的前提下，無線傳輸可以應(yīng)用于電力行業(yè)[1]。WiFi作為當今使用最廣的一種無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)之一，它具有以下優(yōu)勢：

(1)傳輸速度快，最新的WiFi 6版本最高速率可達11Gbps，理論速度相較WiFi 5提升近3倍；

(2)布線簡單、靈活，安裝方便，易于擴展；

(3)費用低廉，WiFi技術(shù)成熟；

(4)數(shù)據(jù)帶寬高，WiFi 6支持MU-MIMO技術(shù)，有效解決大量設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)導致的網(wǎng)絡(luò)擁堵問題。

第五代移動通信技術(shù)，已經(jīng)于2020年底在全球多個國家實現(xiàn)商用化[2]，5G具備以下特點：

(1)高速率，5G可以工作在6GHz以下的分米波以及28GHz以上的毫米波，更大的帶寬能帶來更大的通信速率[3]，5G數(shù)據(jù)傳輸峰值速度約為4G技術(shù)的20倍[4]；

(2)低時延，5G采用短幀、新波形以及先進的編碼技術(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)扁平化，提升了網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性，網(wǎng)絡(luò)時延僅有4G的十分之一；

(3)容量大，5G網(wǎng)絡(luò)具備千兆赫茲的頻譜帶寬，能提供設(shè)備的高密度連接和大容量傳輸，實現(xiàn)真正意義上的萬物互聯(lián)；

(4)安全性高，5G通過網(wǎng)絡(luò)分層、分域的安全網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用服務(wù)化架構(gòu)、隱私保護、認證授權(quán)等方法，提供了標準化的解決方案和更強的安全保障機制，通過已有通信基礎(chǔ)設(shè)備組建的公共網(wǎng)絡(luò)完成電力物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸將是一個趨勢[5]。

本項目采用基于WIFI/5G嵌入式可穿戴移動語音圖像傳輸設(shè)備，實現(xiàn)電站作業(yè)現(xiàn)場和遠程專家(指揮者、管理者或指揮中心等)之間的影像實時傳輸，迅速將分散于流域各站甚至更遠的專業(yè)技術(shù)人員、管理人員匯聚到一個平臺，實時進行監(jiān)督、交流和指揮。系統(tǒng)還具備自動上傳和存儲現(xiàn)場作業(yè)人員巡回、檢修作業(yè)、重要操作、應(yīng)急處置等具體工作的實時影像信息、歷史影像信息查詢回放、用戶權(quán)限分級控制等功能，同時客戶端可運行于電腦和手機等各類平臺，極大地提升了系統(tǒng)平臺應(yīng)用便捷性。此項目的有效實施，加強了監(jiān)督管理，提升了工作人員巡回檢查質(zhì)量，強化了安全監(jiān)督，對運行操作、維護作業(yè)實施全過程監(jiān)護管理。通過遠程指揮支援，實現(xiàn)了現(xiàn)場安全生產(chǎn)遠程指揮協(xié)調(diào)、應(yīng)急技術(shù)支援的技術(shù)目標，為水電企業(yè)安全生產(chǎn)提供保障。

2 項目的重點及難點

2.1 無線網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋

水電站建筑結(jié)構(gòu)復雜，廠房間大小不一，設(shè)備眾多，要實現(xiàn)廠區(qū)無線信號無縫覆蓋，實現(xiàn)終端設(shè)備在廠區(qū)范圍能正常接收信號且信號強度滿足視頻傳輸要求，是無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的難點和重點。

2.2 終端設(shè)備自動切換無線信號

水電站廠房搭建以AC+AP+POE交換機為整體架構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)和基于5G的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，滿足視頻信號可靠、有效傳輸。通過設(shè)置終端設(shè)備接收信號強度閾值，在眾多無線AP信號和5G信號中，實現(xiàn)自動切換至發(fā)射功率最強的無線信號，視頻信號傳輸獲得最優(yōu)路徑，也是項目難點。

2.3 現(xiàn)場終端設(shè)備的佩戴方式

現(xiàn)場工作人員對設(shè)備進行巡視或開展某項具體工作，一般要持續(xù)幾個小時或更長時間，長時間的佩戴終端設(shè)備，會造成員工疲勞，不正確的佩戴方式會提高不安全事故發(fā)生概率，如何設(shè)計一個安全、舒適、牢固、便捷的終端設(shè)備，是項目長期、有效執(zhí)行的關(guān)鍵。

