裴險峰 王敬啟 李偉 馮蓓蓓 張揚

摘要：在全面推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)的戰(zhàn)略目標(biāo)，建立高標(biāo)準(zhǔn)的電力能源企業(yè)過程中，電廠作業(yè)過程的監(jiān)控和風(fēng)險預(yù)警面臨著新的要求。為滿足這一要求，文章提出如何利用智能化監(jiān)控設(shè)備和大數(shù)據(jù)技術(shù)，對電廠作業(yè)行為進(jìn)行實時監(jiān)測，為電廠作業(yè)風(fēng)險預(yù)警提供全面的數(shù)據(jù)支持。在此基礎(chǔ)上，文章著眼于大數(shù)據(jù)技術(shù)在智慧電廠作業(yè)預(yù)警系統(tǒng)中的應(yīng)用展開研究，以期通過智慧電廠作業(yè)預(yù)警系統(tǒng)的使用，實現(xiàn)對電廠作業(yè)過程的智能監(jiān)測與評判，從而加強(qiáng)風(fēng)險防控。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；智慧電廠；風(fēng)險預(yù)警；設(shè)計

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.04.024

中圖分類號：F 426.61，TP 311.13? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ?文章編碼：1672-7274（2024）04-00-03

Design of a Smart Power Plant Operation Warning System Based on Big Data Technology

PEI Xianfeng1， WANG Jingqi2， LI Wei1， FENG Beibei2， ZHANG Yang1

（1. Guoneng Ningxia Yuanyang Lake First Power Generation Co.， Ltd.， Yinchuan 750000， China;

2. Guoneng Ningxia Yuanyang Lake Second Power Generation Co.， Ltd.， Yinchuan 750000， China）

Abstract： In the process of comprehensively promoting the strategic goal of smart grid construction and establishing a high standard power energy enterprise， the monitoring and risk warning of power plant operation process face new requirements. To meet this requirement， this article proposes how to use intelligent monitoring equipment and big data technology to monitor the operation behavior of power plants in real time， providing comprehensive data support for risk warning of power plant operations. On this basis， this article focuses on the application of big data technology in the smart power plant operation warning system for research， with the aim of achieving intelligent monitoring and evaluation of the power plant operation process through the use of the smart power plant operation warning system， thereby strengthening risk prevention and control.

Keywords： big data; smart power plants; risk warning; design

伴隨著社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源需求量持續(xù)增長。為更好地緩解能源緊張狀況，需要不斷擴(kuò)大電網(wǎng)規(guī)模，大力發(fā)展清潔能源，利用水力發(fā)電、太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等新能源技術(shù)，提高電能儲備水平。新能源接入電網(wǎng)后，需要各方資源協(xié)調(diào)配合，才能滿足電能輸送要求。否則，新能源的波動性和間歇性將影響電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。此外，變電站分布廣泛，發(fā)電設(shè)備種類繁多，進(jìn)一步增加了電廠的監(jiān)控管理難度。因此，任何一個環(huán)節(jié)發(fā)生故障，都可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致嚴(yán)重事故。研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)電廠的環(huán)境監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，只能進(jìn)行視頻監(jiān)控，缺乏數(shù)據(jù)采集和異常分析等功能。依賴人工巡檢，作業(yè)人員人身安全難以有效保障。同時，人為因素也可能導(dǎo)致監(jiān)管不力、維護(hù)效率低下等問題。隨著物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，智能監(jiān)控設(shè)備和風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)逐步在電廠風(fēng)險管理中應(yīng)用，以推進(jìn)電廠安全生產(chǎn)[1]。本文基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，設(shè)計研發(fā)一種智慧電廠作業(yè)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過視頻監(jiān)控和大數(shù)據(jù)分析，幫助電廠進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測和風(fēng)險預(yù)警，實現(xiàn)智能化管理。

1? ?智慧電廠風(fēng)險管理現(xiàn)狀評價

智慧電廠建設(shè)應(yīng)遵循采用自動化技術(shù)的原則，實現(xiàn)電廠作業(yè)的信息采集和數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化電廠生產(chǎn)和資源配置，實現(xiàn)安全、高效、低碳的綠色發(fā)電模式。智慧電廠可以將電廠與其他產(chǎn)業(yè)進(jìn)行融合發(fā)展，在提高能源利用率的同時，推動綠色生態(tài)經(jīng)濟(jì)的循環(huán)發(fā)展。通過大力發(fā)展生物質(zhì)能、水力發(fā)電、太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、儲能電站等新能源，還可以高度融合先進(jìn)的生產(chǎn)運營理念，為社會發(fā)展和居民生活提供可靠的保障[2]。

