基于抽水蓄能電站安全管控的“五系統(tǒng)一中心”建設研究

靳國云 徐學兵 曹永闖 趙俊杰 秦連樂 王圣朝

河南天池抽水蓄能有限公司，中國·河南 南陽 473000

論文主要介紹了某抽水蓄能電站“五系統(tǒng)一中心”系統(tǒng)建設的背景、基本架構和各子模塊的主要內容、功能作用和實施的應用效果等。該系統(tǒng)為該電站工地施工現(xiàn)場安全監(jiān)控管理提供了先進的技術手段，通過安裝在施工作業(yè)現(xiàn)場的各類傳感裝置，構建智能監(jiān)控和防范體系，有效彌補了傳統(tǒng)方法和技術在監(jiān)管中的缺陷，變被動“監(jiān)督”為主動“監(jiān)控”，為電站安全管控能力升級提供了技術保障和管理手段。

抽水蓄能；安全管控；監(jiān)測

1 引言

抽水蓄能電站具有調峰、填谷、調頻、調相和緊急事故備用等功能，可有效緩解電網(wǎng)調峰壓力，對改善電網(wǎng)運行條件，維護電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，對提高供電質量和電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性具有重要作用。當前中國抽水蓄能電站工程現(xiàn)場點多面廣、管理人員少，進出地下廠房的管理人員和施工人員非常多，也非常頻繁，通過對進出地下洞石群施工人員進行登記，遠不能滿足電站安全監(jiān)督管理的要求，存在諸多安全隱患，并且缺少有效的安全管理手段，主要表現(xiàn)在以下幾點。

（1）對進入地下廠房的人員無法進行人員定位，只能統(tǒng)計進入地下廠房的人數(shù)而無法知道每個人員所在的具體位置，這對電站的安全管理和事故發(fā)生時救援來說難度極大。

（2）傳統(tǒng)管理模式中各個系統(tǒng)是孤立的，各自發(fā)揮相應的作用與功能，無法將所有與安全有關的生產信息收集并統(tǒng)一管理，無法實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的功能聯(lián)動，不便于實現(xiàn)高效實時的電站安全管理。如應急廣播系統(tǒng)和人員定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，在救援時就可以通過查看人員定位和視頻情況，通過廣播指引人員有序撤離事故現(xiàn)場，減少損傷，方便救援。

（3）電站對設備及進入地下廠房的人員只有通過監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的常規(guī)管理手段，但缺少有效的安全管理手段，一旦發(fā)生事故或有異常情況，可能因為不清楚地下廠房相關設備的受損情況、人員位置情況等，而無法組織有效的應急搶險或指揮。有了實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以在應急指揮中心，通過遠程看到事故現(xiàn)場，為準確高效指揮提供技術手段。

（4）沒有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，需要很多安全管理人員在現(xiàn)場進行監(jiān)督，由于施工點多面廣，安全管理人員有限，難以做到面面俱到，往往顧此失彼。

鑒于上述問題，需要建設一套集洞室門禁和人員定位管理系統(tǒng)、視頻與安保監(jiān)控系統(tǒng)、應急廣播和通信系統(tǒng)、地質預警系統(tǒng)、防墜保護系統(tǒng)、安全監(jiān)測（應急指揮）中心的安全監(jiān)控系統(tǒng)[1]。

2 主要思路

“五系統(tǒng)一中心”是以計算機網(wǎng)絡為基礎、資源數(shù)字化、管理信息化為核心，通過信息交換和共享，將洞室門禁和人員定位管理系統(tǒng)、視頻與安保監(jiān)控系統(tǒng)、應急廣播和通信系統(tǒng)、地質預警系統(tǒng)、防墜保護系統(tǒng)、安全監(jiān)測（應急指揮）中心等不同功能的系統(tǒng)，通過統(tǒng)一的信息平臺實現(xiàn)集成，以形成具有信息匯集、資源共享及優(yōu)化管理等綜合功能的應用系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)對電站基建安全管理過程的有效監(jiān)控[2-3]，各功能子系統(tǒng)建設方案如下。

2.1 洞室門禁和人員定位管理系統(tǒng)

（1）洞室門禁管理系統(tǒng)：在地下廠房交通洞洞口、通風兼安全洞洞口、高壓出線洞洞口、尾水洞等地下洞室群主要進出口等部位采用道閘、人員身份識別設備等系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)人員、車輛、機械設備等進出登記功能和管理的系統(tǒng)。主要功能如下：

①能夠在門閘通行時鑒權放行或禁止通行。

②能夠進行事件記錄。

③能夠在門禁或控制器發(fā)生故障或異常時告警。

④能夠追溯查詢。

⑤能夠通過門禁實現(xiàn)人員的輔助定位。

（1）人員定位管理系統(tǒng)：采用人員定位基站、緊急求救信號系統(tǒng)相結合的方式，實現(xiàn)人員定位、安全管理和緊急求救的功能。主要由服務器、定位基站、適合攜帶的電子標簽等設備組成。主要功能：

