平阳县顺溪水电站智慧水电平台的建设

钱云进

（平阳县水利局，浙江 平阳325400）

1 建设背景

平阳顺溪水电站位于平阳县鳌江北港支流顺溪镇，是该县“十一五”重点工程，由省资源保障百亿工程专项资金、温州市水投公司、平阳县国投公司和平阳县政府投资建设，主要是防洪、供水、灌溉，结合发电等综合利用。水库正常库容为2 341万m3，总库容为4 265万m3。该发电项目规模为2台5 000 kW的水轮发电机组，总装机容量为10 000 kW，年平均发电量为1866万kW·h。

现阶段，平阳顺溪水利枢纽工程已正式投入运行，重点工作正从建设逐步转向安全管理，即从“重建轻管”到“建管并重”的转变，这也顺应了国家水利部、浙江省水利厅对水利水电工程加强管理的要求。目前，全国都将全面开展水利工程的安全生产标准化建设，而农村水电首先在全国开展了安全生产标准化建设，水利部《农村水电站安全生产标准化建设管理办法》的推出代表了这种趋势，当前浙江省水利厅也准备在水利工程全面推行标准化管理，其中重点提出要“利用信息化促进水利工程管理标准化”。为响应国家号召，实现水行政主管部门提出的安全生产标准目的，同时也为了提高水电站自身管理水平，实现标准化的安全生产。

温州市水利厅在水电站安全生产标准化建设方面取得了全省领先的佳绩，再接再励提出了在2016年每个县要创建一个“国家级水电站安全生产标准化”单位，顺溪枢纽工程作为平阳县重点水利水电工程，顺溪水电站顺理成章地要承担起这项光荣的任务，同时这也是一个契机，通过建设将使顺溪枢纽工程的管理水平上到一个新的台阶。顺溪水电站要创建为国家级水电站安全生产标准化单位，时间已经非常紧迫，按照国家水利部评审的要求，要成为国家级水电站安全生产标准化单位，必须要突出2～3个有创新意义的亮点。

通过现场考查调研，顺溪水电站可以从两个方面突出自己的创新点，其一为智慧水电，其二是标准化水电。

（1）智慧水电建设的要求。顺溪水电站的自动化程度目前处于3.0水平，即实现了现地中控室的自动化监控，这是目前国内普遍广泛使用的自动化监控模式，即采用上位机＋下位机的管理模式。但要实现创新点的突破，要在原来3.0的基础上，升级为智慧水电（电力工业生产4.0），其创新意义在于借助云计算、物联网、移动互联网等最新的科技，使整个自动化监控系统达到国际领先水平。

（2）标准化水电建设的要求。顺溪水电站的管理建设才刚刚开始，从开始就应该做好规划，做好顶层设计。按照国家级标准化建设的要求进行设计和规划，分步实施，使水电站的管理水平达到国家级标准化管理的要求。

为了突出顺溪水电安全生产标准化的创新点和亮点，其一应该在自动化方面进行升级提升，创建智慧型的水电站，为落实安全生产标准化提供技术支撑。其二从水电站安全管理上加强建设，形成“互联网＋”的安全生产标准化的管理模式。通过项目实施应该达到以下目标：

（1）实现更科学高效的监控。借助更先进的硬件设备，实现重点部位的远程移动端的视频监控，集水井、水库水位和坝后水位的远程移动端监控，运行状态的远程移动端监控，借助物联网和与计算技术，实现联网电脑、触摸屏、移动手机终端的全范围监控，全面将水电站的监控提升到智慧水电4.0。

（2）实现标准规范的日常管理。水电站的日常管理非常重要，包括安全巡查、设备管理、评级管理、五防管理等，需要管理和规范的项目众多，这些管理的流程梳理后，可以借助物联网、移动互联网等技术实现标准化、信息化、流程化的管理。

（3）实现快捷的标准化台帐管理。随着环境保护的要求越来越高，节约用纸是一项必要的任务。因此水电站在标准化管理的过程中，应该建立电子档案信息管理系统，通过物联网设备实现台帐的快速电子化，实现安全生产标准化台帐的归档、查询、统计、打印，实现PC、手机终端的随时随地查询，提高管理效率，为各类检查总结提供快速方便的文档打印入口。

（4）实现标准化的操作工作管理。水电站除了日常管理之外，为了保证水电站的设备高效安全运行，需要维护、检修、试验等，各种设备的维护、检修、试验要严格按照规程进行，同时各种设备的操作也要严格按照操作规程，否则，安全就无法保障。因此应该建立操作工作管理系统，通过手机端或电脑端发起，信息录入登记等手段，实现工作票、操作票的自动生成和报表输出，通过手持终端实现流程管理，通过高拍仪实现工作票和操作票的电子化，建立电子台帐。通过APAD、手机等手持终端，借助移动互联网技术，实现设备缺陷登记、检修登记、试验登记等工作流程，实现自动形成报表和电子台帐。

