水电站应急演练系统建设研究

王夏光，宋训利，刘彦阳，邢尔鑫

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051）

0 引言

近年来，电网企业越来越重视应急管理体系建设工作，国家也不断对应急管理体系建设工作提出更高的要求[1]。2009年，为加强对应急演练工作的指导，增强应对突发事件的能力，促进应急演练规范、安全、节约、有序地开展,国务院原应急办出台《突发事件应急演练指南》，这是国内专门用于规范全国各领域应急演练活动的指导性文件。2018年4月16日，国务院应急管理部正式挂牌成立，其主要职责之一便是推动应急预案体系建设和预案演练。

应急演练是应急体系建设工作的重要组成部分，积极开展应急演练，可以有效地提升应急指挥人员对于应急流程的反应能力及熟练程度，熟悉并掌握应急演练相关职责，还能有效增强各个部门的应急配合力度，以达到降低电力系统中发生突发或紧急事件时造成的人身伤害和设备损坏。而如何有效地开展应急演练，提升应急安全管控力度、提高突发事件应对能力，是当前需要深入研究的课题。

1 应急演练基本原理

演练是创造一个人工环境让参与者在其中练习、体验、提高，并尝试进行突发事件应对的“试验场”。

1.1 应急演练的工作场原理

演练要为参与者提供一个受控的、理想的工作场景，让参演者在其中完成有限的、既定的任务。演练的运行可遵循PDCA循环原理。P (Plan)计划，即在演练中制订演练计划和进行各种演练准备；D (Do)执行，即演练的实施；C (Check)检查，即在演练实践中对演练做出评估总结。A (Action)行动，即对演练过程和评估方式进行处理，使其模式化，或者标准化，以便进行推广。

图1 PDCA循环原理图

1.2 应急演练的学习场原理

从学习角度看，演练是演练设计者为参演者提供的一个学习提高的场所。这里的学习是发挥参演者主动性的参与式、行动式学习。采用ARD原理，从行动(Action)到反思(Reflection)，再到发展(Development)，最终实现产出的逻辑过程。

图2 ARD原理图系

1.3 应急演练的心理场原理

心理学家勒温认为，心理场包括物质环境中的某些事件(即被知觉到的物质环境)，以及个人的信念、感情和目的等。从参演者个人角度看，演练对于每一个参演者而言，都是一个特殊的心理场。这个心理场是个体心理和其所在环境在其内心中的反映。演练就是通过创造一个有压力、有挑战的外部环境，构建一个群体心理场，并影响参演者个人的心理场。通过“刺激—反应—适应”这样一次次的心理循环推动参演者提高心理素质。

2 水电站应急演练不足研究

目前，各水电站严格落实应急演练各项要求，积极开展应急演练，取得了较好的成果，对于员工的应急处置能力和应急意识水平的提升有较大帮助。但是，当前模式下的应急演练也存在一些问题：①完整性不足，一般的演练都只模拟单一的故障或者单一的处理过程，而忽视了整个事件；②情景模拟效果不佳，信息推送形式单一，代入感较差，当前市场上出现的各种仿真系统可以让事故的模拟处置成为可能，但其情景的模拟缺乏渲染力，给人体验不够真实；③缺乏实战效果，当前演练需事先编制脚本，不够灵活和经济，不能够真正检验应急反应机制，不能进行多次重复演练，也不能对多种方案的效果进行对比[2]；④演练评估不足，当前应急演练评估是由观摩人员与评估人员按照演练方案中的评估表进行评估，其评估效果受制于方案编写人的技术水平。

3 应急演练系统需求研究

针对当前应急演练方式存在的问题，需采取针对性的措施来建立完整和规范的水电站应急演练系统，为技术人员提供一个符合其工作特点的事故演练系统平台，以借助该系统来全面提升专业人员应对突发事件的处置能力。当前应急演练业务流程主要包括演练计划、演练准备、演练实施、演练总结4部分，而各部分业务流程又由许多环节所构成，从而形成了应急演练的业务流程体系，如图3所示。