2.4 電磁兼容性

無線信號會對水電廠一些電氣設(shè)備存在一定的電磁干擾，造成監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)錯誤，如何有效避開對電磁兼容有明確要求的設(shè)備，合理布置無線信號發(fā)射點，是項目實施重點關(guān)注的問題。

2.5 網(wǎng)絡(luò)安全性

現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)環(huán)境越發(fā)復雜，網(wǎng)絡(luò)不安全事件頻發(fā)，各企業(yè)對網(wǎng)絡(luò)安全要求越來越高，安全通信網(wǎng)絡(luò)是通信安全的首要問題，新建信息系統(tǒng)通過設(shè)置合理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用身份鑒別、訪問控制、安全審計、入侵防范、數(shù)據(jù)鑒別、備份及恢復等手段提升網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境，以保證網(wǎng)絡(luò)通信的安全。新建信息系統(tǒng)布署在管理信息大區(qū)，與生產(chǎn)控制大區(qū)之間進行物理隔離，有效實現(xiàn)硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)等多方面全方位防護。

2.6 與現(xiàn)有信息系統(tǒng)深度融合

中國華電提出了建設(shè)數(shù)字華電的總目標，數(shù)字電廠建設(shè)是新時代主動適應(yīng)能源革命和數(shù)字革命融合發(fā)展的必由之路。新建的信息系統(tǒng)應(yīng)符合中國華電集團有限公司平臺建設(shè)及數(shù)據(jù)規(guī)范以及數(shù)字化電廠建設(shè)相關(guān)要求，實現(xiàn)數(shù)字電廠模式、參數(shù)和實時數(shù)據(jù)的分系統(tǒng)維護和橫向系統(tǒng)共享，與現(xiàn)有信息系統(tǒng)深度融合，是本項目重點關(guān)注的地方。

3 項目的實施

3.1 實施內(nèi)容

基于WLAN/5G平臺的水電站現(xiàn)場作業(yè)實時遠程可視化交互式監(jiān)督指揮系統(tǒng)作為一種智能可視化系統(tǒng)，具有實時聲像交互、影像存儲、過程回放等基本功能，平臺能迅速匯聚水電企業(yè)精英力量，及時提出解決問題方案。WLAN/5G平臺的水電站現(xiàn)場作業(yè)實時遠程可視化交互式監(jiān)督指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 實時遠程可視化交互式監(jiān)督指揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

基于WLAN/5G平臺的流域電站現(xiàn)場作業(yè)實時遠程智能可視化交互式監(jiān)督指揮系統(tǒng)主要由系統(tǒng)終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸和服務(wù)器及管理平臺組成。

3.1.1 系統(tǒng)終端設(shè)備

開發(fā)符合人體工程學的嵌入式WIFI/5G可穿戴移動語音圖像傳輸終端設(shè)備，工作人員攜帶終端設(shè)備開展工作，對過程進行視頻記錄，視頻文件保存在終端設(shè)備并能通過WIFI/5G自動上傳至后臺服務(wù)器，終端設(shè)備能與遠程電腦或者手機客戶端進行實時視頻通信，同時具備照明、定位等輔助功能。

3.1.2 傳輸系統(tǒng)

由AC+AP+POE交換機為整體架構(gòu)實現(xiàn)無線方案的搭建，通過合理設(shè)置AP位置，實現(xiàn)區(qū)域蜂窩全覆蓋。AC作為旁路模式部署在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，通過AC實現(xiàn)對全廠AP統(tǒng)一管控，AC管控相鄰AP間漫游閾值，讀取終端設(shè)備信號強度，實現(xiàn)終端設(shè)備無縫漫游。利用5G網(wǎng)絡(luò)的超大容量、超高速率、超低時延、超密集組網(wǎng)、可靠性高的特點，在通信機制上做到兼容5G、4G，并支持網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選，實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全傳輸。

3.1.3 服務(wù)器及管理平臺

服務(wù)器用于存儲音頻、視頻文件，通過系統(tǒng)管理平臺軟件可實現(xiàn)遠程視頻交互及系統(tǒng)平臺管理等功能。

3.2 實施方案

3.2.1 搭建軟硬件功能平臺

構(gòu)建基于WLAN/5G平臺的水電站現(xiàn)場作業(yè)實時遠程可視化交互式監(jiān)督指揮系統(tǒng)平臺以及支撐服務(wù)器。根據(jù)電廠實際需求，搭建基于WLAN/5G平臺的水電站現(xiàn)場作業(yè)實時遠程可視化交互式監(jiān)督指揮系統(tǒng)以及支撐服務(wù)器軟、硬件平臺。系統(tǒng)管理平臺按照功能采用模塊化的思路設(shè)計，如歷史任務(wù)查詢、視頻存儲、多點視頻交互等功能。

