一种电厂运行工作安全监控平台的设计与实现

裴险峰，王敬启，李伟，冯蓓蓓，张扬

国能宁夏鸳鸯湖第一发电有限公司，宁夏灵武，751400

0 引言

电力资源作为日常生活、工作中不可或缺的基础资源，电力设施的发展对于国家经济建设有着非常重要的推动作用。我国目前正处于经济快速发展的阶段，城市化进程不断加快，用电需求量与日俱增，这些都给电网运行的安全性和稳定性提出了新的挑战。电网系统中设备众多，自动化程度高，不同设备之间联系密切，复杂的工况环境给电厂工作带来了一定的危险性。在电力生产过程中，电力设备会受到多种因素的影响而出现故障和事故，大多数事故产生的原因都是由于违反操作规程，给电厂带来重大的损失[1]。为了避免故障造成损失，需要定期安排巡检，做好应急预案。传统巡检方式主要依赖于人工操作，随着电网系统复杂程度的提升，巡检工作强度和难度增加，电网系统安全隐患排查只能凭借巡检人员的个人经验，巡检人员的经验和知识积累的水平存在较大差异。因此，会对电厂工况的巡检效果造成干扰。传统的人工巡检难以使用量化的指标进行监督和考核，无法进行系统化管理，电网运行的可靠性和稳定性无法得到有效保障。在电网智能化发展的过程中，利用计算机网络系统、传感器技术和无线网络技术可以极大地提升信息采集和处理效率，有序合理地处理大量复杂信息，提升电厂巡检效率。应用计算机技术、多媒体技术、无线传输技术实现对电厂运行工作状况的监测，现场工作人员从过去的现场巡视，转变为在控制室进行监测和控制，计算机替代了大量的人工操作，不仅可以减小人们的劳动强度，而且可以优化人力配置，甚至可以实现无人值班等自动化管理，最大限度地提升电力企业的经济效益。

1 电厂运行工作安全管理现状评价

电厂是提供电能的主要场所，包括将不同形式的原始能转化为电能并进行输送。我国目前正处于快速发展阶段，工业化的发展和城市化建设过程中，对于电能的依赖程度也越来越高。因此，确保电力资源的安全、可靠供应是国家进步、社会和谐稳定的重要基础，也是电力工作者关注的焦点。电厂运行工作中，各种大型的发电设备和电能输送设备的工况是影响电网运行安全性的重要因素。传统的电厂运行设备安全管理主要依靠人工巡检，但是伴随着我国电网规模的不断扩大，发电设备日趋复杂，传统人工巡检的方法在时效性和准确度方面都显现出了严重的不足，潜在的安全风险无法及时有效地进行排查，导致电厂设备运行过程中出现各种事故，严重阻碍了电厂的安全生产。在国家经济快速发展的大背景下，电厂运行工作安全管理的重要性突出，不仅关系着电力企业自身的发展，更影响着每一个人的切身利益，下面对电厂运行工作安全管理发展现状进行简要分析。

1.1 电厂系统数据传输时效性不强

电厂系统复杂繁多，在规划过程中没有进行有效的统一整合，控制器模块、数据接口多样化，并且规格和通信协议无法统一，难以实现数据共享，导致数据传输不通畅，无法实现设备数据信息的实时采集和更新。对于数据资源缺乏深度挖掘，数据整体利用水平较低，难以将数据分析结果及时地反馈给控制室，削弱了数据采集、统计、分析的应用价值[2]。

1.2 安全管理系统功能不完善

在电网智能化建设过程中，现有的电厂运行工作安全监控管理系统的使用效果并不理想，功能不完善，网络应用范围较小，系统模块数据接口不统一，信息传输的时效性和准确性难以保证。不同业务信息系统自行确定传输格式，底层传输软件不统一，业务信息系统之间的交流受阻。

