數(shù)字化智能型電站設(shè)備和工程安全監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究分析

熊波

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610000）

國家自“十三五”以來，大力提倡“萬眾創(chuàng)新、大眾創(chuàng)業(yè)、打造工業(yè)4.0”的時代背景下，水電行業(yè)全面吸收大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈等現(xiàn)代信息化技術(shù)，實現(xiàn)電力化系統(tǒng)的信息化、智能化和自動化，實現(xiàn)人機互動互交，大力提高水利電系統(tǒng)數(shù)據(jù)的自動獲取、智能分析和應(yīng)用的能力。在這樣的時代背景下，水利電工程安全檢測和安全管理信息化技術(shù)也隨著時代的腳步不斷前進和發(fā)展，工程檢測手段呈現(xiàn)智能化、自動化和信息化的檢測技術(shù)，例如智能巡檢、動態(tài)檢測、光纖傳感、智能運維和混合采集等現(xiàn)代化信息化技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，使自動化系統(tǒng)呈現(xiàn)出的開放性、可靠性和兼容性等能力得到大力的提升。在信息化系統(tǒng)管理過程中，隨著水電站大壩運行管理模式的不斷提升和優(yōu)化，在“工程全生命周期”和“大水工系統(tǒng)”的時代背景下的安全生產(chǎn)管理目標(biāo)都給電站的工程安全檢測行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新提出了更高要求。

1 中國水電站建設(shè)現(xiàn)狀

根據(jù)中國統(tǒng)計局公示的數(shù)據(jù)顯示，2018 年底全國水利電站電機裝配容量大約為3.6 億kW，年發(fā)電量大約為1.2萬億kW·h，位居全球首位，中國水利電站的建設(shè)技術(shù)持續(xù)領(lǐng)先。隨著國民經(jīng)濟社會的發(fā)展，清潔能源消費、降溫減排、能源合理化開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展等實現(xiàn)綜合效益大幅提升。

截至2018 年底，中國在非化石能源的開發(fā)方面居世界領(lǐng)先地位，占裝機容量的38.1%。作為容量最大，技術(shù)最成熟的儲能設(shè)施，抽水蓄能電站的建設(shè)取得了長足的發(fā)展。截至2018 年底，中國抽水蓄能電站的運行容量已超過3 000萬kW，在建和在建容量均位居世界第一。其中，中國國家電網(wǎng)公司已開始建設(shè)26 個抽水蓄能電站，未來兩三年，國家電網(wǎng)在建項目將達到約40 個，多點、大面積和長線的抽水蓄能電站項目組建設(shè)規(guī)模將形成。

2 電站工程建設(shè)現(xiàn)狀

該項目建設(shè)主要分為三個方面：施工安裝，設(shè)備調(diào)試及施工驗收。

2.1 施工與安裝

施工單位所使用的應(yīng)用，應(yīng)由設(shè)計單位提供設(shè)計信息模型創(chuàng)建和深化施工信息模型。現(xiàn)場土建、機電設(shè)備安裝、數(shù)字化應(yīng)用（如計算統(tǒng)計、進度模擬、施工過程模擬、施工問題跟蹤等）由施工信息模型協(xié)助完成。

施工單位統(tǒng)一數(shù)字化交付施工數(shù)據(jù)，并應(yīng)按照新元公司《智能抽水蓄能電站信息分類編碼標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求進行分類編碼，以達成全過程數(shù)字化管理并完整保存施工數(shù)據(jù)。

施工單位應(yīng)采用基礎(chǔ)設(shè)施管理控制平臺，應(yīng)具備智能、集成、共享的特性。以促成施工單位、施工過程、施工質(zhì)量、施工進度和施工安全的全面統(tǒng)籌協(xié)調(diào)及全方位現(xiàn)代化管理。施工單位應(yīng)優(yōu)先選擇智能化的管理系統(tǒng)和設(shè)備投入在施工和安裝過程中，如智能大壩碾壓控制系統(tǒng)、電纜自動敷設(shè)管理系統(tǒng)、智能安全帽、智能監(jiān)控設(shè)施等。

2.2 設(shè)備調(diào)試

互操作特性測試、智能控制測試和智能設(shè)備特性測試應(yīng)在安裝完的第一時間進行，同時評估智能設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)源協(xié)調(diào)的特征。智能系統(tǒng)實現(xiàn)了不同系統(tǒng)之間和不同工作條件下的協(xié)作特性測試。調(diào)試記錄和報告進行數(shù)字交付。智能設(shè)備框架如圖1 所示。

圖1 智能設(shè)備框架圖

2.3 施工驗收

驗收范圍包括智能網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、智能設(shè)備等。智能設(shè)備和智能終端擁有互操作性和一致性測試報告。檢查設(shè)備配置和技術(shù)文件，從而確保設(shè)計、安裝、操作、維護和測試文件的完整性。在推進滿足問題處理和系統(tǒng)改進的工作中，對于驗收過程中存在弊端和漏洞需詳細具體的記錄歸納。驗收數(shù)據(jù)應(yīng)進行數(shù)字化交付，做到專業(yè)化、系統(tǒng)化、規(guī)范化、整體化四化合一。