（5）实现全面的设备物资管理。水电站有众多的生产物资、防汛物资等，包括生产设备、备品备件、安全工器具、消防工器具等，应该建立生产和防汛物资管理信息系统，通过手持终端、条码和物联网技术实现物资的准确科学管理，包括设备、物资、备品备件的扫码入库、在库管理、出库申请、扫码出库等功能，实现设备的备品备件准确管理，防止过期失效，通过手持终端实现设备的评级管理。

（6）提高安全监测与预警手段。水利水电枢纽工程是一个具有反恐要求的安全监管单位，因此水库水电站的安全防护将处在非常重要的位置，因此应该建立安全防护系统。通过现代化手段，实现噪音报警、振动报警、红外入侵监测报警、水库和集水井水位超警戒线自动报警、外来人员身份证智能读取登记、外来车辆自动登记等管理手段保障水利水电枢纽工程的安全。

综上所述，本项目的建设对安全监控、标准化管理、安全生产、事故预防、安全防护等方面具有十分重要的意义。

2 总体构架

本项目采用云端设计架构模式，数据从水电站采集，上传到云端，水电站无需采购服务器和网络工程施工，云端可以实现将数据下发到手机端和联网电脑端，系统技术架构示意图如图1所示：

图1 智慧水电云系统技术架构示意图

3 主要建设内容

本项目建设内容包括视频监控升级、状态监控升级、安全生产标准化管理系统、安全防护系统、智慧水电云工作站五个部分组成。

3.1 实现视频监控的升级

视频监控发展至今经历了模拟视频监控、半数字监控和数字监控三个阶段。

第一阶段是模拟视频监控阶段。该阶段主要特点是视频信号来自模拟摄像机，传输采用同轴电缆，存储用模拟录像机，处理采用模拟控制主机(如模拟切换、矩阵主机等)。

第二阶段是半数字阶段。上世纪90年代视频监控进入半数字阶段，其特点是视频信源和视频传输仍以模拟方式为主，信号到达监控中心后由数字控制主机或硬盘录像主机（DVR）进行数字处理与存储。该阶段的视频监控系统常称为数字硬盘录像系统。

第三阶段是全数字阶段。全数字技术的支持、高度集成一体化的网络摄像机、数字摄像机的广泛使用，标志着视频信源采集、压缩编码、信号处理进入数字化。通过Internet对网络摄像机中的IP地址进行访问，实现了传输、控制、存储、显示等全数字化。对于视频监控，数字化存储带来的是一场革命性的变化。数字化是21世纪的时代特征，视频监控的数字化也是监控技术发展的必然趋势。全数字视频监控系统通过基于TCP/IP协议的以太网络，真正实现了图像的远距离监控，故称该阶段的视频监控系统为网络视频监控系统或远程视频监控系统。

依据顺溪水电站的实际情况，视频监控依然停留在模拟或半数字阶段。目前新建的水电站视频监控系统大多采用全数字的网络视频监控系统,本次准备将顺溪水电站的视频监控升级到全数字化的远程视频监控系统，同时结合移动互联网技术，实现移动终端的视频监控，即视频监控云系统。

视频监控云系统，利用原来视频监控系统，通过数字磁盘阵列、数字矩阵和物联网设备，实现红外监视、高清监视、联网监视、内部监视和手机监视等功能。

3.2 状态监控系统的升级

在水电站原有自动化系统（3.0）的基础上，将自动化监控系统升级为智慧水电4.0。将上位机上监控显示的状态量，按照水电站运行的要求，实现主接线界面的水轮发电机状态，包括P、Q、COS、I、U等参数的云监管，实现报警光字牌的云监管，实现油气水系统状态参数的云监管、实现事故和故障报警的云监管，实现开机停机流程的云监管等。同时新建设一些基于物联网技术的监控系统，包括集水井水位、水库水位（包括坝后水位）、水库库容监测等。

集水井水位监测云系统，实现集水井水位的监控，可以查询实时、历史、警戒水位信息，一旦超过警戒信息给予报警。

水库水位监测云系统，实现水库水位和坝后水位的超声波监控，可以查询实时、历史、警戒水位信息，一旦超过警戒信息给予报警。

水库库容监测云系统，根据水库水位和水位库容曲线图实现水库库容的实时监测，包括小时水库变化、实时库容，剩余库容，汛限警戒库容、死库容等信息，还可查询历史库容信息。

3.3 安全生产标准化管理系统

安全生产标准化管理是水电站管理水平的重要表示，本模块有助于实现安全生产标准化落地实施，从而提高水电站管理水平提高安全水平，功能结构如下：

（1）设备档案管理云系统，实现设备的基本档案信息，设备负责人，设备照片，设备出厂日期，厂家等信息，实现标准化的设备台帐信息，实现查询，统计，打印等功能。

（2）安标台帐管理云系统，利用银行高拍仪结合传统纸质台帐，实现台帐的标准化管理，实现台帐手机电脑查询，统计，标准台帐打印等功能。

（3）设备评级管理云系统，通过手持设备和物联网标签，实现一键评级，一键存档，自动统计完好率，实现各类终端查询功能。

（4）安全巡检管理云系统，可以通过手持巡检仪对设备扫一扫NFC电子标签，记录设备的巡检结果，一旦有异常情况可以选择异常设备并拍照，一旦发现异常设备，巡检异常信息将直接发到设备主人的手机上，实现巡检台帐一键生成和一键打印。

