智慧安全管理系统在火力发电厂中的应用研究

国家能源集团宁夏电力有限公司 陈忠

安全是现代火电厂工作和生产过程当中的重要基础。智慧安全系统在火电厂中的建设与应用，能够有效通过智能化设备以及先进的信息化技术，对火电厂进行安全管理和安全监控，能够有效保证火电厂日常工作当中的安全运行，对火电厂工作人员的安全负责，切实保障人民的财产安全和生命安全。随着现代科学技术的大力发展，智慧安全系统的应用已经成为了当代火电厂实现安全管理和监督的重要发展方向与目标。智慧安全系统，能够有效识别火电厂中存在的危险源，并结合火电厂运行的实际情况，分析如何有效提升安全监控与管理方案。本文通过对智慧火电厂的市场需求进行分析，深入研究智慧火电厂的安全架构，并阐述智慧安全系统在火电厂中的具体应用，探讨智慧火电厂的未来发展及其应用价值。

引言

党的十九大报告中指出，加快建设制造强国，加快发展先进制造业，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合，在中高端消费、创新引领、绿色低碳、共享经济、现代供应链、人力资本服务等领域培育新增长点、形成新动能。在企业生产和发展的过程当中，安全问题永远是其持续经营的前提。火电厂是保障国民生活的重要公共设施，火电厂的安全问题对于社会经济的发展来说，承担着重要责任。一直以来，火电厂的安全都被社会各界人士所重视，而随着科学技术的不断发展，改善火电厂安全管理，也越发迫在眉睫。这就需要火电厂在生产运营过程当中革新安全理念，对安全管理与监控采取高度重视，有效结合安全生产与安全管理，使二者合二为一，利用先进的管理理念与智能化技术手段，构建出一个智慧安全系统，确保火电厂的安全管理在基于智能化的基础上，更安全高效地保障火电厂工作人员的人身安全以及生产活动安全。

智慧火电厂的市场需求

火电厂的安全需求

在现代火电厂的管理与生产过程当中，安全监控水平以及安全管理水平都有着显著的提升需求，这主要表现在对风险点排查、设备隐患的排查、安防系统的加固、周界漏洞的排查、监控现场违规操作、对封闭空间和孔洞等危险点的持续管控能力等方面。现代火电厂的安全需求正在被逐步重视起来，智慧安全系统在火电厂中的应用，可以更加安全地实现对信息的采集和有效性分析，并且通过智能化的管控技术以及安全管理，实现数据应用的集成化发展，从而使其能够发挥出重要的安全保护功能，满足火电厂的安全追求，使火电厂在生产过程中能够对工作人员、设备、环境以及管理等多方面实施安全管控，使智能化安全系统提供的事前预防和事中控制得到完整体现。

表1 火电厂危险源辨识表

图1 智慧火电厂的典型安全体系

火电厂危险源识别

建设智慧火电厂，应立足于先进的理念和技术手段，结合火电厂自身的发展特点，总结出火电厂的安全需求。智慧安全系统的建设，主要依据火电厂的安全理念，重点在于火电厂的生产过程当中，利用现代化的信息技术手段，对生产过程中的行为进行量化与可视化，形成一个系统的安全管理平台。结合近年来对国内火电厂各类危险源的识别以及评价，可以看出，以目前国家颁布的《火电厂安全评价》的规定为标准，可以总结出，国内火电厂中较为重大的危险源，如表1所示。

目前火电厂的危险源以火灾和人身伤害居多，从上表重大危险源因素当中可以明显看出，很多危险源实际上都是由于安全监控措施和安全管理不到位造成的。因此，建设智慧火电厂，利用其对危险源进行智能化识别，可以从根本上实现对火电厂事故的控制，确保工作人员的生命和财产安全。

智慧火电厂的安全架构

智慧火电厂的典型安全体系包括视频监控系统、出入口控制系统、入侵报警系统、巡更系统等，统一整合应用，实现跨系统之间的信息数据交互、报警联动响应和预案自动执行，全面提高电厂整体预警、联防能力。如图1所示。

建设智慧火电厂，需要一个整体安全架构作为支撑。通常，智慧安全系统主要由前端设备、传输网络以及监控中心三个主要部分构成，前端设备主要由探测报警系统的探头、监控摄像头、门禁读卡设备、二维码条码以及射频卡芯片等共同构成。

前端设备在应用当中主要负责对应区域的监控工作，包括对现场数据信息的采集与提供、视音频的存储及上传，并且通过监控中心预置的数据处理算法，进行自动联动工作。

传输网络在安全架构当中起到长距离传输介质的功能，能够有效通过光纤传输等方式，将前端采集到的视音频、控制以及警报信号等转换成光纤传输信号，发送到信息中心。

监控中心主要的作用，是集中转换和管理前端设备传过来的信号，结合需求信息，对前端设备进行管理，以实现安全架构当中的实时监控。包括视频的监控、设备使用的监控、警报信号的分析以及不同需求报表的输出等等。