3 數(shù)字化智能型電站智慧管控系統(tǒng)構(gòu)想

電站項目群建設(shè)的智能管理與控制系統(tǒng)涵蓋6 個管理模塊和18 個基本建設(shè)的智能管理與控制子系統(tǒng)。圖2 顯示了在智能建筑管理和控制中的邏輯關(guān)系，即“人機材料和方法循環(huán)”。

圖2 智能控制子系統(tǒng)邏輯圖

關(guān)于對數(shù)字化智能型電站智慧管控系統(tǒng)的構(gòu)想如下。

強化現(xiàn)場智能安全管控，設(shè)置人員和設(shè)備動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，并通過人臉識別技術(shù)、車牌識別技術(shù)對人員進出、設(shè)備作業(yè)和其他現(xiàn)場動態(tài)等進行全方位、24 h 動態(tài)監(jiān)控；建設(shè)移動巡檢系統(tǒng)，對于現(xiàn)場施工質(zhì)量及安全、文明施工、違規(guī)操作等情況進行系統(tǒng)分析和記錄，從而使管理人員更方便、快捷、全面地掌握現(xiàn)場動態(tài)，實現(xiàn)現(xiàn)場實時記錄和及時整改；對于操作隱患和施工安全問題，創(chuàng)建風(fēng)險管控與遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)施工安全風(fēng)險識別與評估，控制措施的編制與批準(zhǔn)、工單處理、安全披露、風(fēng)險在線監(jiān)控，智能診斷預(yù)警等功能；開發(fā)安全監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)施工期邊坡變形的自動監(jiān)測。

提升質(zhì)量控制手段，整合大壩碾壓監(jiān)測、跳車監(jiān)測、注漿監(jiān)測三個子系統(tǒng)，對施工機械工具的運行軌跡、速度、時間、激振力、注漿壓力等參數(shù)進行實時監(jiān)測和報警；解決滲漏、超壓問題，提高施工質(zhì)量和效率；加強施工進度管控，搭建以項目管理軟件為為中心的信息化平臺，實現(xiàn)里程碑進度計劃的編制和批準(zhǔn)、進度模擬、比較、監(jiān)測和預(yù)警等功能；規(guī)范現(xiàn)場計量簽證，收集現(xiàn)場工程量計量數(shù)據(jù)，成為項目投資控制最原始的數(shù)據(jù)支撐，并出具可回溯的付款憑據(jù)；嚴(yán)格的承包商評估與評價，從安全性和流動檢查質(zhì)量、監(jiān)理站及項目進度等方面，系統(tǒng)自動化收集相關(guān)評估依據(jù)，實現(xiàn)對施工監(jiān)督和定期設(shè)計承包商的自動定量評估；規(guī)范完工數(shù)據(jù)管理，根據(jù)“預(yù)備案”的要求在施工過程中自動收集，存儲和歸檔相關(guān)數(shù)據(jù)，集成文件管理系統(tǒng)，實現(xiàn)文件的數(shù)字化傳輸。

4 主要問題及對策

系統(tǒng)建設(shè)過程中，任重道遠的問題主要是數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn)不清晰，信息安全存在薄弱環(huán)節(jié)，從而使電站物聯(lián)網(wǎng)傳感器系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運行出現(xiàn)阻隔，出現(xiàn)彼此孤立、各自為政的信息孤島。尚未在統(tǒng)一平臺上開發(fā)的系統(tǒng)無法得到運用，電廠集團管理的大數(shù)據(jù)分析模型尚不完善，數(shù)據(jù)解讀挖掘缺乏深度，智能決策無相應(yīng)支持力量，電站的自運行維護，系統(tǒng)運行維護的質(zhì)量無法得以保障。

在物聯(lián)網(wǎng)抽水蓄能的全面應(yīng)用和水電站項目群建設(shè)智能群控系統(tǒng)的全方位開發(fā)設(shè)計過程中，安全保護標(biāo)準(zhǔn)，施工標(biāo)準(zhǔn)都實現(xiàn)了統(tǒng)一化，與生產(chǎn)周期無縫對接，以實現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)一的運維。統(tǒng)一平臺將根據(jù)“總體規(guī)劃，分步實施，重點突破”的原則，進行安全監(jiān)控平臺的建設(shè)，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的無縫切換。

5 結(jié)論

抽水蓄能電站工程的建設(shè)是一個系統(tǒng)化、專業(yè)化、智能化的工程，“大云內(nèi)容”智能鏈技術(shù)的建設(shè)，電站群的開發(fā)建設(shè)和智能化控制平臺的建設(shè)，該項目群的全要素整體過程協(xié)調(diào)管理，實現(xiàn)集中監(jiān)控、風(fēng)險預(yù)警監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)查詢、應(yīng)急指揮調(diào)度、響應(yīng)迅速、智能監(jiān)測管控、大數(shù)據(jù)分析、定位精準(zhǔn)、專業(yè)性強，營造施工管理效益，對于推動數(shù)字化智能電站和信息化智能企業(yè)的建設(shè)具有深遠而持久的意義。它可以有效地促進每個項目的管理水平和集團公司管理水平的提高。