3.2.2 建立覆蓋全廠的無線信號網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)電廠實際情況，科學規(guī)劃，無線信號配置符合電磁兼容相關(guān)要求，合理設(shè)置AP位置，實現(xiàn)區(qū)域WIFI信號蜂窩覆蓋。AC管控各相鄰AP間漫游閾值，終端設(shè)備根據(jù)信號強度自動切換，實現(xiàn)終端設(shè)備在相鄰AP間無縫漫游。構(gòu)建覆蓋全廠的5G網(wǎng)絡(luò)，通過布署室外5G宏基站或者室內(nèi)微基站的方式，做到全廠室內(nèi)外覆蓋，終端設(shè)備通過公網(wǎng)基站接入運營商網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)后臺與公網(wǎng)互聯(lián)，將終端設(shè)備采集到的各類信號，通過公網(wǎng)傳輸至系統(tǒng)服務(wù)器。

3.2.3 嵌入式WIFI/5G可穿戴移動終端設(shè)計

設(shè)計符合現(xiàn)場作業(yè)要求可穿戴音頻視頻終端設(shè)備，終端設(shè)備應(yīng)具備便攜性好、安全性高、可靠性強等特點，同時電池電力供應(yīng)時間符合現(xiàn)場工作需要。在WinCE或Linux等操作系統(tǒng)環(huán)境下，設(shè)計終端設(shè)備應(yīng)用軟件，終端應(yīng)用軟件應(yīng)符合結(jié)構(gòu)清晰、邏輯性強、操作便捷等要求。終端設(shè)備能自動或手動切換傳輸網(wǎng)絡(luò)，綜合考慮傳輸要求與使用成本，選擇最優(yōu)傳輸通道。

3.2.4 電腦及手機客戶端

開發(fā)基于當今主流移動手機操作系統(tǒng)(Android、IOS)的客戶端軟件和基于windows操作系統(tǒng)電腦客戶端軟件，能實現(xiàn)手機端、電腦端、系統(tǒng)管理平臺以及可穿戴式移動終端設(shè)備視頻交互等功能，提升系統(tǒng)使用便捷性。

3.3 實施效果

流域水電站多處交通條件較差地方，在遠程可視化交互式管理系統(tǒng)投入運行前，因技術(shù)及管理人員分散，需經(jīng)常派遣車輛來往于各站之間，不僅消耗大量的人力、物力、財力，還增加安全風險。遠程可視化交互式管理系統(tǒng)的實施，大幅提升了流域電站人員利用率，降低了人力資源成本。在安全生產(chǎn)管理方面，因流域電站相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員無需到達現(xiàn)場，就能遠程實時指導現(xiàn)場工作人員開展消缺工作，使缺陷遺留情況大幅減少，電站缺陷消除率大幅提升，技術(shù)改造、重大操作、檢修管理、應(yīng)急指揮等監(jiān)督管理得到有效實施；同時流域電站間派出車輛次數(shù)大幅減少，不僅有效降低生產(chǎn)經(jīng)營成本，也降低不安全事件發(fā)生概率，為流域電站安全生產(chǎn)管理提供可靠保障。

4 結(jié) 語

針對電力安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)中現(xiàn)場巡檢、檢修、消缺、重大操作、事故處理以及應(yīng)急處置遇到的問題，利用WIFI/5G為傳輸通道的無線網(wǎng)絡(luò)在水電廠中的優(yōu)勢，克服信息系統(tǒng)建設(shè)過程中的難點和重點，整合WIFI/5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和可穿戴嵌入式設(shè)備技術(shù)。根據(jù)實際情況，制訂出遠程可視化交互式管理系統(tǒng)在電力安全生產(chǎn)中監(jiān)督指導方案，并予以實施，有效提升了水電企業(yè)缺陷消除率，縮短故障處置時間，強化應(yīng)急處置能力與效率，降低不安全事件發(fā)生概率和生產(chǎn)經(jīng)營成本。