新能源檢修作業(yè)安全管理系統(tǒng)應用

么 亮

（中核匯能有限公司）

1 新能源企業(yè)安全管理現(xiàn)狀

據(jù)國家能源局相關統(tǒng)計，2020年，全國電源新增裝機容量19087萬kW，其中水電1323萬kW、風電7167萬kW、太陽能發(fā)電4820萬kW。風電和光伏新增裝機之和接近1.2億kW。隨著新能源裝機容量的增加，新能源設備運行時間的增加，新能源設備檢修作業(yè)工作量越來越大，目前新能源行業(yè)缺少專業(yè)危險點辨識與預控相關標準，如何在大量檢修作業(yè)的開展中保證安全，避免由于作業(yè)人員對作業(yè)中危險點認知的缺乏而導致的人身及設備事故，已成為新能源企業(yè)設備檢修作業(yè)工作的主要難點。據(jù)不完全統(tǒng)計，2020年中國境內(nèi)風電行業(yè)發(fā)生了至少25起風電事故，這些事故包含倒塔、火災、吊裝、運輸、觸電，以及工作過程中疾病突發(fā)死亡等情況。

在2020年8月就連續(xù)發(fā)生5起風電事故，共計造成8人死亡，其中觸電事故3起，而在2020年8月9日一天就連續(xù)發(fā)生3起事故。針對嚴峻的安全態(tài)勢，國家能源局于2020年11月下發(fā)《國家能源局綜合司關于進一步加強電力安全生產(chǎn)的緊急通知》，其中明確要求“電力建設工程，特別是風電建設工程各參建單位要提高政治站位，正確處理安全與發(fā)展的關系，充分尊重工程建設周期的科學規(guī)律，堅持時間服從安全和質量的原則，科學確定工程建設時間節(jié)點，嚴防由于搶工期、超能力作業(yè)引發(fā)的施工安全和工程質量隱患。”

根據(jù)海因里希因果聯(lián)鎖理論，如圖1所示，結合新能源企業(yè)的特點，其安全管理的核心應是：①防止人的不安全行為；②消除機械或物質的不安全狀態(tài)；③中斷事故的聯(lián)鎖進程，從而避免事故。

圖1 海因里希因果聯(lián)鎖理論

2 新能源設備檢修作業(yè)安全管控需求目的

1）風電機組及光伏陣列位置分散、作業(yè)面廣，無法實時進行現(xiàn)場管理。

2）無法準確定位檢修作業(yè)人員的位置，無法監(jiān)控檢修作業(yè)人員工作范圍。

3）當遇到危險情況時，不能根據(jù)現(xiàn)場實際及時應對和處置。

根據(jù)新能源企業(yè)的現(xiàn)場實際及設備特點，新能源機組檢修作業(yè)安全管控目的應是防止高空墜落、防止觸電、防止機械傷害、防止火災事故、防止設備損壞。

3 新能源作業(yè)現(xiàn)場安全管控系統(tǒng)

3.1 總體設計

該系統(tǒng)設計架構如圖2所示，能及時準確掌握新能源檢修作業(yè)人員的位置和工作軌跡，保證作業(yè)人員的安全，巡檢到位，應對各類突發(fā)事件，提高新能源場安全管理水平和效益。以人員定位系統(tǒng)和生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場安全智能管控系統(tǒng)為核心，實現(xiàn)風險分級管控、預警隱患排查、監(jiān)管執(zhí)法、事件追溯、應急救援和數(shù)據(jù)分析，將安全管控工作信息化、智能化，實現(xiàn)安全動態(tài)管控、實時監(jiān)測和智能預警。通過人與設備、人與操作、人與措施、人與作業(yè)環(huán)境的安全管控，保證作業(yè)人員的人身安全。

圖2 新能源檢修作業(yè)現(xiàn)場安全管控系統(tǒng)設計架構

3.2 實現(xiàn)需求

1）定位到位：實現(xiàn)機組塔內(nèi)和立體分層定位。

2）工作測點到位：在電子地圖上，可以查看所有工作測點的位置。當作業(yè)人員到達工作測點時，通過“工作測點指導模塊”掃描工作測點，系統(tǒng)記錄作業(yè)信息，并顯示作業(yè)人員到位。

