海上风电机组消防物联网系统设计与实现

2022-11-25中国电建集团国际工程有限公司中国电建集团江西省电力设计院有限公司

电力设备管理 2022年3期

中国电建集团国际工程有限公司吴迪中国电建集团江西省电力设计院有限公司李克

新时代背景之下，国家对于可再生能源的开发愈加重视，而海上风电机组的存在能够有效促进可再生能源的开发。基于此，就需要相关部门和企业加强对于海上风电机组消防安全的重视度，明确在海上风电机组中建设消防物联网的实际意义，并及时完善消防物联网系统建设。

为使海上风电机组更具安全性，消防物联网系统设计具有必要性。本文从消防物联网系统设计作用和意义入手，在系统结构、监控设计、信息化管理、数据分析等多个方面阐述了海上风电机组消防物联网系统的设计与实现，旨在希望为海上风电机组排除消防安全隐患。

1 消防物联网系统设计意义

海上风电机组建设在海面之上，由于其地理位置的特殊性，导致海上风电机组不能够像陆地上的风电机组一样能够随时进行维护工作。海上风电机组在工作时是处于机组独立运行的工作状态，并不能在值班人员看守下进行作业，所以导致海上风电机组一旦出现消防事故，陆面很可能无法实现对于机组设备的及时救援，从而造成严重的经济损失。

为保证海上风电机组设备安全，可以使用消防物联网系统对其进行安全维护，先要派专业技术人员前往海上风电机组所处位置，并为其安装一套能够自动实现消防功能的装置，然后将海上风电机组录入到消防物联网系统中，录入之后，物联网系统就可以随时实现对于海上风电机组工作状态以及健康状态的实时监控，一旦出现消防事故物联网系统就会立即报警，以实现陆面工作者的及时救援，若遇到大风大雨天气无法实现人工救援，还可以手动启动系统中的自动消防系统进行灭火操作，能够进一步保证海上风电机组的设备及运行安全，促进可再生能源开发速度。

2 消防物联网系统在海上风电机组中的设计与实现

2.1 系统拓扑结构

2.1.1 物联网网关

物联网网关是安装在海上风电机组之上、用来实现海上与陆地之间连接的网络系统，可以对数据进行分析和转换。为防止海上风电机组出现消防安全隐患，一般是将物联网网关与消防系统相互关联，一般连接时使用的是RS485串口来连接，联接之后物联网网关就可以随时监控并采集海上风电机组消防系统的所有运行数据，若出现故障或报警信息，网关就会迅速将这些信息传回陆地上的监控指挥中心，以实现海上风电机组消防安全维护。在选择物联网网关时，选择了具有国家标准的通信协议，在此通信协议的基础之上，还在网关上添加了能够远程控制的系统设置，能够实现当海面上出现大风或大雨无法实现及时救援时，能够远程操控消防系统实现紧急灭火。

2.1.2 通信网络

为保证陆地与海面能够实现顺畅的通信，在监控中心和海上风电机组之间建立了光纤环网系统，且为了保证通信网络能够具有一定的安全性，在设计时采用的是冗余技术，这种技术形式能够做到对通信网络中所有数据进行实时备份，且若在通信工作中某一点出现了系统断开，也能够继续实现数据通信工作，不会出现系统瘫痪的情况，冗余技术的使用对通信网络安全性有着重要意义。为了进一步保证通信网络安全，通信系统中所包含的所有网关、监控设备、信息化设备都应该配备独立的IP地址，并为其设立了虚拟局域网，虚拟局域网的设置会将其与光纤网络中的其他应用系统分割开来，以保证通信网络安全性能够实现进一步提升[1]。

2.1.3 监控中心

监控中心在海上风电机组消防安全维护上具有重要作用。所以监控中心的网络安全是最需要重视的。实现监控功能的软件安装至监控中心的服务器中，技术人员可以通过监控计算机上的浏览器对海上风电机组消防安全进行实时监控。为提升监控中心系统安全性和实用性，一般从两个方面进行安全维护操作：

第一，两台监控服务器所采用的是双机热备份的工作模式，也就是两台服务器可以实现同步监控进度，一旦工作服务器出现不能正常运行系统时，另一台服务器就会立即接手继续工作，给技术人员维修提供了时间；第二，每一台服务器中都有两套硬盘设备，但一个是主硬盘、另一个是基于服务器硬盘设置模式而衍生出来的镜像硬盘，若主硬盘在工作中出现异常，镜像硬盘就能够自动替代主硬盘进行工作，进一步保证了监控中心系统安全性。但海上风电机组数量会逐渐增加，产出数据量也会增加，进而会对服务器产生压力。为避免这一现象，可以使用动态扩充的方式将服务器数量做出一定程度的提升，以分担海上风电机组数量增加对服务器产生的压力[2]。

2.2 实时监控设计

实时监控的设计能够做到随时监控海上风电机组的所有消防设备的运行状态。如果出现消防问题，监控系统捕捉到后就会将这一问题通报给陆地上的监控中心。实时监控还可以实现对报警机组的定位工作，它既可以在整个海上风电机组的设备布局图中选定是具体哪一个设备出现了消防警报，也可以直接对报警机组在地图上进行精确度较高的定位。不同程度和级别的消防警报会在监控中心中产生不同颜色的警报颜色，且系统能够自动根据不同级别消防安全产出一个最佳消防方案，并提示陆地上监控中心的值班技术人员进行系统操作。

若海上风电机组出现了较为严重的火灾，监控中心会直接下达命令要求开启远程灭火系统，接收到命令之后海上风电机组自动消防系统就会开始工作。为避免工作人员出现系统误操作而耽误海上风电机组工作效率，远程灭火系统的启动需要当时值班的两名技术人员同时将启动密码输入才可以实现。

