基于大数据技术的智慧电厂作业预警系统设计

裴险峰 王敬启 李伟 冯蓓蓓 张扬

摘要：在全面推进智能电网建设的战略目标，建立高标准的电力能源企业过程中，电厂作业过程的监控和风险预警面临着新的要求。为满足这一要求，文章提出如何利用智能化监控设备和大数据技术，对电厂作业行为进行实时监测，为电厂作业风险预警提供全面的数据支持。在此基础上，文章着眼于大数据技术在智慧电厂作业预警系统中的应用展开研究，以期通过智慧电厂作业预警系统的使用，实现对电厂作业过程的智能监测与评判，从而加强风险防控。

关键词：大数据；智慧电厂；风险预警；设计

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.04.024

中图分类号：F 426.61，TP 311.13          文献标志码：A           文章编码：1672-7274（2024）04-00-03

Design of a Smart Power Plant Operation Warning System Based on Big Data Technology

PEI Xianfeng1， WANG Jingqi2， LI Wei1， FENG Beibei2， ZHANG Yang1

（1. Guoneng Ningxia Yuanyang Lake First Power Generation Co.， Ltd.， Yinchuan 750000， China;

2. Guoneng Ningxia Yuanyang Lake Second Power Generation Co.， Ltd.， Yinchuan 750000， China）

Abstract： In the process of comprehensively promoting the strategic goal of smart grid construction and establishing a high standard power energy enterprise， the monitoring and risk warning of power plant operation process face new requirements. To meet this requirement， this article proposes how to use intelligent monitoring equipment and big data technology to monitor the operation behavior of power plants in real time， providing comprehensive data support for risk warning of power plant operations. On this basis， this article focuses on the application of big data technology in the smart power plant operation warning system for research， with the aim of achieving intelligent monitoring and evaluation of the power plant operation process through the use of the smart power plant operation warning system， thereby strengthening risk prevention and control.

Keywords： big data; smart power plants; risk warning; design

伴随着社会经济高速发展，能源需求量持续增长。为更好地缓解能源紧张状况，需要不断扩大电网规模，大力发展清洁能源，利用水力发电、太阳能发电和风力发电等新能源技术，提高电能储备水平。新能源接入电网后，需要各方资源协调配合，才能满足电能输送要求。否则，新能源的波动性和间歇性将影响电网运行的稳定性。此外，变电站分布广泛，发电设备种类繁多，进一步增加了电厂的监控管理难度。因此，任何一个环节发生故障，都可能引发连锁反应，导致严重事故。研究发现，传统电厂的环境监测和预警系统，只能进行视频监控，缺乏数据采集和异常分析等功能。依赖人工巡检，作业人员人身安全难以有效保障。同时，人为因素也可能导致监管不力、维护效率低下等问题。随着物联网和大数据技术的发展，智能监控设备和风险预警系统逐步在电厂风险管理中应用，以推进电厂安全生产[1]。本文基于大数据技术，设计研发一种智慧电厂作业风险预警系统。该系统通过视频监控和大数据分析，帮助电厂进行环境监测和风险预警，实现智能化管理。

1   智慧電厂风险管理现状评价

智慧电厂建设应遵循采用自动化技术的原则，实现电厂作业的信息采集和数据分析，优化电厂生产和资源配置，实现安全、高效、低碳的绿色发电模式。智慧电厂可以将电厂与其他产业进行融合发展，在提高能源利用率的同时，推动绿色生态经济的循环发展。通过大力发展生物质能、水力发电、太阳能发电、风力发电、储能电站等新能源，还可以高度融合先进的生产运营理念，为社会发展和居民生活提供可靠的保障[2]。

当前，在城镇化进程中，社会用电需求量日益增长，电网覆盖面不断扩大，对电网运行的安全性和稳定性的要求也越来越高。电网设备运行维护中，需要对损耗严重、老化明显的电网设备进行定期检修[3]。部分电网线路的检修需要进行带电或近距离操作，以避免停电检修造成的负面影响。带电作业虽可保证电力供应的连续性，但也提高了作业风险，部分电厂作业空间相对特殊，也增加了安全隐患。为确保电厂作业人员的人身安全、提高作业效率，有必要对电厂作业风险进行有效控制。

