抽水蓄能电站智能作业安全管控系统设计与应用研究

孙建超，王翰龙，徐鹏飞，陈 炎

(深圳蓄能发电有限公司，广东 深圳 518115)

0 引 言

抽水蓄能电站可将电网低负荷时的多余电能转变为高负荷时的高价值电能，可用于电力系统调频调峰、调相稳压等，是电力系统最可靠、最经济、寿命周期最长、容量最大的储能装置，对提高电力系统运行效率，增强系统稳定性具有重要作用。我国大型抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平，截至2018年底，我国已建设抽水蓄能电站34座，在建32座，已投运的装机规模为29.99 GW，在建规模44.00 GW[1]。抽水蓄能是全球装机规模最大的储能技术，也是目前发展最为成熟的储能技术，未来随着更多的风力、光伏等新能源发电工程纳入电力系统能源序列，抽水蓄能电站建设规模也将迎来更大规模的发展。

而随着抽水蓄能电站建设规模不断扩大以及数字化、信息化水平不断提高，智能电站的建设也逐渐成为焦点。智能电站是指与智能电网高度融合，以集成、高速双向通信网络为基础，以电站生产和管理活动中各种信息的数字化为前提，综合应用计算机技术、网络技术和通信技术，通过数据处理分析、智能化控制、自动化决策等手段解决现场实际问题的电站，具有智能化、系统性、信息化和经济性的特点[2-5]。智能电站地不断发展对电站建设、运行和检修等不同阶段的人员安全管控也提出了更高的要求。目前，传统抽水蓄能电站仅依靠制定安全规章制度、人工巡查监督、人工视频监控等主观性较强的方式对现场作业人员进行安全管控，缺乏针对作业人员的有效客观技术管控手段，无法形成系统化、智能化的站内作业闭环管控体系，显然已不能满足当前智能电站建设的新要求。此外，抽水蓄能电站作业人员行动随机性大，人员素质参差不齐，且作业点多面广，作业过程中受到设备、环境、管理及自身等多方面因素的影响，安全隐患较大[6]。因此，针对当前抽水蓄能电站安全管控手段的不足，设计一套满足当前智能电站建设需求的智能作业安全管控系统成为当务之急。

为解决这一问题，本文设计建立一个平台化、网络化、智能化的智能两票安全管控系统平台，该系统平台围绕安全运行主题，通过技术手段将运维作业中各个环节纳入到系统中进行管控，包括两票管理、临时接地线管理、密闭空间安全工器具管理、二次压板管理等方面，实现电站运维工作的智能化，保证电站常规作业安全。为验证所设计系统的有效性，本文将该系统布置应用于深圳抽水蓄能电站。

1 作业风险点分析

1.1 传统安全管控体系不足

传统抽水蓄能电站安全管控措施主要可分为以下几项：①企业内部制定安全作业管理的规章制度，通过频繁的安规培训等方式规范现场人员的作业；②现场作业时，内部安排安全监督人员对作业现场以及作业人员操作进行不间断地巡查监督，实现安全管控任务；③安装不同层次、不同角度的现场监控系统，如对作业人员在电站的位置与分布情况进行监控的定位系统，对现场重要区域现况进行监视与图像采集的视频系统，对重点出入关口进行管理的门禁系统，与现场进行语音交流的广播通讯系统等[7-10]。以上这些举措能对现场作业进行监视和管控，解决了纯人工模式无法对电站全天候、全覆盖管控的弊端，减少人力资源消耗，提高管控效率[11]。

但上述举措更多依靠管理手段，发挥人的主观能动性避免现场作业的风险，即使采用视频监控系统，也仅把监控系统当作辅助手段，最终的现场作业信息仍需返回控制中心后，由控制中心的工作人员进行人工判断与监督。若在人工安监空窗期或者由于安监人员疏忽，出现现场作业人员违规操作或误入危险区域，以及危险源靠近作业人员等情况，传统安全管控体系并不能及时发现、警告提醒并有效制止[12-13]。因此，传统安全管控体系更多依靠人的主观能动性，缺乏对现场作业风险的客观识别，缺乏有效的技术管控手段。

1.2 现场作业风险分析

从可能导致现场作业发生危险的原因进行分析，现场作业风险主要有以下几项：

(1)两票管理不规范。传统两票管理系统中工作票、操作票需要每个电力企业安全检修工作人员在进行维护检修工作前，要先去相关负责人处申请领取，然后经过逐层人工审批通过后，检修工作人员根据工作票内容进行检修工作，最后向相关领导反馈最终工作情况。整个过程耗时长，步骤繁多，降低生产检修人员的工作效率和工作质量。由于电力行业的特殊性，在人员、设备、环境上存在诸多不安全因素，极易因为两票的填写不规范和落实环节问题导致安全事故[14-15]。

(2)接地线管理不规范。目前抽水蓄能电站临时接地线的使用和管理经常存在混乱的情况，因人为导致地线使用不规范引起的事故时有发生。据统计，与临时接地线有关的电气误操作事故占误操作事故总数的60%[16]。

(3)安全工器具管理不当。安全工器具是现场作业人员作业安全的根本保障，它的规范使用往往直接关系到作业人员的生命安全。但安全工器具的管理同时也是最容易被忽略的因素之一，由于安全工器具管理不当造成的安全事故屡见不鲜。

