數(shù)字電廠安全管理智能化研究

[摘 要]隨著科技的飛速發(fā)展，火力發(fā)電廠正逐步向數(shù)字化、智能化轉型。通過引入先進技術，數(shù)字電廠實現(xiàn)了對生產過程的實時監(jiān)控，顯著提升了安全管理水平，降低了事故風險，并推動了電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。文章對數(shù)字電廠安全管理智能化進行了研究。

[關鍵詞]數(shù)字電廠；管理智能化；運行監(jiān)管；可持續(xù)發(fā)展

[中圖分類號]TM73 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0170–03

Intelligent Analysis of Safety Management in Digital Power Plants

LI Ning，CAO Peike，WANG Xiantian

[Abstract]With the rapid development of technology， thermal power plants are gradually transforming towards digitization and intelligence. By introducing advanced technology， digital power plants have achieved real-time monitoring of the production process， significantly improving safety management levels， reducing accident risks， and promoting the sustainable development of the power industry. The article conducted research on the intelligent safety management of digital power plants.

[Keywords]digital power plant； intelligent management； operational supervision； sustainable development

火力發(fā)電廠的安全管理直接關系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和人民生命財產安全。然而，傳統(tǒng)電廠在安全管理上常面臨人員安全意識不足、設備故障率高、應急響應效率低等挑戰(zhàn)。隨著科技的不斷進步，數(shù)字化、智能化成為提升電廠安全管理水平的重要手段。通過引入物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術，數(shù)字電廠能夠實現(xiàn)對生產過程的全面監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析與智能決策，從而提高安全管理效率，降低事故風險。

1 基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺規(guī)范的數(shù)字電廠安全管理智能化要求

1.1 總體要求

為滿足安防平臺的建設需求，數(shù)字電廠管理單位需要提供一套安防一體化平臺，對已建設本質安全平臺的人員定位功能與安全主動預警功能進行集成。同時，結合三維模型，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺建立安防一體化的展示平臺，實現(xiàn)各本質安全功能的聯(lián)動，提高華電清遠熱電聯(lián)產（2×9F級）工程本質安全水平。

數(shù)字電廠統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺微服務系統(tǒng)后端基于Spring Cloud進行開發(fā)，集成方式采用基于華電集團睿思工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺規(guī)范的統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺微服務業(yè)務骨架程序進行開發(fā)。骨架程序中集成了平臺的依賴權限等，可以根據(jù)骨架程序直接進行業(yè)務開發(fā)，接口通過swagger進行暴露。

基于華電集團睿思工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺規(guī)范的統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺前端也同樣提供骨架程序，基于骨架程序在webpack中進行集成打包，最終將代碼合并到平臺中進行布署展示。

1.2 技術架構要求

數(shù)字電廠管理單位提供的安防一體化平臺需接入視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、人員定位子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、安全隱患預警子系統(tǒng)，并集成三維電廠模塊進行展示，同時平臺需具備后期接入大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)并展示的功能。

1.3 系統(tǒng)功能要求

數(shù)字電廠管理單位在安防一體化平臺中，通過集成三維電廠模型，并集成視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、安全隱患預警系統(tǒng)，可實現(xiàn)如下功能。

（1）一體化平臺與三維電廠模塊融合系統(tǒng)提供以三維電廠模型為主的頁面展示，并在三維界面的基礎上展示視頻數(shù)據(jù)、人員定位數(shù)據(jù)、安全告警信息及從統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺獲取的相關設備數(shù)據(jù)。三維模塊需提供操作方式包括：①自主漫游。進入三維廠區(qū)后，以第一人稱視角在場景內漫游，場景分模塊加載，通過鍵盤和鼠標操作瀏覽方向。②定點漫游。通過點選模型選擇瀏覽區(qū)域，系統(tǒng)自動定位到相關模型位置，對該位置進行新起始點的場景漫游瀏覽。③手動漫游。根據(jù)瀏覽者需求，通過鼠標及鍵盤操作進行手動漫游。

（2）一體化平臺融合三維電廠模型與視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括一體化平臺集成三維電廠模型，三維模型提供所有視頻監(jiān)控熱點，并使用三維模型提供的熱點操作接口，取得相應的攝像機實時視頻并顯示。

（3）一體化平臺融合三維電廠模型與人員定位系統(tǒng)中的三維模型需要與人員定位系統(tǒng)進行坐標融合，實現(xiàn)坐標的統(tǒng)一。一體化平臺接收人員定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并使用三維模型提供的接口，在三維模型中顯示人員定位、移動軌跡及電子圍欄。

（4）敏感區(qū)域告警。根據(jù)電廠管理規(guī)定（系統(tǒng)設定相應規(guī)則），某些區(qū)域屬于限制區(qū)域，只能在規(guī)定的時段授權的人員及重要物資身份標識卡才能進入，如果該區(qū)域的人員定位數(shù)據(jù)接收傳感設備采集到未經(jīng)允許的人員及重要物資身份標識卡，將發(fā)出報警并在三維地圖上顯示人員或物資位置，聯(lián)動臨近攝像機（預置位）查看現(xiàn)場情況，以及抓拍、錄像等。