當(dāng)前，在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，社會用電需求量日益增長，電網(wǎng)覆蓋面不斷擴(kuò)大，對電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性的要求也越來越高。電網(wǎng)設(shè)備運行維護(hù)中，需要對損耗嚴(yán)重、老化明顯的電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行定期檢修[3]。部分電網(wǎng)線路的檢修需要進(jìn)行帶電或近距離操作，以避免停電檢修造成的負(fù)面影響。帶電作業(yè)雖可保證電力供應(yīng)的連續(xù)性，但也提高了作業(yè)風(fēng)險，部分電廠作業(yè)空間相對特殊，也增加了安全隱患。為確保電廠作業(yè)人員的人身安全、提高作業(yè)效率，有必要對電廠作業(yè)風(fēng)險進(jìn)行有效控制。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，智慧電廠建設(shè)步伐不斷加快，相關(guān)技術(shù)研究也在持續(xù)完善。部分電廠已配備了監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，通過監(jiān)控設(shè)備可以獲取各類數(shù)據(jù)信息，并支持?jǐn)?shù)據(jù)分析和趨勢預(yù)測等，助力企業(yè)實現(xiàn)智能化管理。但在實際應(yīng)用中，監(jiān)控管理系統(tǒng)往往獨立于企業(yè)管理體系之外，難以與企業(yè)管理平臺建立聯(lián)系，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和資源有效利用。因此，有必要運用大數(shù)據(jù)技術(shù)對電廠生產(chǎn)過程進(jìn)行有效監(jiān)控，提高數(shù)據(jù)利用效率，增強(qiáng)預(yù)警的科學(xué)性和合理性，以滿足新時代背景下電力企業(yè)發(fā)展的需要[4]。

2? ?智慧電廠作業(yè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，可以對電廠生產(chǎn)運營全過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，分解作業(yè)步驟，識別員工在執(zhí)行每個操作環(huán)節(jié)中可能存在的不安全因素；同時，預(yù)警結(jié)果將上傳至控制中心，為電廠安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)來源于電廠生產(chǎn)現(xiàn)場和企業(yè)運營管理系統(tǒng)，使用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，用于指導(dǎo)生產(chǎn)和風(fēng)險預(yù)警。此外，該系統(tǒng)還可以對電氣設(shè)備進(jìn)行智能巡視，實現(xiàn)隔離開關(guān)的分合狀態(tài)識別、開關(guān)柜刀閘的識別、表針的識別，以及火災(zāi)、煙霧、地面積水等狀態(tài)的監(jiān)測。

2.1 硬件設(shè)計

電廠作業(yè)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)采用分層設(shè)計原則，主要包括展現(xiàn)層、功能層、數(shù)據(jù)層。該結(jié)構(gòu)簡單易擴(kuò)展，具備友好的人機(jī)交互界面，便于操作。展現(xiàn)層通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器顯示系統(tǒng)的主界面。功能層提供安全監(jiān)測、事故分析、預(yù)警分析和風(fēng)險評價等核心功能，能對電廠作業(yè)中的各種危險源進(jìn)行全面和細(xì)致的識別，提供合理的風(fēng)險預(yù)警措施，滿足常規(guī)作業(yè)中對風(fēng)險的監(jiān)控和預(yù)警需求。數(shù)據(jù)層包含風(fēng)險數(shù)據(jù)庫、風(fēng)險管控方法庫、模型庫和專家知識庫，實現(xiàn)參數(shù)監(jiān)測、事故識別、隱患分析、風(fēng)險預(yù)警、信息反饋與評價等功能，通過持續(xù)循環(huán)為知識庫積累經(jīng)驗，確保風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的有效性和先進(jìn)性[5]。電廠作業(yè)風(fēng)險智能預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2.2 功能設(shè)計