(4)二次压板管理不当。目前在变电站运维中保护压板位置的确认仍采用人工就地方式，极易发生保护压板的误投、漏投等非安全行为，引发电力系统事故。

2 智能作业安全管控系统总体设计

针对抽水蓄能电站传统安全管控体系不足、以及现场作业风险分析结果，本文综合应用泛在电力物联网、智能传感器、移动应用等先进技术手段，构建智能作业安全管控系统，实现作业过程的主动性、预防性、全过程闭环管控。

2.1 系统构成

智能作业安全管控系统主要包含智能两票管理子系统、智能地线管理子系统、智能压板管理子系统和智能常用工器具管理子系统四部分。

图1 管控系统框架示意

2.2 系统网络结构图

智能作业安全管控系统网络结构如图2所示。

图2 系统网络结构

3 关键技术

3.1 智能两票管理

智能两票管理子系统主要用于实现工作票和操作票的智能化及完善的网络流转审批，包括基础数据管理模块、隔离点管理模块、工作票管理模块、电气操作票防误系统等。其中，工作票管理模块与电气操作票防误系统为该子系统的核心子模块，主要用于实现对两票的生成、确认、签发、许可、结束等电子流程管理。

(1)工作票管理模块。该模块可实现智能开票，并根据实际需要，自定义符合南方电网发布的电力安全工作规程的工作票票种，对计划时间、签发时间、接票时间、批准时间、许可时间、工作负责人、工作许可人、工作票签发人权限等均有逻辑校验，确保许可的工作票的合格率。其原理为：①基于隔离点管理是实现智能开票的核心；②与隔离闭锁关联； ③可视化开票与监控；④工作票模板化。

(2)电气操作票防误系统。该子系统可提供灵活多样的开票功能，包括“图形模拟开票”、“手工开票”和典型操作票对比查验等多种开票方式。所有开票方式均可任意选择其中一种方式，也可互相转换使用。能开出并打印包括一、二次设备操作项及检查、测量、验电、风险分析等特殊操作在内的完整操作票，所有开出的操作票必须经过系统防误闭锁逻辑条件和设备状态信息自动判断其正确性。所开操作票应整洁、规范、格式化。

3.2 智能地线管理

智能地线管理子系统主要用于技术上规范临时接地线的使用，对临时地线操作过程进行实时监测，并借助传统以太网或新兴物联网技术，将地线的挂接拆除等信息实时传输给智能两票系统，实现临时接地线从开票、拿取、挂接、拆除到归还的全过程在线监测及闭环管理。

3.3 智能压板管理

智能地线管理子系统主要由智能接地检测装置和智能地线柜、智能地线采集器、地线管理系统主机组成。地线管理系统主机管理各个检测闭锁机构，同时通过通信通道向两票管理子系统报告地线当前状态，或执行解锁或闭锁命令。在有挂接地线的操作任务时，两票管理子系统通过地线管理系统主机解锁所选择的临时接地线电磁锁，未被选择的地线则仍处于闭锁状态。

智能压板管理子系统主要用于实现对压板状态的实时采集与监测，其由压板管理系统软件、压板采集器、压板传感器组成。智能压板管理子系统核心技术在于压板状态采集、实现全站压板的集中管理、压板状态监视、压板非法操作时的报警、压板操作逻辑编辑、压板状态自动核对、压板检修状态设置、与工作票系统关联闭锁以及查询历史操作及变位记录功能。

3.4 智能常用工器具管理

智能常用工器具管理子系统主要用于实现对安全工器具、常用工器具、进入发电机风洞内作业所携带的工器具进行智能管控，由采集管理器、分体式超高频传感器、一体式超高频传感器、无源超高频标签组成。其典型结构如图3所示。由于RFID的穿透力弱，尤其是不能有效穿透人体，携带工器具进出时，必须主动将工器具置于检测设备下，直至检测显示屏上提示数量与实际携带数量相符。

图3 智能常用工器具管理子系统结构

4 系统应用实例

本文所设计抽水蓄能电站智能作业安全管控系统已成功应用于深圳抽水蓄能电站。深圳抽水蓄能电站于2018年全面投入运行，运行主要采用分层分布式计算机监控系统(CSCS)，分为现地控制层、中控层和调度层。该电站按国际先进水平进行设计、建设，符合ISO/IEC 7498—IEEE/ANSI 802国际开放系统标准，按“无人值班”原则进行总体设计。

结合深圳抽水蓄能电站安全生产业务特点，本文所设计系统综合应用云存储、云计算、大数据信息处理、泛在物联网、智能传感器、移动应用等先进技术手段，为电站建立了一个平台化、网络化、智能化的智能作业安全系统平台。本文所设计系统实现了深圳抽水蓄能电站作业过程的主动性、预防性、全过程闭环管控，很好地支撑了电站的“无人值班要求”，取得了良好的实际应用效果。

5 结 语

本文设计建立了一个平台化、网络化、智能化的智能作业安全管控系统平台，通过技术手段将抽水蓄能电站运维作业中的两票管理、临时接地线管理、安全工器具管理、二次压板管理等各个环节纳入该系统进行管控，并将该系统成功应用于深圳抽水蓄能电站，实现了深圳抽水蓄能电站运维工作的智能化，保证了该电站常规作业安全。应用效果表明，该系统能有效提高工作效率、降低运行成本及运维作业安全风险，为供电安全提供保障。