图3 应急演练业务流程体系

根据应急演练业务流程体系，可总结出当前应急演练系统建设的核心是要建立演练指挥管理、演练进程控制、演练资源管理、演练评估等功能模块。

3.1 演练指挥管理

演练指挥管理指的是在应急演练过程中，导演组可以随时调整演练目标，主要包括人物运行状态、任务执行、目标添加、目标取消、目标设定等功能[3]。

3.2 演练进程控制

演练进程控制指的是在应急演练过程中，能够根据演练项目的相关事件信息来启动后续事件，并控制演练项目的发展以及结束，对于不同的事件，还可以根据演练的进展情况，手动推送演练信息，以实现应急演练的启动、退出、停止。

3.3 演练资源管理

演练资源管理指的是能实现对系统运行方式、应急处置场景、评价模型等演练资源管理，并实现在脚本制作中调用。通过调用演练资源模板的方式，能够快速构建出事故应急处置场景。

3.4 演练评估管理

演练评估管理指的是在应急处置的演练过程中，可以对整个演练过程以及所有参演人员处置步骤进行评价，从而确定应急演练达到的具体效果，并在演练结束后生成演练总结报告，以供其他观摩人员或受训人员学习。

4 应急演练系统功能研究

根据应急演练系统的功能需求分析，可以将应急演练系统划分为5个部分，即演练资源管理子系统、应急预案/异常事件演练子系统、综合演练子系统、应急演练培训子系统及系统管理子系统，各子系统下又构建了相应的功能模块，从而形成了应急演练系统功能设计图，如图4所示。

图4 应急演练系统功能设计图

4.1 演练资源管理子系统

演练资源管理子系统包含系统库管理、设备库管理、应急专家库管理、评估标准库管理、术语/指令库管理、运行图册库管理等功能模块，具有对应急处置场景、系统运行方式、评价模型等管理的功能，可实现对应急处置场景、系统运行方式、评价模型等的存储、生成、输出，便于在演练项目和脚本生成过程中方便快速地调用。

4.2 历史异常事件/应急预案演练子系统

历史异常事件/应急预案演练子系统主要用于历史异常事件/应急预案事件的演练的反复学习演练，促进持续提升。系统主要包括参演人员预设、演练进程控制、演练评估、即时通信管理、演练项目信息查看等功能模块，参演人员预设是在演练脚本和参演角色生成后，实现角色与任务的预先设置，将每个演练任务分配到系统所提供的角色；演练进程控制可实现演练启动、暂停、退出及演练录制、回放，控制演练的发展和结束等；演练评估是根据演练进展，对演练环节进行过程评估，避免演练结束后评估不够全面；即时通信管理是在演练过程中进行语音通话，并同步实时文字识别，实现演练过程的语音通信；演练项目信息查看可以实时查看演练项目信息、演练项目中评估标准及演练相关内容记录与统计等[4]。

4.3 综合演练子系统

综合演练子系统主要用于无脚本形式的盲演，主要由应急演练制作、应急实施、应急演练评估功能模块组成。应急演练制作包括演练场景、运行方式、演练脚本、评估标准、参演角色、演练任务等演练基本信息生成，及参演人员预设、演练项目信息查看等。演练基本信息生成可以选择自主编辑或调用演练资源管理库模板方式开展，演练基本信息生成后通过参演人员预设实现角色与任务的绑定，演练项目信息查看实现演练项目信息、演练项目评估标准等实时查看，给评估人员提供参考。

应急演练实施用于演练进程控制、演练信息推送、演练过程信息记录。演练进程控制用于对演练节奏的控制；演练信息推送可以根据设置的关键信息点，实现信息的自动推送给特定演习对象，也可由导演组手动推送给特定演习对象；演练过程信息记录实现记录和统计演练相关内容，包括演练项目名称、参演人员、演练开始及持续时间、演练过程描述、演练评估报告、演练过程录像、演练通信记录等。

应急演练评估具有评估标准查看、演练过程评估、评估结果管理等功能。评估标准查看可实时查看演练项目中评估标准，给评估人员提供参考。演练过程评估可根据评估标准，在演练中对演练过程的任何一个环节进行评估，避免演练结束后评估不够全面。评估结果管理将评估内容汇总生成评估报告，任何人员都可查看本次演练的评估结果。同时将评估报告发布至培训子系统并与相应的应急预案或异常事件管理，在开展培训时可根据评估结果突出培训处置重点。