（5）虛擬電子圍欄告警。三維模型提供電子圍欄的設置功能，并將設置結果同步給人員定位系統(tǒng)。電子圍欄一旦檢測到非法闖入，則發(fā)生告警，并可以同時聯(lián)動臨近攝像機（預置位）查看現(xiàn)場情況，以及抓拍、錄像等。

（6）一體化平臺融合三維電廠模型與安全隱患預警系統(tǒng)。安全隱患預警系統(tǒng)根據(jù)視頻信息進行安全隱患分析，并將告警信息實時發(fā)送至一體化平臺。一體化平臺將告警信息展示在三維模型中，并調用廣播告警接口，提示現(xiàn)場人員。安全隱患預警系統(tǒng)需檢測以下告警內容：①安全監(jiān)護告警。包括監(jiān)護人員離崗告警、疲勞作業(yè)告警、人員長期靜止不動告警等。②移動偵測告警。當偵測到有移動物體/人時，發(fā)生告警，并可聯(lián)動與之臨近的攝像機（實時查看事發(fā)現(xiàn)場）、錄像、抓拍等。③視頻丟失告警。聯(lián)動接入系統(tǒng)的攝像機可以設置視頻丟失告警及告警聯(lián)動，當攝像機出現(xiàn)故障或遭到人為破壞時，可觸發(fā)告警，并聯(lián)動與之臨近的攝像機（實時查看事發(fā)現(xiàn)場）進行錄像等。④火災預警告警。聯(lián)動域內明火識別預警，聯(lián)動臨近攝像機（預置位）查看現(xiàn)場情況，以及抓拍、錄像等，并可聯(lián)動一卡通系統(tǒng)解除所有門禁，通過公共廣播系統(tǒng)指揮人員緊急疏散及搶險救災。

（7）一體化平臺融合三維電廠模型與設備關鍵數(shù)據(jù)和圖表設備關鍵數(shù)據(jù)：通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)對接，實現(xiàn)設備關鍵數(shù)據(jù)以面板或圖表的方式在三維電廠模型上展示。

（8）多系統(tǒng)聯(lián)合指揮調度。在檢修或搶險救災的過程中，可聯(lián)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)，以規(guī)范運維人員行進路線及現(xiàn)場操作，指揮人員通過指揮調度系統(tǒng)（本次工程不涉及）或手持終端在調度室結合視頻監(jiān)控畫面、前端數(shù)據(jù)采集反饋信息指揮現(xiàn)場人員規(guī)范操作。

2 數(shù)字電廠安全管理智能化網(wǎng)絡安全防護

2.1 總體要求

數(shù)字電廠管理單位結合華電清遠熱電聯(lián)產（2×9F級）工程現(xiàn)有工控系統(tǒng)網(wǎng)絡安全，充分考慮到電廠工業(yè)控制系統(tǒng)的業(yè)務連續(xù)性和工業(yè)特性，并且結合國家發(fā)展改革委的14號令《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定》、國家能源局發(fā)布《關于印發(fā)電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護總體方案等安全防護方案和評估規(guī)范的通知》（國能安全〔2015〕36號）及其附件、工信部的《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全防護指南》，以及各電力企業(yè)針對電廠工業(yè)控制系統(tǒng)的相關技術要求，進行整體的安全設計規(guī)劃。

2.2 網(wǎng)絡安全防護范圍

電廠生產監(jiān)控系統(tǒng)主要防護范圍包括主控系統(tǒng)、涉網(wǎng)側系統(tǒng)及設備、已建設廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)、已建設廠級管理信息系統(tǒng)和新增統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺及智能應用接入層設備等。對新增統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺及智能應用接入層設備納入管理信息大區(qū)網(wǎng)絡安全防護進行管理。

2.3 網(wǎng)絡安全防護建設內容要求

遵循“安全分區(qū)、網(wǎng)絡專用、橫向隔離、縱向認證、綜合防護”原則，通過布署工業(yè)防火墻、工控審計、入侵檢測、日志審計、主機衛(wèi)士等安全防護產品，提升生產監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡整體防護能力。

廣東華電清遠能源有限公司已建設網(wǎng)絡安全預警平臺，已建設必要工控審計、入侵檢測、日志審計等安全設備，并且供熱系統(tǒng)鏈路已做網(wǎng)絡安全規(guī)劃。因此，安全管理智能化平臺建設只需對新增設備做接入層防護，即對安防一體化、發(fā)電廠輔助服務監(jiān)測及考核、可視化應急指揮設備接入核心交換機進行安全防護，網(wǎng)絡拓撲全景示意如圖1所示。

