数字化智能型电站设备和工程安全监测关键技术研究分析

熊波

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610000）

国家自“十三五”以来，大力提倡“万众创新、大众创业、打造工业4.0”的时代背景下，水电行业全面吸收大数据、云计算、人工智能、物联网和区块链等现代信息化技术，实现电力化系统的信息化、智能化和自动化，实现人机互动互交，大力提高水利电系统数据的自动获取、智能分析和应用的能力。在这样的时代背景下，水利电工程安全检测和安全管理信息化技术也随着时代的脚步不断前进和发展，工程检测手段呈现智能化、自动化和信息化的检测技术，例如智能巡检、动态检测、光纤传感、智能运维和混合采集等现代化信息化技术得到广泛的应用，使自动化系统呈现出的开放性、可靠性和兼容性等能力得到大力的提升。在信息化系统管理过程中，随着水电站大坝运行管理模式的不断提升和优化，在“工程全生命周期”和“大水工系统”的时代背景下的安全生产管理目标都给电站的工程安全检测行业技术创新提出了更高要求。

1 中国水电站建设现状

根据中国统计局公示的数据显示，2018 年底全国水利电站电机装配容量大约为3.6 亿kW，年发电量大约为1.2万亿kW·h，位居全球首位，中国水利电站的建设技术持续领先。随着国民经济社会的发展，清洁能源消费、降温减排、能源合理化开发和可持续发展等实现综合效益大幅提升。

截至2018 年底，中国在非化石能源的开发方面居世界领先地位，占装机容量的38.1%。作为容量最大，技术最成熟的储能设施，抽水蓄能电站的建设取得了长足的发展。截至2018 年底，中国抽水蓄能电站的运行容量已超过3 000万kW，在建和在建容量均位居世界第一。其中，中国国家电网公司已开始建设26 个抽水蓄能电站，未来两三年，国家电网在建项目将达到约40 个，多点、大面积和长线的抽水蓄能电站项目组建设规模将形成。

2 电站工程建设现状

该项目建设主要分为三个方面：施工安装，设备调试及施工验收。

2.1 施工与安装

施工单位所使用的应用，应由设计单位提供设计信息模型创建和深化施工信息模型。现场土建、机电设备安装、数字化应用（如计算统计、进度模拟、施工过程模拟、施工问题跟踪等）由施工信息模型协助完成。

施工单位统一数字化交付施工数据，并应按照新元公司《智能抽水蓄能电站信息分类编码标准》的相关要求进行分类编码，以达成全过程数字化管理并完整保存施工数据。

施工单位应采用基础设施管理控制平台，应具备智能、集成、共享的特性。以促成施工单位、施工过程、施工质量、施工进度和施工安全的全面统筹协调及全方位现代化管理。施工单位应优先选择智能化的管理系统和设备投入在施工和安装过程中，如智能大坝碾压控制系统、电缆自动敷设管理系统、智能安全帽、智能监控设施等。

2.2 设备调试

互操作特性测试、智能控制测试和智能设备特性测试应在安装完的第一时间进行，同时评估智能设备的网络源协调的特征。智能系统实现了不同系统之间和不同工作条件下的协作特性测试。调试记录和报告进行数字交付。智能设备框架如图1 所示。

图1 智能设备框架图

2.3 施工验收

验收范围包括智能网络和通信系统、智能系统、智能设备等。智能设备和智能终端拥有互操作性和一致性测试报告。检查设备配置和技术文件，从而确保设计、安装、操作、维护和测试文件的完整性。在推进满足问题处理和系统改进的工作中，对于验收过程中存在弊端和漏洞需详细具体的记录归纳。验收数据应进行数字化交付，做到专业化、系统化、规范化、整体化四化合一。

3 数字化智能型电站智慧管控系统构想

电站项目群建设的智能管理与控制系统涵盖6 个管理模块和18 个基本建设的智能管理与控制子系统。图2 显示了在智能建筑管理和控制中的逻辑关系，即“人机材料和方法循环”。

图2 智能控制子系统逻辑图

关于对数字化智能型电站智慧管控系统的构想如下。

强化现场智能安全管控，设置人员和设备动态监控系统，并通过人脸识别技术、车牌识别技术对人员进出、设备作业和其他现场动态等进行全方位、24 h 动态监控；建设移动巡检系统，对于现场施工质量及安全、文明施工、违规操作等情况进行系统分析和记录，从而使管理人员更方便、快捷、全面地掌握现场动态，实现现场实时记录和及时整改；对于操作隐患和施工安全问题，创建风险管控与远程监控系统，实现施工安全风险识别与评估，控制措施的编制与批准、工单处理、安全披露、风险在线监控，智能诊断预警等功能；开发安全监控系统，实现施工期边坡变形的自动监测。

提升质量控制手段，整合大坝碾压监测、跳车监测、注浆监测三个子系统，对施工机械工具的运行轨迹、速度、时间、激振力、注浆压力等参数进行实时监测和报警；解决渗漏、超压问题，提高施工质量和效率；加强施工进度管控，搭建以项目管理软件为为中心的信息化平台，实现里程碑进度计划的编制和批准、进度模拟、比较、监测和预警等功能；规范现场计量签证，收集现场工程量计量数据，成为项目投资控制最原始的数据支撑，并出具可回溯的付款凭据；严格的承包商评估与评价，从安全性和流动检查质量、监理站及项目进度等方面，系统自动化收集相关评估依据，实现对施工监督和定期设计承包商的自动定量评估；规范完工数据管理，根据“预备案”的要求在施工过程中自动收集，存储和归档相关数据，集成文件管理系统，实现文件的数字化传输。

4 主要问题及对策

系统建设过程中，任重道远的问题主要是数据访问标准不清晰，信息安全存在薄弱环节，从而使电站物联网传感器系统网络运行出现阻隔，出现彼此孤立、各自为政的信息孤岛。尚未在统一平台上开发的系统无法得到运用，电厂集团管理的大数据分析模型尚不完善，数据解读挖掘缺乏深度，智能决策无相应支持力量，电站的自运行维护，系统运行维护的质量无法得以保障。

在物联网抽水蓄能的全面应用和水电站项目群建设智能群控系统的全方位开发设计过程中，安全保护标准，施工标准都实现了统一化，与生产周期无缝对接，以实现系统统一的运维。统一平台将根据“总体规划，分步实施，重点突破”的原则，进行安全监控平台的建设，实现基础设施的无缝切换。

5 结论

抽水蓄能电站工程的建设是一个系统化、专业化、智能化的工程，“大云内容”智能链技术的建设，电站群的开发建设和智能化控制平台的建设，该项目群的全要素整体过程协调管理，实现集中监控、风险预警监测、历史数据查询、应急指挥调度、响应迅速、智能监测管控、大数据分析、定位精准、专业性强，营造施工管理效益，对于推动数字化智能电站和信息化智能企业的建设具有深远而持久的意义。它可以有效地促进每个项目的管理水平和集团公司管理水平的提高。