智能水電廠安防聯動系統設計和實現

殷召生，鄭 煒，尤萬方

[1.南瑞集團（國網電力科學研究院）有限公司，江蘇省南京市 211100；2.華電福新能源股份有限公司古田溪水力發電廠，福建省古田縣 352200]

0 引言

隨著水電廠“無人值班”（少人值守）以及水電廠集中監控等運行模式迅速普及，智能水電廠安防聯動系統的重要性已經日趨顯現，它為水電廠的安全穩定運行提供了重要保障，已成為水電廠安全運行和生產必需的技術手段，目前大部分水電廠已安裝了工業電視、門禁、消防系統以對生產運行提供安全保障，但是各個子系統是采用不同品牌設備，未形成的統一功能標準和接口標準，數據源分散，各個子系統報警信息的存儲、處理等缺少統一管理，特別是在發生安全事件時，各個子系統在處理報警信息時無法有效銜接互動，管理人員面對不同系統的海量警報無法迅速做出正確決策，導致水電廠安防系統的作用無法充分地發揮，影響了安全防護的效果。

針對這些問題，安防聯動系統采用統一設計、統一規劃、統一標準的綜合一體化的思路，首先將計算機監控系統、消防系統、門禁系統等全部按照統一數據接口進行設計，通過建立統一的數據庫，將各個子系統的數據信息集成，形成具有統一數據管理平臺的聯動系統，并通過一體化管控平臺進行集中展示、聯合控制，最大程度地發揮安防聯動系統的功能效果，協助管理人員提高緊急狀態下安全決策的能力。

1 主要功能設計

智能水電廠安防聯動系統是通過對水電廠各個安防系統功能的整合、優化及管理，與電廠各個生產運行子系統協同工作，運用智能分析、智能告警、聯動控制等技術手段，共同保障智能水電廠的安全穩定運行。系統主要功能如下：

（1）各種類型數據信息收集與建模。

為實現對水電廠多方位、全天候的狀態監視，需要高度集成水電廠內所有子系統，如工業電視、消防系統、門禁系統等，通過對這些不同系統的數據和數據類型進行統一建模、提供標準數據訪問服務，為水電站的安全運行提供完整的數據信息。

（2）所有數據共享、集中管理、統一處理。

（3）自動巡檢。

水電廠自動巡檢包括實時圖像監控功能、定時自動巡檢、自動巡檢記錄等內容，用設備代替人工對水電站的場地和設備進行自動巡檢。通過固定式、移動式視頻監控設備，根據預先配置的巡檢策略、巡檢路線，動態獲得電廠關鍵設備的高清視頻、圖像，并對異常現象進行統計、報警或觸發聯動控制。

（4）智能聯動。

水電廠安防聯動系統可以和電廠內各個子系統以標準方式進行信息交互，通過各種類型的數據采集，安防聯動系統可以對影響水電廠運行的因素進行全方位、多手段的實時監測。安防聯動系統以“智能聯動”為核心，采用數據綜合分析方法，可以自動判斷出各種類型的異常情況，并可實現各個子系統間的協調聯動，消除異常情況造成的不良影響，保障水電廠的安全運行。

2 系統結構

智能水電廠安防聯動系統位于一體化管控平臺的安全Ⅲ區，各個子系統分別位于電力系統生產控制大區和管理信息大區，為實現兩個安全大區的數據貫通大區之間需要部署正反向隔離裝置[1]，系統主要實現了與視頻監控、智能門禁、火災報警及消防等子系統的對接；對這些系統的數據進行統一處理，采用優化的管理、檢測、預警以及聯動控制等一系列的技術手段，從而保證水電廠的安全運行；完整的系統結構如圖1所示。

系統主要由一體化平臺應用主機以及數據發布服務器、傳輸設備以及各類子系統等組成，各個子系統可以獨立運行；也可以接受安防聯動系統的控制，這樣各種各樣的子系統就可以相互配合，實現對水電廠內的設備進行運行監督和聯動控制。

整個系統以應用主機為核心，完成對各類子系統的數據采集和控制。在維持現有各子系統相對獨立運行的前提下，應用主機可以直接與某些子系統通信，也可以采集一體化管控平臺的共享數據，最終實現對現場視頻及其他各種生產信息的采集和聯動控制。