電廠作業(yè)預(yù)警系統(tǒng)基于統(tǒng)一的軟件平臺和數(shù)據(jù)庫，具備數(shù)據(jù)分析、風(fēng)險識別和預(yù)警等功能。電廠作業(yè)數(shù)據(jù)的采集與分析、風(fēng)險識別與預(yù)測是風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的核心。風(fēng)險無處不在，風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的意義在于通過科學(xué)有效的方式識別風(fēng)險，預(yù)測可能導(dǎo)致的后果并制定針對性的防范措施，確保電廠安全生產(chǎn)。電廠作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，電氣設(shè)備眾多，特種作業(yè)頻繁，存在諸多不安全因素，這些潛在的危險將對員工生命安全造成嚴(yán)重威脅。電廠作業(yè)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)結(jié)合風(fēng)險數(shù)據(jù)庫，從人、機(jī)、環(huán)境、管理四個方面對作業(yè)區(qū)域內(nèi)的安全風(fēng)險事件進(jìn)行分析，識別安全事故的風(fēng)險源，并能夠快速評估風(fēng)險發(fā)生的可能性及其損失，確定風(fēng)險等級并進(jìn)行預(yù)警[6]。

人、機(jī)是電廠生產(chǎn)中不安全因素的最直接誘因。電廠生產(chǎn)環(huán)境對人的行為和設(shè)備的影響，是引發(fā)安全事故的重要因素；不規(guī)范的管理也會導(dǎo)致電廠安全事故的發(fā)生。在識別安全事故風(fēng)險源的基礎(chǔ)上，深入挖掘誘發(fā)這些風(fēng)險源的因素，可以更具針對性地應(yīng)對風(fēng)險防范的目標(biāo)。結(jié)合電廠作業(yè)的客觀環(huán)境，制定管理標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險管控方案。風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集中需要借助傳感器，對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的各設(shè)備參數(shù)和人員活動進(jìn)行實時采集，這些數(shù)據(jù)可通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至計算機(jī)控制中心，并通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理、特征提取等。在對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行識別和預(yù)測的過程中，系統(tǒng)可以建立風(fēng)險預(yù)警模型，對不同安全風(fēng)險數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，當(dāng)數(shù)據(jù)超過預(yù)警值時，判斷存在風(fēng)險情況，此時系統(tǒng)自動進(jìn)行風(fēng)險預(yù)警[7]。

此外，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧電廠作業(yè)預(yù)警系統(tǒng)，可以通過無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，將傳感器采集的實時數(shù)據(jù)傳輸至控制中心，并在第一時間反饋現(xiàn)場作業(yè)人員和設(shè)備的運行狀況?？刂浦行暮捅O(jiān)控管理人員與作業(yè)人員可通過無線網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，掌握現(xiàn)場作業(yè)情況，針對異常情況進(jìn)行部署。通過存儲設(shè)備保存現(xiàn)場視頻和數(shù)據(jù)，監(jiān)控管理人員可在數(shù)據(jù)庫中隨時調(diào)取和查詢。GPS定位設(shè)備可準(zhǔn)確定位風(fēng)險所在的具體位置，在發(fā)生意外時為施救提供定位協(xié)助。在線氣體檢測儀實時檢測氣體濃度，工作人員可實時查看檢測數(shù)據(jù)。如果作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中氣體濃度超出設(shè)定值，可現(xiàn)場發(fā)出警報，工作人員看到發(fā)光和聲音報警，及時采取救援措施。

3? ?電廠作業(yè)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用價值

安全生產(chǎn)是電力企業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，安全事故不僅會給電力企業(yè)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，還會影響社會和諧穩(wěn)定?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)的智慧電廠作業(yè)預(yù)警系統(tǒng)，結(jié)合了先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)和監(jiān)控裝置，實現(xiàn)了對電廠的智能化管理。系統(tǒng)利用作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測設(shè)備、作業(yè)人員生命體征監(jiān)測設(shè)備等所采集的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確識別作業(yè)安全風(fēng)險并進(jìn)行風(fēng)險報警。系統(tǒng)具體包括：作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控和作業(yè)風(fēng)險報警兩個大的功能模塊。作業(yè)狀態(tài)監(jiān)控是對監(jiān)控范圍內(nèi)的人員動作、人員生理指標(biāo)等數(shù)據(jù)的采集和分析，實現(xiàn)對現(xiàn)場環(huán)境狀態(tài)和人員作業(yè)狀態(tài)的全面監(jiān)控。作業(yè)風(fēng)險報警可以通過建立風(fēng)險識別模型，對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計算分析，評判作業(yè)現(xiàn)場的風(fēng)險點和確定風(fēng)險等級，并實現(xiàn)風(fēng)險的自動報警提示。