3）人員到位：在電子地圖上自動繪出作業(yè)人員的工作軌跡，對比設備的物理位置判斷正確的作業(yè)人員是否到位。

4）管理到位：作業(yè)情況實時顯示、歷史軌跡回放等功能，實時掌握各工作測點的作業(yè)人員信息，使管理者對作業(yè)情況一目了然，使作業(yè)人員的工作有據(jù)可查，保障了作業(yè)人員的工作質量。

5）報警到位：實時監(jiān)督作業(yè)人員，正確人員在正確時間內(nèi)按照正確路線進行作業(yè)，才能完成正確的作業(yè)。如未按指定時間、指定路線作業(yè)，則系統(tǒng)自動報警并顯示。

6）軌跡到位：位置信息實時自動生成，可進行實時（依托現(xiàn)場網(wǎng)絡環(huán)境）、歷史軌跡的查看。歷史軌跡的動態(tài)回放，在軌跡上顯示作業(yè)時間、兩個相鄰工作測點的距離。

7）時間到位：對于重要或有特殊要求的工作測點，設定逗留時間。

8）分析到位：根據(jù)系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)，進行作業(yè)到位率統(tǒng)計。

系統(tǒng)首先為每個現(xiàn)場作業(yè)人員佩戴一個身份標識，并將數(shù)據(jù)信息和現(xiàn)實中的每一個人信息動態(tài)聯(lián)系起來，然后通過在特殊區(qū)域部署一種安全、可靠的定位子站來區(qū)分、識別和定位作業(yè)人員。

定位分站采集作業(yè)人員位置信息后，通過網(wǎng)絡系統(tǒng)傳給數(shù)據(jù)中心，機房數(shù)據(jù)中心存儲、處理系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)。同時數(shù)據(jù)中心提供豐富的圖形操作界面，接受管理人員操作指令。

（1）不同職責的工作人員分類管理

模式一：不同的人佩戴不同的卡，根據(jù)新能源行業(yè)運檢工作性質，運行巡檢人員佩戴人員標識卡，檢修作業(yè)人員佩戴精確定位卡。

模式二：每個人唯一標識，通過定位技術的不同，以標識的唯一號碼區(qū)別不同種類的工作人員，以及不同的每個人。

（2）不同的地點部署不同的定位子站

模式一：新能源機組、箱變部署精確定位子站，識別精確定位卡，通過4～8個精確定位子站實現(xiàn)亞米級精確定位；升壓站巡檢點部署無線定位子站，根據(jù)閾值不同，實現(xiàn)5～10m區(qū)域定位，確保巡檢到位；在控制室、保護室、配電室、庫房、新能源機組塔筒門、機組偏航平臺、輪轂及機艙等出入口通過RFID或者條碼技術實現(xiàn)唯一性識別。

模式二：根據(jù)新能源機組、箱變、升壓站、控制室、保護室、配電室、庫房、新能源機組塔筒門、機組偏航平臺、輪轂及機艙等巡檢地點精度需求的不同，部署定位基點數(shù)量或者通過到達不同工作測點差異性現(xiàn)場的方式，實現(xiàn)精準定位于區(qū)域定位。