總部位于德國亞琛的FEV集團是一家國際化動力系統及整車開發的國際服務供應商。針對動力系統及整車，FEV可以提供從概念設計到最終批量生產的全部咨詢、開發、測試等服務。除了傳統的發動機與變速箱的開發、整車集成、標定以及汽油機柴油機本地化等業務，FEV將把重點放在混合動力、電驅動以及可替代能源領域。同時，FEV的專家團隊也專注在電子控制系統、車聯網以及自動駕駛等先進技術。

3 關鍵功能的實現

3.1 智能聯動

智能聯動功能是安防聯動系統的基礎功能，包括工業電視系統、消防系統、門禁系統、告警系統等之間的聯動，系統聯動由安防聯動系統軟件以及各類需要聯動的子系統間通過聯動信息的交互解析實現。其聯動過程主要是一個點對點、點對多點的網狀結構，各類信息根據業務需求的規劃將聯動方案制定成標準流程，再由軟件平臺下達，各聯動子系統在接收到相應的指令后解析并執行，系統聯動需合理規劃聯動模式、聯動策略，建立符合用戶日常操作習慣及符合電力安全生產規范的一套流程，并通過相互間的消息通信機制來完成整個聯動過程。

具體聯動策略包含：①消防系統與門禁系統的聯動策略；②工業電視與門禁系統的聯動策略；③工業電視與五防系統的聯動策略；④機組開停機與工業電視的聯動策略；⑤大壩閘門啟閉與工業電視的聯動策略。

圖1 安防聯動系統總體結構圖Fig.1 Overall structure diagram of security linkage system

舉例說明，實現開停機操作是水電廠的基本要求。在開停機操作過程中，各個設備的狀態可通過實時的聯動視頻圖像來核實，為了實現設備狀態與攝像頭的聯動，一般需要：

a. 在安防聯動系統中建立攝像機編號，運維人員可將此編號的攝像頭預置固定方位、觀察角度和焦距調整至最佳。

b. 建立攝像機編號與各個子設備狀態變化事件的映射關系。當某個設備的狀態變化時，此時攝像球機將轉到相應的特定預置，值班人員可觀察設備的狀態，由運行操作人員校驗執行結果。

3.2 智能巡檢

智能巡檢主要采用智能分析、巡檢規劃、報表統計等技術對電廠環境及部分設備的溫度、濕度、表計、開關狀態、甚至設備的外觀狀態等進行監視，并對采集的數據進行對比分析。智能巡檢可實現對系統內的所有監控點進行圖像自動巡檢，同時結合智能分析應用，在巡檢過程中可以自動分析識別主要監視設備的狀態、儀器儀表讀數，并把結果自動反饋給軟件平臺，平臺進行自動比對及智能分析，判斷儀器設備的安全程度，超過閾值則自動報警或觸發聯動控制，從而達到智能巡檢的目的。

3.3 智能告警

在規模較大的流域水電廠中，接入安防聯動系統的設備數量和類型很多，各項實時參數內容繁雜，運行人員需要高度集中精力才能實時掌控電廠異常情況。盡管這樣，報警信息仍無法避免疏忽遺漏，只有安防聯動系統軟件平臺具有設備異常智能警報機制才能及時發現異常情況，通知維護人員迅速采取有效措施以防止安全事故的發生，報警模塊應能對告警信息綜合判斷和分析，排除信號誤報，給出初步分析結果以及處理意見，并能夠與音視頻、短信、聲光等告警方式有機結合，實現告警的智能化。

3.4 智能視頻分析

系統可采用具有智能分析功能的攝像機，內置嵌入式視頻分析軟件，可以在視頻圖像中設定周界，檢測周界入侵，針對進入設定禁入區域的目標進行檢測，可支持人員車輛自定跟蹤，周界設置，支持單向越界和雙向越界，支持監控范圍內多條絆線設置，能夠區分不同絆線，支持多目標同時越界檢測，能夠區分并識別所有目標，區分目標越界方向；檢測出上述信號后，安防聯動系統可按照用戶設置的規則觸發報警或聯動控制。