三个重要的部分相互结合，是构建智能火电厂的智慧安全系统的基础。

智慧安全系统的应用基础

EAM（Enterprise Asset Manage⁃ment）生产管理系统是以建设数字化发电厂为目标，基于发电企业绩效模型、发电企业价值链建立系统而规范的管理体系，对企业管理价值链上所有环节进行有效管理，强调动态监控设备和经营状况，及时掌握信息，决策控制。已经建成内容包括：资产管理、运行管理、文档管理、技术监督、消防管理、安全管理、设备巡检管理、缺陷管理、生产会议管理。建立在统一的平台上，该平台向下实现MIS/EAM、视频、门禁、人员定位、移动终端等系统的数据接口，向上建设以升压站设备为对象，以两票为主线的一体化系统，进而实现对生产过程的管控，同时应保留数据接口以便进行推广。如图2所示。

图2 智慧安全系统的EAM

智慧安全系统在火电厂中的应用

智能监控

智慧安全系统是保证火电厂安全性的先进手段。应用先进的智能安全系统与数字远程传输技术，能够采用视频监控对工作现场进行多线路观察和巡检。通过网络传输的图像和数据，工作人员在远程利用智能分析的算法，经过数据处理，自动分析，抽取视频关键信息等，就能够明确出火电厂中的安全问题。包括人员入侵、遗留物品、是否被盗、烟雾火光检测等。智能监控是火电厂安全性的需求，通过智能监控，工作人员不必深入火电厂内部就能够清楚了解到火电厂中的安全问题，这一方面能够保证信息传输的及时性，另一方面也能够避免人员的危险。

人员管理

火电厂中的布局非常复杂，环境封闭，这种情况就需要对工作人员进行管理，采用UWB超宽带智能定位技术，对工作人员进行全方位管理，这种智慧管理方式具有精确度高、信号穿透力强等优势，并且在火电厂非常复杂的布局中，也能够抵抗多路径循环模式，其抗干扰能力较强。结合火电厂的使用需求和后台管理系统，能够实现工作人员的管理。同时，在管理人员的过程中，巡检任务的实时记录与反馈，人员异常监控，火电厂中的灾难发生与人员搜救都拥有较强的帮助作用。另外，在人员管理中，不仅对工作人员进行巡视，还可以对外来人员进行监控，在特定区域中做电子围栏，外来人员进入辐射范围内能够实施主动的安全预警工作，对不同位置按照危险源进行识别，能够对火电厂的安全进行预警。

智能巡检

智能巡检是通过AI 技术，结合非接触检测技术、多传感器融合技术等，利用AI 机器人在火电厂中进行智能巡检。其中对巡检过程中进行识别、定位及通信反馈，其目的在于为远程工作人员提供巡检信息，工作人员也可以通过AI 智能化系统对火电厂中重点生产区域和危险区域做出主要监控调制，通过AI 机器人携带的摄像头和声音提取功能，对现场进行信息反馈。摄像头反馈视频图像，声音提取反馈声音信息，温度传感器反馈现场温湿度，最终将以上信息通过无线扩频网络传送至总控制台进行系统分析，工作人员对信息进行采集与整理，便能够判断出工作现场环境及是否存在故障，如果存在故障能够激活自动报警系统，工作人员根据巡检定位及时掌握故障源。

人员定位

人员定位功能是针对人员的移动进行巡视管理，这与火电厂的三维图形化建模、WIFI 现场定位以及RFID 设备表示技术等都能够有效结合，充分展示火电厂设备巡检工作的重要性。以往工作人员在火电厂中的移动无法记录，只能通过固定摄像头监控，一旦工作人员发现火电厂中有危险源存在，而存在现场又无摄像头的情况，很容易对人员造成危险。所以，对人员定位功能的设置，就能够监控人员的移动情况，通过总台控制的管理、维修管理等对工作人员进行指挥，开展各项业务等工作，使火电厂工作更加智能化、效率化、简单化。

智能锁管理

智能锁管理是针对火电厂中的门禁和锁进行的管理方法，通过云计算、智能信息处理等先进技术，外加未来结合5G 技术，对火电厂的配电柜、门禁、控制柜等有门锁的工作场景进行智能管理，达到智能门锁和智能钥匙的管理方法，采用远程管理对锁具进行远程控制，实现机柜门锁的远程上锁和打开，以便应对火电厂中机械门锁的无序管理。以往火电厂中的门锁管理比较松散，虽然较先进的采用指纹门禁，但是始终会出现管理无序的情况，另外安全性也比较差。关于智能门禁的管理，采用RFID 技术和UWB 技术对进入火电厂的人员能够进行智能识别和记录，火电厂中的生产区危险源比较多，所以对生产区的人员可以设置虚拟门禁，当人员进入固定领域中，智能门禁就会对人员进行综合识别与预警。办公区和检修区的危险源较少，但信息储存较多，设置门禁管理，保证物品不能丢失。