近年来，随着经济的快速发展，智慧电厂建设步伐不断加快，相关技术研究也在持续完善。部分电厂已配备了监控预警系统，通过监控设备可以获取各类数据信息，并支持数据分析和趋势预测等，助力企业实现智能化管理。但在实际应用中，监控管理系统往往独立于企业管理体系之外，难以与企业管理平台建立联系，无法实现数据共享和资源有效利用。因此，有必要运用大数据技术对电厂生产过程进行有效监控，提高数据利用效率，增强预警的科学性和合理性，以满足新时代背景下电力企业发展的需要[4]。

2   智慧电厂作业预警系统设计

该系统的设计与应用，可以对电厂生产运营全过程进行动态监测，分解作业步骤，识别员工在执行每个操作环节中可能存在的不安全因素；同时，预警结果将上传至控制中心，为电厂安全生产保驾护航。系统监控数据来源于电厂生产现场和企业运营管理系统，使用大数据分析技术对数据进行深度挖掘，用于指导生产和风险预警。此外，该系统还可以对电气设备进行智能巡视，实现隔离开关的分合状态识别、开关柜刀闸的识别、表针的识别，以及火灾、烟雾、地面积水等状态的监测。

2.1 硬件设计

电厂作业风险预警系统采用分层设计原则，主要包括展现层、功能层、数据层。该结构简单易扩展，具备友好的人机交互界面，便于操作。展现层通过网络浏览器显示系统的主界面。功能层提供安全监测、事故分析、预警分析和风险评价等核心功能，能對电厂作业中的各种危险源进行全面和细致的识别，提供合理的风险预警措施，满足常规作业中对风险的监控和预警需求。数据层包含风险数据库、风险管控方法库、模型库和专家知识库，实现参数监测、事故识别、隐患分析、风险预警、信息反馈与评价等功能，通过持续循环为知识库积累经验，确保风险预警系统的有效性和先进性[5]。电厂作业风险智能预警系统架构如图1所示。

2.2 功能设计

电厂作业预警系统基于统一的软件平台和数据库，具备数据分析、风险识别和预警等功能。电厂作业数据的采集与分析、风险识别与预测是风险预警系统的核心。风险无处不在，风险预警系统的意义在于通过科学有效的方式识别风险，预测可能导致的后果并制定针对性的防范措施，确保电厂安全生产。电厂作业环境复杂多变，电气设备众多，特种作业频繁，存在诸多不安全因素，这些潜在的危险将对员工生命安全造成严重威胁。电厂作业风险预警系统结合风险数据库，从人、机、环境、管理四个方面对作业区域内的安全风险事件进行分析，识别安全事故的风险源，并能够快速评估风险发生的可能性及其损失，确定风险等级并进行预警[6]。

人、机是电厂生产中不安全因素的最直接诱因。电厂生产环境对人的行为和设备的影响，是引发安全事故的重要因素；不规范的管理也会导致电厂安全事故的发生。在识别安全事故风险源的基础上，深入挖掘诱发这些风险源的因素，可以更具针对性地应对风险防范的目标。结合电厂作业的客观环境，制定管理标准和风险管控方案。风险预警系统在数据采集中需要借助传感器，对监控区域内的各设备参数和人员活动进行实时采集，这些数据可通过无线网络传输至计算机控制中心，并通过神经网络技术进行预处理、特征提取等。在对数据信息进行识别和预测的过程中，系统可以建立风险预警模型，对不同安全风险数据进行分类，当数据超过预警值时，判断存在风险情况，此时系统自动进行风险预警[7]。

此外，基于大数据技术的智慧电厂作业预警系统，可以通过无线数据传输的方式，将传感器采集的实时数据传输至控制中心，并在第一时间反馈现场作业人员和设备的运行状况。控制中心和监控管理人员与作业人员可通过无线网络保持联系，掌握现场作业情况，针对异常情况进行部署。通过存储设备保存现场视频和数据，监控管理人员可在数据库中随时调取和查询。GPS定位设备可准确定位风险所在的具体位置，在发生意外时为施救提供定位协助。在线气体检测仪实时检测气体浓度，工作人员可实时查看检测数据。如果作业现场环境中气体浓度超出设定值，可现场发出警报，工作人员看到发光和声音报警，及时采取救援措施。