3.5 門禁管理

統一管理水電廠的門禁系統，對水電廠門禁控制單元進行監視及控制、查看進出數據或事件；在安防聯動系統平面圖上監視和控制門禁系統所有受控門狀態；對受控門進行控制時，可以自動彈出視頻畫面；當有異常報警時可以自動打開指定的受控門禁。

4 軟件開發

系統采用SqlLite + JAVA Swing開發技術，服務器端使用J2EE架構，采用Spring＋Mybatis＋Struts2構架模式，客戶端結合B/S瀏覽器展示方式，方便不同用戶不受地域限制的進行安防信息的查看、操控，軟件系統架構如圖2所示。

系統采用CAD電子地圖的方式將安防聯動系統的前端設備直觀的進行展示，通過構建Oracle數據庫豐富的數據關聯，實現了全場每一個前端設備的信息采集、控制，同時建立了符合電廠實際需要的聯動匹配策略，有效地支持了各個安防子系統在緊急狀態下的聯合動作。

（1）采用B/S架構。

本系統采用了主流的B/S架構來構建。采用了B/S結構后，系統用戶無需安裝客戶端軟件，只要通過瀏覽器就能使用系統。B/S架構系統設置方便，操作簡單，運行人員很容易熟練掌握。需要進行系統配置更新時只需要更新服務器即可，無需去更新每個客戶端，大大提高了系統的可維護性。

（2）AJAX技術。

為了實現報警信息無刷新顯示，系統采用了AJAX技術。通過AJAX技術，智能安防管理系統在瀏覽器與Web服務器之間進行異步數據傳輸（HTTP請求），這樣就可使網頁從服務器請求少量的信息來實現網頁局部刷新，從而避免為了顯示報警信息而要重刷整個頁面的問題。

（3）服務器推送（PUSH）技術。

圖2 安防聯動系統軟件架構圖Fig.2 Software architecture diagram of security linkage system

服務器推送（PUSH）技術是一種建立在客戶服務器上的機制，就是由服務器主動將信息發往客戶端的技術。同傳統的拉（PULL）技術相比，最主要的區別在于推送（PUSH）技術是由服務器主動向客戶機發送信息，而拉（PULL）技術則是由客戶機主動請求信息。PUSH技術的優勢在于信息的主動性和及時性。使用了PUSH技術后智能安防管理系統能及時地對報警信息進行處理并及時地將報警信息推送到所有的瀏覽器網頁上，實現了報警信息實時展示。同時PUSH技術能有效地減少客戶端瀏覽器與服務器的交互，從而減輕服務器的壓力。

該應用組件由數據總線層、服務層和應用層組成，可運行在智能一體化管控平臺之上。數據總線層為系統內外數據提供了統一的數據源，為系統內的各個模塊提供透明的數據訪問及消息傳送接口。服務層為用戶維護統一的管理和配置服務；模型服務、圖形服務等服務模塊構成系統應用服務層，它為系統提供基本的應用功能[2]。

5 結束語

本文結合現階段智能水電廠技術現狀，高度整合水電廠各個子系統，對水電廠安防聯動系統的進行了集成設計，不僅實現了各類信息的集中采集、分析和展示，而且實現了系統間的智能聯動，消除了水電廠各個子系統“信息孤島”的局面，提高了水電廠的智能化管理水平，該系統的應用與推廣，對提高水電廠運行的安全性、可靠性，提高運行和管理的智能化，有著重大的現實意義。

[1] 郝秀峰，祁新，劉軍.智能水電廠安全防護系統設計[J]. 水電自動化與大壩監測，2013，37（2）：1-4.HAO Xiufeng，QI Xin，LIU Jun. Security protection system design ideas for smart hydropower plants[J]. Hydropower Automation and Dam Monitoring，2013，37（2）：1-4.

[2] 高磊，李永紅，鄭健兵.智能水電廠一體化數據平臺設計[J].水電自動化與大壩監測，2012，36（1）：11-14.GAO Lei，LI Yonghong，ZHENG Jianbing . Design of global data platform for smart hydropower plants[J]. Hydropower Automation and Dam Monitoring，2012，36（1）：11-14.