4.4 应急演练培训子系统

应急演练培训子系统由演练计划管理、培训课程管理、培训资料管理模块组成。演练计划管理主要用于提供演练计划模板，可根据需求建立年度、三年、五年演练计划；培训课程管理可以根据培训计划新建培训课程，然后根据培训方式可以选择知识内容培训或者是情景内容培训；培训资料管理给用户提供培训资料库，各用户根据权限实现培训资料上传、查看以及下载等功能。

5 应急演练系统结构研究

5.1 软件架构

水电站应急演练系统采用B/S构架，即浏览器和服务器架构模式。这种模式统一了客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用。系统划分为4层，从下到上依次为接口层、数据层、服务层和应用层，如图5所示。

图5 系统总体架构图

接口层能保障本系统各模块之间的通信、网络、图像、信号等实现可靠的互联互通和及时互动，最大限度地进行水电站应急过程的模拟和演练。接口层的内部系统接口实现各功能模块间的数据交换和数据共享。外部系统接口可实现与电厂第三方平台之间的信息交互。

数据层的数据中心集中存储系统的业务数据，主要包括模型库、专家库、资源库、演练脚本库、演练进程信息库、文档库等。

服务层提供了一些基础功能服务，包括应用控制、过程记录、即时通信、文档生产等，供水电站应急演练系统调用。

应用层包括演练资源管理子系统、应急预案/异常事件演练管理子系统、综合演练管理子系统、应急演练培训管理子系统等5个应用功能模块，共同组成应用层面的电力应急演练系统。应用层和服务层主要考虑参与指挥人员、参演小组、评估人员、系统管理人员的操作以及信息交流与反馈情况。总体上能保证用户的操作体验，信息交流通畅以及问题处理及时。

5.2 硬件结构图

水电站应急演练系统由VR设备、语音输入设备、云服务器、交换机、移动及固定终端等组成。交换机用于网络的连接，将VR设备及语音设备与应急演练系统服务器建立连接，将水电站第三方平台与应急演练系统服务器建立连接。终端计算机、手机及平板电脑等移动终端用于应急演练系统的人机交互，完成系统的人工操作、设置、报警等，例如用户权限许可、演练脚本及专家库调用、启动演练方案等。

图6 应急演练系统硬件结构

6 应急演练系统关键技术原理

6.1 数据库管理技术

数据库管理技术是有关建立、存储、修改和存取数据库中信息的技术，是指为保证数据库系统的正常运行和服务质量，有关人员须进行的技术管理工作。在应急演练系统中，可利用数据库管理技术具体化异常事件现象及处置内容，标准化处置流程。

6.2 模块化设计技术

模块是指一组具有一定功能特征要素的组合单元。模块化设计是指在一定范围内使用不同模块对系统进行规划和组织，以满足不同需求的设计方法。利用模块化设计技术，对应急演练资源库分类模块化设计，供应急演练脚本制作和演练过程中使用。

6.3 移动互联技术

移动互联技术是指互联网技术、平台和应用与移动通信技术结合并实践的活动总称，能通过移动终端对因特网上的信息进行访问，并获取一些所需要的信息，在应急演练系统中可实现远程登录、多人参与，打破空间限制。

6.4 水电站数字仿真技术

水电站数字仿真技术包括水电站水力过渡过程数字仿真、发电机仿真、变压器仿真等，能动态显示各物理量之间的变化关系，丰富应急演练系统功能。

6.5 VR技术

VR技术综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，通过佩戴VR终端，使演练人员置身于具有视觉、听觉、触觉甚至嗅觉的虚拟电站运行环境，实现演练人员与电站设备设施的信息交互。

7 结论及建议

按照应急演练系统的建设思路所构建的应急演练系统，能够有效提升员工的危机管理意识，可以使员工明确在处理突发事件过程中的责任和处置流程，能够有效丰富员工在应急处置过程中的指挥、协调、决策等方面的能力和经验，可以满足水电站各层次应对突发性灾害事件的应急演练和培训需求。

此外，建议可进一步研究对接水电站监控系统功能，建立应急演练专家库，当监控系统出现异常事件典型信号、典型现象时，自动弹出相关处置措施，辅助当班值长决策，实现高效应急处置。