3 數(shù)字電廠安全管理智能化運行監(jiān)管及可視化應急指揮

3.1 總述

本次運行監(jiān)管及可視化應急指揮系統(tǒng)的建設，應充分考慮本地區(qū)的特殊天氣、地形地貌及周邊社情，綜合考慮應對災害、極端天氣及緊急類事件時，快速響應、快速處理的數(shù)字化技術保障能力。

同時，應考慮到廣東區(qū)域的整體應急體系建設方向，在滿足本地區(qū)應急管理需要的基礎上，形成區(qū)域公司、本公司、電廠、集控、場站的多級聯(lián)動及互聯(lián)互通的整體態(tài)勢，重點實現(xiàn)綜合協(xié)調、監(jiān)測監(jiān)管、綜合研判、調度指揮、異地會商及現(xiàn)場圖像采集與傳輸?shù)裙δ堋?/p>

3.2 總體要求

本次的運行監(jiān)管及可視化應急指揮系統(tǒng)，包括運行監(jiān)管、可視化應急指揮平臺及相關配套子系統(tǒng)，建設應充分考慮系統(tǒng)的整體性、兼容性及穩(wěn)定性，并以平臺為核心，圍繞平臺功能需求配備其他硬件子系統(tǒng)，并統(tǒng)一建設。

數(shù)字電廠管理單位提供的一套完整的用于實現(xiàn)運行監(jiān)管及可視化應急指揮系統(tǒng)功能的軟件，應達到平臺級的接入和綜合指揮、管控能力。服務器的操作系統(tǒng)應選用成熟、穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)（如Windows、Linux等），在硬件升級或更換后保證操作系統(tǒng)的可用性。數(shù)字電廠管理單位應充分熟悉和掌握將為本工程配置的所有軟件，保證其配置是協(xié)調、穩(wěn)定的，運行是高效、可靠的，且對所推薦的系統(tǒng)軟件配置應予以論述說明。

3.3 系統(tǒng)性能要求

滿足多人日常監(jiān)控和應急指揮的需求，平臺需要具備最終展現(xiàn)在各級應急指揮中心大屏上的適應能力，因此應支持針對大屏顯示環(huán)境的應用環(huán)境、特點與架構，可以適應各種類型的大屏幕和各種尺寸、比例與分辨率的最終顯示端，使用定制化的工業(yè)顯示系統(tǒng)與先進的工業(yè)交互手段，使產品在任何形式的屏幕上都以最完美高清的效果渲染呈現(xiàn)。

在實際應急指揮過程中，涉及宏觀大場景及局部細節(jié)下鉆放大等的快速重復的場景切換加載需要，因此平臺在三維加載過程中，需要支持非常高的圖形渲染加載能力，以達到非常流暢的交互效果。通過在三維場景中和設施設備的三維模型直接交互來彈出和查詢相關事實信息數(shù)據(jù)，并支持對設施設備進行實時渲染，同時聯(lián)動實時數(shù)據(jù)來表現(xiàn)部分實時信息。

為滿足各類日常統(tǒng)計類數(shù)據(jù)、指揮輔助類數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)，平臺應支持各類數(shù)據(jù)的前端展現(xiàn)視圖功能，以體現(xiàn)應急指揮平臺的高科技整體形象。除基本功能外，平臺在界面設計、光效設計、動態(tài)設計等方面的設計原則，以充分體現(xiàn)高科技、先進性。同時也應照顧到使用方的風格需求，力求達到專屬于使用方的定制化風格設計。由于本次為大屏指揮平臺軟件，為提高兼容性能力，平臺應支持與大屏處理設備的兼容對接能力。所投平臺應包含詳盡的整體平臺方案，其中包含客戶需求理解、架構描述及功能方案。

4 結束語

文章分析了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺規(guī)范的數(shù)字電廠安全管理智能化需求、數(shù)字電廠安全管理智能化網(wǎng)絡安全防護、數(shù)字電廠安全管理智能化運行監(jiān)管及可視化應急指揮。未來數(shù)字電廠安全管理智能化將向更高水平發(fā)展，推動電力行業(yè)向更加安全、高效、綠色、可持續(xù)的方向發(fā)展。

參考文獻

[1] 呂凱.基于數(shù)字孿生技術的電廠安全生產遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].自動化應用，2023，64（18）：216-218.

[2] 王勝中.智能“兩票”系統(tǒng)在數(shù)字電廠中的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2023，13（7）：185-188.

[3] 徐紅武，張棟，景文林，等.電廠人員作業(yè)安全管控系統(tǒng)的研究和應用[J].中國設備工程，2022（14）：79-81.

[4] 鐘朝暉.基于數(shù)字簽名技術的智慧電廠數(shù)據(jù)安全傳輸系統(tǒng)研究與設計[J].中國管理信息化，2022，25（6）：97-99.

[5] 張鐘平，王玉菲，于娜.數(shù)字化轉型背景下的數(shù)字電廠應用場景思考[J].網(wǎng)絡安全技術與應用，2022（1）：108-110.