①人員實時定位功能。具備洞室實時畫面定位顯示功能，能夠追蹤指定的人員，地圖隨著指定的人員的移動自動切換。

②報警功能。上位機發(fā)出報警信息后，定位標簽會以振動、聲音或閃光信號提醒佩戴者發(fā)生了緊急情況，佩戴者可根據(jù)預先設定的緊急情況處理預案及時動作。

③現(xiàn)場報警功能。定位標簽上設置報警按鈕，現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)危險情況，可以向上位機報警，監(jiān)控室人員根據(jù)現(xiàn)場人員報警的位置調動監(jiān)視設備或引起注意，根據(jù)相應預案緊急處理。

④統(tǒng)計功能。能夠實時統(tǒng)計當前洞室群人員數(shù)量、詳細人員信息，事故發(fā)生時，可以迅速確定相關遇險人員的數(shù)量，準確定位事故地點。能夠統(tǒng)計與考核人員的出勤情況（進出次數(shù)、進出時間、時長）。

⑤實時跟蹤功能。監(jiān)測中心操作人員可通過定位系統(tǒng)平臺，對洞內人員移動路線進行實時跟蹤?？蓪ζ溥\行軌跡在分布圖上進行形象直觀的動畫回放。

⑥緊急求救信號系統(tǒng)功能。求救人員能夠通過系統(tǒng)“主動呼救”；當突發(fā)情況發(fā)生時，無線定位系統(tǒng)能夠在電子地圖中顯示人員的最后活動位置及其他信息，為精確緊急搜救提供重要參考。能夠在大屏顯示系統(tǒng)或工作站顯示器中自動彈出求救點當前的關聯(lián)視頻信號。

⑦電子地圖功能。采用電子矢量地圖進行全局或區(qū)域位置顯示顯示人員/車輛/設備的實時位置。

⑧熱力圖功能。通過熱力圖能夠分析員工及車輛每天工作的活動范圍以及每個活動地點停留時長。

⑨電子圍欄功能。能在地圖上設置和刪除電子圍欄信息，同時能夠設定該電子圍欄觸發(fā)條件。

2.2 視頻與安保監(jiān)控系統(tǒng)

基于IP 網(wǎng)絡，能夠對音視頻、數(shù)據(jù)、告警及狀態(tài)等信息進行遠程采集、傳輸、儲存、處理，對云臺、鏡頭等設備進行控制，獨立完成視頻監(jiān)控相關業(yè)務的系統(tǒng)。視頻與安保監(jiān)控系統(tǒng)具有以下功能[4]：

（1）瀏覽實時現(xiàn)場圖像，自動調焦、巡航。

（2）本地錄像功能及回放，為設備故障或事故分析處理提供準確、可靠依據(jù)。

（3）發(fā)生火警、非法闖入、手動報警時，能自動推出關聯(lián)的攝像機圖像，并發(fā)出圖像報警提示。

（4）視頻圖像監(jiān)視，移動偵測和異常情況自動跟蹤監(jiān)測、報警、錄像。

2.3 應急廣播和通訊系統(tǒng)

采用數(shù)字技術開發(fā)的智能語音廣播系統(tǒng)，具備安全播報、調度指揮、安全監(jiān)測、公共語音等功能。在地下廠房交通洞洞口、通風兼安全洞洞口、主變洞區(qū)域、主廠房區(qū)域、母線洞區(qū)域、各隧洞交叉口布置一定數(shù)量的IP 網(wǎng)絡廣播對講終端。具體功能如下：

（1）能自動對特定區(qū)域發(fā)出安全告警，指揮相關人員撤離或采取必要措施，最大程度減少救援過程次生影響。

（2）能對終端用戶進行對講、監(jiān)聽、控制、錄音。

（3）任意終端之間能夠實時雙向語音對講。

（4）任何狀態(tài)下可對特定區(qū)域進行緊急廣播通信。

（5）服務器癱瘓時，廣播通信終端仍能對講通話。

（6）具有報警聯(lián)動功能。收到聯(lián)動信號自動播放預先錄制好的數(shù)碼語音廣播，與洞室門禁、人員定位及視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動。

2.4 地質預警系統(tǒng)

勘測設計單位、安全監(jiān)測單位等提供的地質預報等資料及水工自動化監(jiān)測系統(tǒng)采集的觀測數(shù)據(jù)、水情測報等信息，傳輸至安全監(jiān)測（應急指揮）中心，供監(jiān)測、預警使用的系統(tǒng)。具體功能如下：

（1）水工設施預警系統(tǒng)功能。能夠呈現(xiàn)水工建筑物位移、沉降、揚壓力、滲水量等重要安全數(shù)據(jù)。能夠通過比對歷史數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)變化值，實現(xiàn)安全預警。

（2）水情預警系統(tǒng)功能。能夠呈現(xiàn)各水庫水位、出入庫流量、降雨量等監(jiān)測量；能夠對測量值變化進行趨勢分析和呈現(xiàn)；能夠通過計算增速，判定增速是否超越閾值，實現(xiàn)安全預警。

2.5 防墜保護系統(tǒng)