2.3 视频联动

为了保证海上风电机组的工作安全，在海上风电机组中需要设置一定数量的视频监控设备，并同时做好视频设备之间的联动工作，确保能够实现一个机组设备有两个或两个以上的视频设备做覆盖，并对这些视频设备及其所覆盖的机组设备进行准确数据记录。这一系统设置的主要目的是当海上风电机组中某一设备出现了火灾警报时，陆地工作人员可以立即根据系统记录数据调取覆盖该设备的视频监控设备，并对该设备进行多角度视频观察，以获取判断火灾警报真伪、火灾情况严重程度等信息，观察完毕后，陆地上的工作人员需要根据海上风电机组设备具体情况，来采取不同的救援手段，以保证将海上风电机组消防事故造成的损害降到最低，视频监控设备的使用也有效避免了消防系统误警报、值班人员误操作的情况产生，对于海上风电机组的工作安全和工作效率都能够有所帮助[3]。

2.4 明确消防系统建设情况

在整个消防系统都设立好了之后，需要工作人员将整个消防系统的设置绘制成一张图。通过这张绘制图，可以使陆地上的工作人员明确系统布局，为后续消防安全维护工作提供方便。在绘制图的过程之中也要注意，图中的一些具体信息一定要记录的准确细致，例如视频监控的数量、灭火控制器的数量、感烟探测器的数量等，这些数据的记录能够使工作人员明确救援方案，在海上机组设备发生消防安全问题时能够起到至关重要的作用。

2.5 消防资料信息化管理

消防系统的资料能够被完整保存是整个物联网系统得以运行的重要基础，也是在对消防设备进行日常维护和保养的技术保障。消防资料上需要明确风电机组数量、自动消防设备布局、消防设备的型号及编号等重要信息，并能够实现对信息进行实时查询与修改。消防资料信息化能够更加直接有效的对消防信息进行管理和制作。

首先，信息化平台可以对图元进行制作，技术人员在制作图元时要将图元设置为不同类型，以方便其对不同消防设备进行表达；其次，信息化平台还可以对消防设备布局图实现制作，系统中存在和CAD绘图软件级别相同的图纸，技术人员可以直接使用本系统进行布局图绘制工作，根据海上风电机组消防系统设置，利用不同图元来表示不同设备，进而实现完整消防布局图的制作。完成制作后，当海上风电机组发生火灾警报，工作人员就可以直接通过消防布局图上的定位来确定预警设备，方便后续救援工作。若海上风电机组建筑面积较大，则可以按照楼层或防火区域对消防布局图进行划分，使海上风电机组消防布局图更加清晰且具有实用性。

2.6 数据分析

大数据背景之下，可以运用现代化技术手段来帮助进行海上风电机组的消防安全维护工作。当前在市场上受到广泛欢迎的数据挖掘技术很适合应用于这一操作中。技术人员需要在监控中心的数据库中应用数据挖掘技术，数据挖掘可以通过对设备维修时间、设备完好率、日常运行数据等数据的挖掘，从中选择出有效数据并对这些数据展开分析和预测工作，数据挖掘技术还能够根据这些数据信息，对当前海上风电机组消防安全及其日常维护水平进行系统性评估，为加强其消防系统设置提供一些有效修改建议并提供做出此决策的依据，能够进一步保证海上风电机组工作安全[4]。

2.7 权限管理

在对消防系统进行管理时，也要对陆地上管理人员管理权限进行细致划分。在系统管理中主要涉及到三个部分的管理权限，分别是数据权限、菜单权限以及功能按钮权限，其中具有数据权限的管理人员可以实现对于数据范围的查看以及日常管理；具有菜单权限的管理人员可以设置是否展示某一菜单；具有功能按钮权限的管理人员则是具有随时添加、删除或更改等按钮的操作权限。

通过将管理系统中这些管理权限进行细致的划分，可以实现对管理人员的成体系管理，明确个人管理职责，保证责任能够落实到个人。若海上风电机组设备较多，在管理时还可以采用分级管理的模式，在总监控中心附近设立一些附属监控分中心，每一个分中心负责一个区域的消防系统管理，并在总监控中心实现汇总，极大地提高了管理效率，也保证了海上风电机组的安全。

2.8 自身监控

消防物联网系统是一个较为复杂、庞大的系统，且其在实际应用中具有非常重要的作用，能够保证海上风电机组的消防安全。基于此，消防物联网系统对于自身安全的监控也不容忽视，系统中应该进一步完善自身监控系统，做到当自身出现故障时能够及时预警，方便技术人员对系统进行维修，保证后续工作顺利进行。

2.9 远程调试及升级

消防物联网系统在符合国家检测标准的基础之上，添加了远程调试和软件升级的功能设置。在陆地上的监控中心中，这一功能能够随时挖掘物联网网关中传输的数据信息，并随时监控其运行情况，若服务器自身运行出现问题会及时进行预警提示。

一般情况下，若物联网网关中的嵌入式软件需要更新升级，需要专业技术人员到达现场，再对嵌入式软件进行更新,这样的软件更新方式比较麻烦，工作效率也很低，会对海上风电机组工作造成一定程度的影响。但现在通过系统处理器可以实现技术人员远程编程，编程完毕后，总监控中心会将代码通过通信网络传输给互联网网关，互联网网关通过对监控中心传来的嵌入式软件更新代码的接收，可以对代码正确与否作出检测，若代码正确无误便可以实现嵌入式软件的自动更新，这一功能能够有效提升海上风电机组嵌入式软件更新效率，以保证海上风电机组工作能够顺利进行。