（3）不同的時間發(fā)送不同的指令

需要定位追蹤的時候，發(fā)送追蹤指令，需要人數(shù)統(tǒng)計的時候，發(fā)盤點指令。

系統(tǒng)能自動識別精確定位卡，在有精確定位子站的地方自動實現(xiàn)精確定位，在沒有精確定位子站的地方自動實現(xiàn)區(qū)域定位。

3.3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)具備身份識別和認證、定位追溯、監(jiān)測跟蹤、報警求助與緊急撤離、電子圍欄、視頻聯(lián)動、人員巡檢等功能。提供安全可控乃至個性化的實時人員位置監(jiān)測、實時軌跡、定位追溯、報警聯(lián)動、統(tǒng)計報表、領導桌面等管理和服務功能，方便管控人員到崗、串崗、脫崗、出／入時刻、出／入?yún)^(qū)域；判斷遇險人員受困位置、撤退路線分析等。對升壓站內(nèi)、風機內(nèi)的各類作業(yè)人員的身份、位置、狀態(tài)、行為等進行分區(qū)、分層（立體）、分類管理，可預警，可追溯，可查詢，智能化全面掌控人員情況，確保生產(chǎn)的安全和高效。

1）身份識別和認證：標識設備存有與用戶身份關聯(lián)的數(shù)據(jù)，以驗證用戶的身份。通過標識硬件不可復制來保證用戶身份的唯一性。

2）定位功能：可獲取指定人員當前位置，并在電子地圖上快速標識：通過定位基點實現(xiàn)檢修作業(yè)人員的分層定位、區(qū)域定位、立體定位。

3）監(jiān)測功能：監(jiān)測人員出／入作業(yè)現(xiàn)場時刻、出／入重點區(qū)域時刻等；識別多個人員同時進入識別區(qū)域；對異常人員進行監(jiān)測分析、智能提示和報警。

4）信息查詢：查詢作業(yè)人員的工作環(huán)境；明確作業(yè)人員與設備的關系，即“誰”（作業(yè)人員）在“哪”（位置和設備的唯一識別）“做什么”（作業(yè)內(nèi)容）。

5）軌跡跟蹤：對進入生產(chǎn)現(xiàn)場的每個作業(yè)人員的實時軌跡進行跟蹤監(jiān)控，并繪制行動路線圖，也可以調閱其歷史時段軌跡路線圖?？梢詫崟r跟蹤到人員的當前作業(yè)位置，當天作業(yè)途經(jīng)的地點和時間，在各位置的滯留時間，并可對其運行軌跡在分布圖上進行形象直觀的回放。事故發(fā)生時，可以迅速確定相關作業(yè)人員的數(shù)量、最近出現(xiàn)位置和時間，為事故搶險提供可靠依據(jù)。事故搶險過程中，指揮人員可以在第一時間知道搶險人員與被困人當前所在位置，為事故的搶險贏得寶貴時間。

6）人員活動分析：對進入生產(chǎn)現(xiàn)場的每個作業(yè)人員的行動路線圖、區(qū)域停留時長、活動時間段進行分析。對進區(qū)域內(nèi)作業(yè)人員、人數(shù)、在此區(qū)域停留時長、活動時間段進行分析；對當前時刻或者歷史任意時刻各個區(qū)域的作業(yè)人員分布情況進行查詢統(tǒng)計。

7）電子圍欄：設置、維護管理各個電子圍欄基本信息、危險程度、區(qū)域最少人數(shù)、允許最大停留人數(shù)等。設置電子圍欄警告級別，對進入電子圍欄人員發(fā)送警告，并通知相關責任人進行監(jiān)控處理。當圍欄內(nèi)人員聚集達到預警人數(shù)，發(fā)送人員密集警告，通知相關負責人盡快處理。

8）突發(fā)事件服務：當出現(xiàn)特殊情況時向相關機構發(fā)送帶求救或查詢的個人位置信息。分為兩種：一種是自下而上的報警求助，另一種是自上而下的下發(fā)緊急撤離報警。①報警求助：當人員遇到突發(fā)情況時，可通過觸發(fā)標識卡上報警按鍵及時向中心發(fā)送聲光求助信號。②緊急撤離：當控制中心發(fā)現(xiàn)某裝置區(qū)有危險時，可通過平臺對某一分站周圍的所有人員的標識卡下發(fā)報警，提醒緊急撤離。