1.3 人为因素影响管理效果

电厂运行工作安全管理内容复杂繁琐，涉及设备检修、变电运行和调度等多个专业，对于从事电厂运行工作安全管理人员来说具有较高的专业性要求，不仅需要熟悉和掌握计算机监控系统知识，还需要熟悉和掌握电厂运行工作安全管理的重点和相关注意事项。由于我国电网智能化建设仍处于发展阶段，对于人才的需求量较大，一旦现场管理人员的专业技能和职业素养存在偏差，将直接影响电厂运行工作安全管理的效果。

2 电厂运行工作安全监控平台设计

随着电网系统智能化程度的不断提升，电力需求量与日俱增，电厂运行工作的稳定性和安全性成为人们关注的焦点。电厂设备巡检工作是确保电网系统运行稳定性和安全性的关键，尤其是在我国经济快速发展的今天，电网系统的稳定性具有非常重要的意义。电厂运行工作安全监控平台是实现电网智能化管理的核心环节，安全监控平台设计的主要目的是提高电厂运行的安全性和可靠性，减轻人工巡检的劳动强度，提升实时检测的效率，为电网系统的安全稳定提供保障。电厂运行工作安全监控预警平台采用模块化设计，不同的计算容量、规模可以根据功能进行调整，抗干扰能力和可靠性更强，某一个模块出现故障，系统其他部分仍然可以正常工作。与此同时，分布式模块化设计对信息传输的要求较低，减少了大量信息传输给控制中心造成的数据处理压力，提高了系统运行的可靠性[3]。通过数据中心实现集中式的数据存储，把经过清洗后的结构化和非结构化数据，通过大数据技术进行存储和管理。在此基础上，通过大数据服务组件，对业务数据进行在线分析、归类、整理、统计、展示。采用Spring Cloud微服务框架，建立抽象、松散耦合和粗粒度的软件服务组件，每个组件独立部署，拥有自己的运行空间，组件之间通过RESTAPI方式进行调用，可以最大程度保证平台的灵活性和扩展性。在应用层面，与任务终端系统、掌上办公系统链接，实现信息交互，从而使平台具有即插即用、灵活扩展的特性。在展现层，以平台作为系统的统一门户，所有与系统相关的信息都可以在平台上信息交互。安全监管人员通过监控中心对作业现场和企业安全管理总体状况进行实时监控。

2.1 电厂不安全行为的界定

电厂不安全行为包括人、机、环境三部分，具体包括人的不安全行为、设备的不安全状态以及突发环境因素。在电厂运行过程中人的不安全行为是造成电厂安全生产事故的主要原因。由于现场工作人员的不规范操作引发的安全事故，会造成电力生产中断，严重时还会危及人员生命。人员的不安全行为主要包括忽视安全、错误操作、人为造成安全设备失效、使用不安全设备、物体存放不当、徒手代替机械操作、进入危险区域、干扰和分散注意力行为、忽视个人安全防护、接触易燃易爆物品等。因此，确保工作人员严格按照规范操作是电厂安全运行的重要内容[4]。

2.2 电厂运行工作不安全特征提取

电厂运行工作安全监控管理平台借助传感器、仪表、仪器、探测设备迅速采集电厂运行环境中存在的危险因素、有毒有害物质、不安全危害程度、影响范围及变化，对电厂设备运行状态进行实时监测，对工人操作规范进行监督，提供可靠准确的数据信息，改善电厂工作的环境，改善生产工艺过程，降低人为操作或者设备故障导致的事故。电厂运行工作安全监控平台可以对监测对象进行实时监测和远程控制，对危险源的可控制性进行分析后，选择相应的危险源从事故临界状态修复到安全状态，实现过程控制、安全状态信息监测、应急控制、故障诊断、专家决策等功能。

此外，电厂运行工作安全监控管理平台支持同时开展多个作业现场风险实时可视化的安全管控系统：利用负责人佩戴智能终端设备，实现公司分散的每个作业现场的精准位置、现场视频、作业风险、安全交底、安全措施及监护人员位置、轨迹等情况，实时传输至公司的云端安全风险管控系统，系统对各个作业现场实现远程监督、远程喊话、高级指挥、强插、强听、录音、召开临时会议、发布即时信息、远程开启和关闭终端录像、拍照、数据存储、用户管理的功能，实现公司、检修作业现场两级的信息交互、作业管控、风险监督、远程指挥、过程存证、事后追溯等功能[5]。