3   电厂作业风险预警系统的应用价值

安全生产是电力企业发展的重要基础，安全事故不仅会给电力企业造成巨大经济损失，还会影响社会和谐稳定。基于大数据技术的智慧电厂作业预警系统，结合了先进的大数据技术和监控装置，实现了对电厂的智能化管理。系统利用作业现场环境监测设备、作业人员生命体征监测设备等所采集的数据，准确识别作业安全风险并进行风险报警。系统具体包括：作业状态监控和作业风险报警两个大的功能模块。作业状态监控是对监控范围内的人员动作、人员生理指标等数据的采集和分析，实现对现场环境状态和人员作业状态的全面监控。作业风险报警可以通过建立风险识别模型，对采集到的数据信息进行计算分析，评判作业现场的风险点和确定风险等级，并实现风险的自动报警提示。

现代电网容量越来越大、自动化程度越来越高，供电范围越来越广，出现安全事故所造成的危害是无法估量的。因此要借助现代化的监控技术和风险预警系统提升电力生产的安全水平。电厂作业风险预警系统可以通过接入地方气象数据库，实现对电厂作业区域内的气象风险、环境风险的智能预警，完成电厂作业环境信息的科学预测。通过多维动因要素耦合驱动智能辅助决策技术可以发现多种隐患和不安全因素，面向典型作业风险处置场景，对风险源进行精准分析，采取防范措施，减少安全事故的发生[8]。

4   结束语

综上所述，随着我国电网规模的不断扩大，电网智能化程度不断提高。电力企业在保障供电安全的同时，也肩负着保障生产活动中员工人身安全的重任，必须将安全生产作为企业发展的核心责任。这需要建立系统、高效的安全生产保障体系，积极运用现代化的技术手段。当前，关于电厂智能监测预警系统的研究不断深入，不仅实现了对电厂生产过程的精确监控和安全生产的保障，也极大提升了经济效益，加快了智慧电厂建设的进程。基于大数据技术的智慧电厂作业预警系统，通过视频图像监控和海量数据的智能分析，实现了作业风险的准确识别和预警信息的立体化展示，实现了对电厂全环境以及作业动态过程的精细化监管，进一步增强了作业过程的安全性，为智慧电厂建设提供了有效的技术支持。■

参考文献

[1] 邹祥波，饶睦敏，秦士伟，等．电厂环境下作业人员安全帽佩戴检测研究[J]．计算机仿真，2022（10）：265-271.

[2] 孙建伟，任建国，陈志晓，等．基于定位技术的智慧电厂作业人数统计实现与应用[J]．物联网技术，2022（3）：71-73

[3] 李亚，叶碧，高旭启，等．基于多维度数据挖掘技术的配电网不停电作业人员行为智能分析[A]．浙江省电力学会2020年度优秀论文集，2021.

[4] 贺振怀．燃煤电厂超低排放颗粒物浓度在线监测关键技术研究[D]．煤炭科学研究总院，2019.

[5] 刘阳阳．发电厂运行人员不安全行为分析及安全行为能力评价研究[D]．湘潭：湖南科技大学，2013.

[6] 刘小虎．某电厂危险气体监测系统改造[C]．中国土木工程学会燃气分会编．中国燃气运营与安全研讨会（第十届）暨中国土木工程学会燃气分会2019年学术年会论文集（下册）．煤气与热力杂志社，2019.

[7] 李维聪，胡玉涛，李伟．基于大数据平台的智能电厂数据及系统集成方案研究[J]．南方能源建设，2022（4）：143-149.

[8] 陈峥，吴双，尹耕，等．基于物联网的电厂通信设备大数据平台及应用研究[C]．《施工技术》杂志社，亚太建设科技信息研究院有限公司编．2022年全国土木工程施工技术交流会论文集（上册），2022.