9）作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)督：當作業(yè)人員到達工作地點時，自動提醒管理人員到達作業(yè)現(xiàn)場進行監(jiān)護監(jiān)督、指導，并自動將其到位時間傳遞給軟件平臺以印證其是否到位做實，分析作業(yè)人員的行動路線圖、區(qū)域停留時長、活動時間段等信息；確認正確的作業(yè)人員在正確的時間按照正確的路線進行正確的作業(yè)。

3.4 風機檢修作業(yè)安全管控的系統(tǒng)設計

針對新能源風電機組的作業(yè)特點，分六個區(qū)域進行安全管控，如圖3所示。

圖3 風電機組檢修作業(yè)安全管控設計架構

1）從塔底控制區(qū)到塔內(nèi)第一層平臺：塔底控制柜、變頻柜、電容柜、防墜器掛點、助／免爬器掛點工作狀態(tài)。

2）塔內(nèi)第一層平臺－第二層平臺－第三層平臺：氣象信息、平臺蓋板的關合狀態(tài)。

3）第三層平臺－傳動鏈控制區(qū)：平臺蓋板的關合狀態(tài)、助／免爬器掛點、防墜器掛點工作狀態(tài)、偏航系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

4）傳動鏈控制區(qū)－機艙控制區(qū)：氣象信息、齒輪箱、發(fā)電機、偏航系統(tǒng)工作狀態(tài)。

5）機艙控制區(qū)－輪轂內(nèi)：氣象信息、葉輪鎖定工作狀態(tài)。

6）機艙進出口－機艙外：氣象信息、測風及冷卻系統(tǒng)工作狀態(tài)。

3.5 新能源設備檢修作業(yè)的五種類型

1）新能源設備檢修作業(yè)：風電機組或光伏發(fā)電設備巡檢、定期維護，缺陷及故障處理，相關零部件更換等。

2）升壓站內(nèi)一次作業(yè)：斷路器、接地刀閘、避雷器、互感器、高壓開關柜的定檢，一次設備零部件更換，絕緣清掃，電纜敷設電纜頭制作及檢修等。

3）升壓站內(nèi)二次作業(yè)：二次回路消缺，監(jiān)控系統(tǒng)顯示故障處理等。

4）運行巡檢及倒閘操作：變壓器、高壓斷路器、電壓互感器、電流互感器、隔離開關、母線、避雷器、無功補償裝置、保護屏、直流系統(tǒng)、動力盤、電纜夾層、配電室、線路巡檢，變壓器停送電、斷路器、隔離開關、電壓互感器、配電室設備、直流系統(tǒng)、動力盤、無功補償裝置、接地刀閘、保護及測控裝置、線路、風機變、備用變壓器、風機啟停等操作及接地線懸掛及拆除等。

5）外委作業(yè)：風電機組的大部件更換，如更換葉片、齒輪箱、發(fā)電機、發(fā)電機軸承、電動機等；變壓器安裝、斷路器安裝、隔離刀閘安裝、互感器的安裝、避雷器安裝、高壓開關柜安裝、主變高壓側套管更換；有載調壓開關吊檢；風機葉片維修；架空線路、塔架、電桿相關作業(yè)；繼電保護裝置校驗、開關傳動試驗、變電所內(nèi)設備試驗等。

4 結束語

新能源作業(yè)現(xiàn)場安全管控系統(tǒng)以“智能巡查”為指導思想，以智能裝備傳感器技術、地理信息服務技術、大數(shù)據(jù)分析等技術為抓手。該系統(tǒng)能及時準確掌握新能源作業(yè)人員的位置和工作軌跡，保證作業(yè)人員的安全，巡檢到位，應對各類突發(fā)事件，提高新能源場安全管理水平和效益。以人員定位系統(tǒng)和生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場安全智能管控平臺為核心，實現(xiàn)風險分級管控、預警隱患排查、監(jiān)管執(zhí)法、事件追溯、應急救援和數(shù)據(jù)分析，將安全管控工作信息化、智能化，實現(xiàn)安全動態(tài)管控、實時監(jiān)測和智能預警。通過人與設備、人與操作、人與措施、人與作業(yè)環(huán)境的安全管控，保證作業(yè)人員的人身安全。