（5）设备检修试验登记云系统，通过高拍仪将传统纸质的设备试验检修记录登记关联到设备上，实现设备档案的综合查询，自动记录下次检修试验时间，实现智能提醒功能。

（6）备品备件管理云系统，通过手持设备和条码技术实现备品备件的综合管理，关联到设备，点击设备综合档案可以知道仓库里有多少的备品备件信息。

（7）安全工器具管理云系统，通过手持设备和条码技术实现安全工器具的标准化管理包括入库，出库。此外通过物联网标签，在巡查时刷条码直接完成所有设备的运行结果登记。

（8）缺陷登记管理云系统，发现登记缺陷时，通过手机终端和手持智能设备终端登记缺陷类别，设备信息、缺陷内容、发现时间等信息，平台自动登记为“未解决缺陷”。云端自动获取信息后发送给相关责任人。当解决问题时，选择未解决缺陷输入处理步骤，是否已解决等信息，并选择责任人，平台自动将信息发送给相关的责任人。并将缺陷信息改为“已解决缺陷”，最后实现缺陷自动查询、统计、打印功能。

（9）安全交接班管理云系统，通过网络考勤机实现实时考勤，考勤数据实时上传云端，自动匹配，实现数据各种终端的查询和打印功能。

（10）OA办公云系统,可以实现内容的办公管理，实现各类如请假、采购、申领等流程的审批管理，实现各类公文的发布和存档。

3.4 水库水电站安全防护系统

水电站安全运行防护系统包括视频、水位、库容、机组状态等信息，实现实时监控、移动监控有助于提高安全运行水平，及时发现问题解决问题，本部分功能结构如下：

（1）红外入侵监控云系统，通过红外设备实现围栏式监控，一旦有人穿过红外形成的无形围墙将报警，并且提醒水电站相关的责任人。

（2）外来人员身份智能登记云系统，通过身份证阅读器，外来人员出示二代身份证后，拿身份证读取即可获知真伪，一旦是真实信息，自动记录姓名、性别、年龄等信息，自动上传云平台，实现查询、统计、打印等功能。

（3）车辆卡口登记云系统，通过抓拍摄像机，实现出入厂房车辆车牌号码自动识别和车辆自动拍照存档功能，数据信息自动上传云端，可以实现查询、统计、打印等功能。

（4）智能门禁云系统，指纹识别系统+小门禁/大门自动控制系统，实现内部职工出入单位的自动登记和开门。可视对话系统+大门自动控制系统+身份识别系统，实现访客身份证自动登记、访客与内部值班人员对话、内部人员远程开门（大门或小门）。

（5）语音喊话预警云系统

通过手机或管理房话筒设备远程调用库区设置的喇叭进行重复播放，警示非法作业、险情等。如图2所示。

3.5 智慧水电云工作站

由于采用云服务器，可以建立云工作站，中控室建设云监控一体机，实现3.1～3.4视频、状态、安全标准化管理信息、安全防护系统的统计集成化管理。实现手机端的移动APP软件管理。

图2 库区大坝监控和远程语音喊话云系统

手机APP的功能可以定制，按照客户的要求，增加或减少APP功能图标，同时提供集团号薄、管理审批定制等功能模块。有培训等信息也可以实时推送到相关人员。如图3所示。

图3 手机应用软件功能列表

手机应用软件可以将3.1～3.4各系统的功能中关键数据移到手机中来，实现移动监控和移动式管理，提高管理效率，减少管理人员。

现在以浙江省温州市金溪水电站为例，借鉴建设智慧水电云工作站，智慧水电云工作站是根据水电站用户需求量身定制的工作站，根据客户有选择地将3.1～3.4的全部或部分功能，通过界面的定制和编制，实现后台管理和前台展示（见图4）。

图4 水电站智慧水电云工作站的定制功能列表

智能水电云工作站可以将3.1～3.4各系统的功能中关键数据移到触摸一体机来，提高监管效率和监管水平（见图5）。

图5 水电站的互联网终端一体机

4 结束语

本项目的系统全部都是模块化、产品化。系统总体设计原则是技术设计上要保证智慧水库云监管平台的规范、稳定、安全、可靠，功能设计上要保障一定的灵活性、扩展性、维护性等要求，支持系统能够根据水电管理的发展而升级，避免大量、重复的软件开发。系统充分考虑今后平台业务的发展，系统设计具有高度的灵活性和可扩展性，以便于在今后业务情况发展、变化时，可以根据应用需求的改变而方便地扩充和调整系统功能以满足新的应用需求。系统的用户接口界面设计符合用户已有的操作习惯，系统操作应易学易用。系统安全性和保密性对于计算机软件系统是至关重要的，系统中的任何数据丢失、数据错误以及数据泄露都有可能对公司和相应的业务客户带来巨大的经济损失，所以在方案设计中充分考虑了系统的安全和保密因素，保证系统数据不会被非法修改、窃取、破坏。系统设计具有高稳定性，系统在正常的访问使用过程中能够稳定、可靠地进行业务数据处理。