防墜保護系統(tǒng)用于保護人員、設備在有墜落風險區(qū)域安全作業(yè)的系統(tǒng)，如洞室群高空作業(yè)、高臨邊、橋式起重機軌道兩側邊緣區(qū)、斜豎井坡度作業(yè)區(qū)。具體功能如下：

（1）能夠探測警示區(qū)域人員活動，向安全監(jiān)測中心發(fā)送警示事件，并進行聯(lián)動處理。

（2）能實時監(jiān)控提升設備荷載，并具有超載保護報警、限載啟動和作業(yè)平臺防墜保護等功能。

（3）能夠遠程監(jiān)視實施防墜保護監(jiān)護。

（4）監(jiān)控指揮人員能通過應急廣播系統(tǒng)對現(xiàn)場進行喊話。

2.6 安全監(jiān)測（應急指揮）中心

安全監(jiān)測（應急指揮）中心用于洞室門禁和人員定位管理系統(tǒng)、視頻與安保監(jiān)控系統(tǒng)、應急廣播和通信系統(tǒng)、地質預警系統(tǒng)、防墜保護系統(tǒng)等相關信息匯集、存儲、處理，實現(xiàn)人機交互的軟硬件信息平臺核心[5]。具有集中管理、分散控制、優(yōu)化運行、接收和發(fā)出報警信息、系統(tǒng)設備狀態(tài)在線偵測、自定義電子地圖、視頻錄像與備份、控制指揮、視頻會議等功能[6]。

通過接入“五系統(tǒng)”中的相關監(jiān)測信息、安全信息、事件記錄、音視頻等，實現(xiàn)“五系統(tǒng)”集中的實時安全監(jiān)測功能。能夠通過電子地圖或HMI 視圖實現(xiàn)場景導航，能夠音視頻實時預覽、回放、畫面切換、畫面分割、移動、漫游。能夠無縫實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的信息共享，任一點的故障或異常報告可形成多點聯(lián)動，可預先進行預案排演應對突發(fā)情況。具備“大數(shù)據(jù)”特征，通過各個子系統(tǒng)信息進行信息采集、統(tǒng)計和分析，對于安全分析、管理決策作出數(shù)據(jù)支撐。實現(xiàn)“五系統(tǒng)一中心”的安全監(jiān)測、應急指揮、視頻會議和應急會商的功能。

綜上，具有高可靠性、技術先進性和成熟性、高安全性、擴展性和兼容性設計的電站生產安全“五系統(tǒng)一中心”建成后，除了能夠完成上述各系統(tǒng)功能外，還能把各個子系統(tǒng)有機整合在一起，將各環(huán)節(jié)的工況信息、環(huán)境信息、視頻、語音在統(tǒng)一平臺下進行有效集成，實現(xiàn)各生產環(huán)節(jié)的實時監(jiān)測和控制及不同廠家系統(tǒng)的有機融合，從而達到“監(jiān)、管、控一體化”。

3 效果和經(jīng)驗

3.1 事故應急處理及指揮

各子系統(tǒng)之間相關聯(lián)動，如發(fā)生安全事故、火災等各類突發(fā)事件時，管理平臺迅速調出事故現(xiàn)場的當前視頻、附近要道及重要出入口視頻，同時在電子地圖上顯示當前位置、人員分布以及快速疏散撤離路線，通過應急指揮中心和廣播系統(tǒng)指引人員有序撤離。

3.2 日常安全巡檢管理

該系統(tǒng)配備了專門的運行維護人員，對電站的施工安全進行實時監(jiān)控和管理，極大的提高了電站的安全管理水平，減輕了業(yè)主、監(jiān)理安全管理人員的負擔，同樣安全管理人員可以對在應急指揮中心對各個施工場地進行監(jiān)控，同時可以調取錄像查看之前是否有安全違章，同樣可以將現(xiàn)場違章拍照取證，據(jù)此加以考核，進一步加強施工安全管理。

3.3 方案處置會商

安全監(jiān)測中心可以作為值班人員全站安全生產實時監(jiān)視和應急指揮場所，通過對所有監(jiān)控區(qū)域的視頻監(jiān)控、應急廣播與對講、人員定位、門禁與道閘管理等手段進行實時監(jiān)視和遠程指揮，同時提供數(shù)據(jù)保存和回放功能，為事后分析提供依據(jù)。各參建單位可以在應急指揮中心召開早會或方案會商，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，參會人員可以直觀有針對性對現(xiàn)場存在的問題進行討論分析，問題描述直觀具體，有利于準確制定相應方案[7]。

4 結語

隨著“五系統(tǒng)一中心”建設進展，可對電站的施工安全進行實時監(jiān)控和管理，極大的提高了電站的安全管理水平，“五系統(tǒng)一中心”逐步成為電站安全管理的核心手段，運行管理人員既可以管理和使用各獨立系統(tǒng)，同時還能實現(xiàn)各系統(tǒng)的聯(lián)動功能，有力地提升了系統(tǒng)的應用效能，減輕了業(yè)主、監(jiān)理安全管理人員的負擔，為電站建立起一套完善的生產安全技術保障體系和應對突發(fā)事件的應急指揮手段，實現(xiàn)“人人安全、處處安全”的中心理念。