危险预警

因火电厂的危险源较多，且危险范围大，所以故障诊断和预警工作非常重要。故障诊断主要是依据大数据信息处理对故障进行定位和故障分析，而预警功能是结合趋势发展和故障结果进行的分析。在控制总台中会建立智能模型，基于智慧火电厂的整体数据进行大量的数据采集，通过历史数据以及手动输入的故障信息来进行识别。如果识别过程中发现有异常参数，就证明出现了故障，在建立保障机组的过程中能够保证智慧火电厂的安全运行，最终对现场危险进行预警。危险预警功能是一体化管理平台中非常重要且常见的功能。智慧安全系统的应用目的就是为了保证安全性，对安全进行检查和定期汇报，并且对危险源进行预案处理，在智慧安全系统平台中留有火电厂的接入口，实现安全数据的无缝连接，这样才能够建立起相对安全的管理体系。

智慧火电厂的未来发展及应用价值

智慧火电厂一直是火电厂发展过程中的重要需求，随着5G时代的来临，智慧火电厂也丰富了其构建的基础设施，不仅可以运用5G技术，现阶段的智慧火电厂就可以具备一定的安全管理功能，所以平台的开发与完善非常重要。大数据处理和智能算法的基础性要求对信息平台能够提供两级信息，即机组智能控制系统信息和全场智能管理决策系统信息，两级信息中包括了几乎所有智慧火电厂的功能，整体智能火电厂的管理系统框架包括生产控制大区的DCS设备、智能控制系统中的DCS设备，将数据信息整合后，直接传输到历史数据库和关系数据库中，并将智能控制系统中的数据信息上传至应用服务器和值班站中，以便工作人员及时观察做数据参考。其中接口机与控制中心存在一个隔离器，也就是接口机下的数据库、服务器、值班站，乃至DCS设备等都是深入火电厂内部工作的设备，而上级的中心数据库和中心服务器会通过Internet 网络传输至客户端，也就形成了以数据库和服务器为主的管理信息大区和以客户端为主的智能管理决策系统。这样更加方便工作人员的远程操控和观察。通过以上分析，可以看出智慧火电厂的决策系统虽然布局较多，但对于信息管理工作比较扁平化，这样保证数据传输速度快，传输过程中数据不易丢失，方便整合全厂内外部的整体数据资源。

另外，火电厂中的锅炉燃烧控制是智慧火电厂的主要工作路径，节能减排也是火电厂的工作目标之一，所以锅炉燃烧过程对能量的转换、污染物的排放以及安全性能等都有非常复杂的影响。如果仍然按照传统方法对其进行建模控制，那么将无法达到节能减排的工作目标。所以采用多目标优化控制技术路线是最好的选择。从锅炉燃烧过程中，采取原始样本并对其进行处理，建模对数据样本进行分析，形成锅炉燃烧的计算模型和壁温预测模型。这两种模型是对锅炉燃烧的节能减排的第一层保障。通过锅炉燃烧模型进行锅炉效率和污染物排放的模糊计算，实现目标优化，最终在智能化工作中明确燃烧控制参数。而璧温预测模型是直接采用喷水降温的方式进行智能寻优过程，最终形成燃烧控制系统参数。通过两项模型数据分析，燃烧控制系统参数得到最真实和全面的数据，对锅炉的燃烧和传热有了一定的控制。

结论

我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期，迫切需要新一代人工智能等重大创新添薪续力。要培育具有重大引领带动作用的人工智能企业和产业，构建数据驱动、人机协同、跨界融合、共创共享的智能经济形态。要发挥人工智能在产业升级、产品开发、服务创新等方面的技术优势，促进人工智能同一、二、三产业深度融合，以人工智能技术推动各产业变革，在中高端消费、创新引领、绿色低碳、共享经济、现代供应链、人力资本服务等领域培育新增长点，形成新动能。

智慧火电厂是未来火电厂发展的走向，智慧火电厂的发展是信息时代下的必然产物，通过互联网、物联网、信息技术和大数据的结合，在工业处理流程中安全性能够进一步集中和放大，智慧火电厂的全面多元系统的融合能够更加方便地传输信息、共享信息，为火电厂的生产和管理带来了极大的方便。所以，本文探讨了智能安全系统在火电厂中的应用，希望通过相关研究，解决火电厂中的安全问题，并开展智能化数据信息评价，保障火电厂智能控制，最终实现智慧火电厂的目标。