現(xiàn)代電網(wǎng)容量越來越大、自動化程度越來越高，供電范圍越來越廣，出現(xiàn)安全事故所造成的危害是無法估量的。因此要借助現(xiàn)代化的監(jiān)控技術(shù)和風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)提升電力生產(chǎn)的安全水平。電廠作業(yè)風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)可以通過接入地方氣象數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對電廠作業(yè)區(qū)域內(nèi)的氣象風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險的智能預(yù)警，完成電廠作業(yè)環(huán)境信息的科學(xué)預(yù)測。通過多維動因要素耦合驅(qū)動智能輔助決策技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)多種隱患和不安全因素，面向典型作業(yè)風(fēng)險處置場景，對風(fēng)險源進(jìn)行精準(zhǔn)分析，采取防范措施，減少安全事故的發(fā)生[8]。

4? ?結(jié)束語

綜上所述，隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)智能化程度不斷提高。電力企業(yè)在保障供電安全的同時，也肩負(fù)著保障生產(chǎn)活動中員工人身安全的重任，必須將安全生產(chǎn)作為企業(yè)發(fā)展的核心責(zé)任。這需要建立系統(tǒng)、高效的安全生產(chǎn)保障體系，積極運用現(xiàn)代化的技術(shù)手段。當(dāng)前，關(guān)于電廠智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的研究不斷深入，不僅實現(xiàn)了對電廠生產(chǎn)過程的精確監(jiān)控和安全生產(chǎn)的保障，也極大提升了經(jīng)濟(jì)效益，加快了智慧電廠建設(shè)的進(jìn)程。基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧電廠作業(yè)預(yù)警系統(tǒng)，通過視頻圖像監(jiān)控和海量數(shù)據(jù)的智能分析，實現(xiàn)了作業(yè)風(fēng)險的準(zhǔn)確識別和預(yù)警信息的立體化展示，實現(xiàn)了對電廠全環(huán)境以及作業(yè)動態(tài)過程的精細(xì)化監(jiān)管，進(jìn)一步增強(qiáng)了作業(yè)過程的安全性，為智慧電廠建設(shè)提供了有效的技術(shù)支持?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1] 鄒祥波，饒睦敏，秦士偉，等．電廠環(huán)境下作業(yè)人員安全帽佩戴檢測研究[J]．計算機(jī)仿真，2022（10）：265-271.

[2] 孫建偉，任建國，陳志曉，等．基于定位技術(shù)的智慧電廠作業(yè)人數(shù)統(tǒng)計實現(xiàn)與應(yīng)用[J]．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2022（3）：71-73

[3] 李亞，葉碧，高旭啟，等．基于多維度數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的配電網(wǎng)不停電作業(yè)人員行為智能分析[A]．浙江省電力學(xué)會2020年度優(yōu)秀論文集，2021.

[4] 賀振懷．燃煤電廠超低排放顆粒物濃度在線監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究[D]．煤炭科學(xué)研究總院，2019.

[5] 劉陽陽．發(fā)電廠運行人員不安全行為分析及安全行為能力評價研究[D]．湘潭：湖南科技大學(xué)，2013.

[6] 劉小虎．某電廠危險氣體監(jiān)測系統(tǒng)改造[C]．中國土木工程學(xué)會燃?xì)夥謺帲袊細(xì)膺\營與安全研討會（第十屆）暨中國土木工程學(xué)會燃?xì)夥謺?019年學(xué)術(shù)年會論文集（下冊）．煤氣與熱力雜志社，2019.

[7] 李維聰，胡玉濤，李偉．基于大數(shù)據(jù)平臺的智能電廠數(shù)據(jù)及系統(tǒng)集成方案研究[J]．南方能源建設(shè)，2022（4）：143-149.

[8] 陳崢，吳雙，尹耕，等．基于物聯(lián)網(wǎng)的電廠通信設(shè)備大數(shù)據(jù)平臺及應(yīng)用研究[C]．《施工技術(shù)》雜志社，亞太建設(shè)科技信息研究院有限公司編．2022年全國土木工程施工技術(shù)交流會論文集（上冊），2022.