电厂运行工作安全监控平台根据电厂运行过程中人、设备、环境中提取的不安全行为特征，再结合安全行为标准数据库对采集到的行为特征进行处理，判断是否为不安全行为，利用SVM、xgBoost等机器学习算法建立模型，对未标注图像所提取的特征进行分类标签化，将采集到的各种特征按照不同类型划分至各自特征类中，将电厂运行工作中不安全行为所提取的特征数据存储至不安全行为特征库中，以为后续行为识别使用。电厂运行工作不安全特征库建立流程图如图1所示。

图1 电厂运行工作不安全行为特征库

2.3 电厂运行安全监控平台的功能

电厂运行工作安全监控平台具有网络集成化和功能多样化的特点，该平台可以将电厂监控对象划分为若干子系统，每个子系统由相应的监控模块实行监控，所有监控系统都与控制中心保持通信，形成监控网络，实现对电厂运行工作状态的全方位监控。监控平台功能多样化，包括监测环境安全参数和设备的启停状态、火灾监测预报、水灾监测预报、电压监测预报等功能。控制中心可以根据现场传感器的数据采集结果，按照一定的预测模型进行预测计算，根据计算结果发出控制指令，实现对电厂运行工作中突发事故及发生时间、地点的定位和报警。现场传感器可以进行故障诊断、校准、调零，配置标准远程接口，统一传感器的输出信号，提高数据传输的可靠性和稳定性[6]。

3 电厂运行工作安全监测平台的应用

电厂生产环境复杂，电力设备众多，人员操作造成的安全隐患较多，这些隐患一旦没有及时处理，不仅会对员工人身安全造成严重的威胁，而且还会造成严重的生产事故。因此，规范员工操作，减少不安全因素对电力生产造成的影响是十分必要的。电厂运行工作安全监控平台负责对电力生产指标、设备负荷、发电量、燃料消耗等指标信息进行采集、数据传输、无线通信，通过控制室实现远程控制。电厂运行工作安全监控平台基于便携式移动终端，操作简单，扩展性高，提高了电厂运行工作的可靠性和稳定性，方便电厂运行管理人员在设备巡检过程中实时上传并获取现场视频数据。

为提高电厂安全管理水平，提供安全监督的抓手，重点应加强对分散的作业现场实施统一的、实时的、有效的监督，本项目基于物联网技术和成熟的移动终端设备，给每个作业现场的负责人佩戴工作记录仪系统，利用记录仪系统自带的语音、视频、位置、即时消息、存证管理、录音等功能，将分散的每个作业现场的信息，实时传输至控制中心。电厂运行工作安全监控平台在设计过程中需要满足实际工作中的功能需求，充分考虑操作人员的使用习惯。电厂运行工作监控平台的系统结构要可扩展，便于优化升级。系统要留有后续电厂投运后加入管理的接口，实现数据共享。电厂运行工作安全监控平台在实际应用过程中，要求设备管理方面尽量使用现有综合管理平台，节约成本。在现代化技术的帮助下，借助传感器技术和无线传输技术代替传统人工巡检，确保电厂安全生产。电厂运行工作安全监控平台能够准确迅速地监测电厂内各个设备的运行状态参数，还能够反映电厂设备的不正常状态，对安全隐患进行有效预判，及时采取有效的应对措施降低事故发生的概率。

4 结语

综上所述，安全生产是电力企业最根本的任务，随着国家经济的快速发展，电力需求量不断增加，电厂规模进一步扩大，装机容量和电网覆盖面积越来越大，电厂运行工作安全管理面临严峻考验。在电网智能化发展的过程中，计算机技术、无线传输技术和数据传感器技术的应用实现了电厂运行的高效管理，设计研发智能化的员工不安全行为识别及预警系统，能降低人工管理劳动强度，提升电厂智能化管理水平。