水電站應急演練系統建設研究

王夏光，宋訓利，劉彥陽，邢爾鑫

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051）

0 引言

近年來，電網企業越來越重視應急管理體系建設工作，國家也不斷對應急管理體系建設工作提出更高的要求[1]。2009年，為加強對應急演練工作的指導，增強應對突發事件的能力，促進應急演練規范、安全、節約、有序地開展,國務院原應急辦出臺《突發事件應急演練指南》，這是國內專門用于規范全國各領域應急演練活動的指導性文件。2018年4月16日，國務院應急管理部正式掛牌成立，其主要職責之一便是推動應急預案體系建設和預案演練。

應急演練是應急體系建設工作的重要組成部分，積極開展應急演練，可以有效地提升應急指揮人員對于應急流程的反應能力及熟練程度，熟悉并掌握應急演練相關職責，還能有效增強各個部門的應急配合力度，以達到降低電力系統中發生突發或緊急事件時造成的人身傷害和設備損壞。而如何有效地開展應急演練，提升應急安全管控力度、提高突發事件應對能力，是當前需要深入研究的課題。

1 應急演練基本原理

演練是創造一個人工環境讓參與者在其中練習、體驗、提高，并嘗試進行突發事件應對的“試驗場”。

1.1 應急演練的工作場原理

演練要為參與者提供一個受控的、理想的工作場景，讓參演者在其中完成有限的、既定的任務。演練的運行可遵循PDCA循環原理。P (Plan)計劃，即在演練中制訂演練計劃和進行各種演練準備；D (Do)執行，即演練的實施；C (Check)檢查，即在演練實踐中對演練做出評估總結。A (Action)行動，即對演練過程和評估方式進行處理，使其模式化，或者標準化，以便進行推廣。

圖1 PDCA循環原理圖

1.2 應急演練的學習場原理

從學習角度看，演練是演練設計者為參演者提供的一個學習提高的場所。這里的學習是發揮參演者主動性的參與式、行動式學習。采用ARD原理，從行動(Action)到反思(Reflection)，再到發展(Development)，最終實現產出的邏輯過程。

圖2 ARD原理圖系

1.3 應急演練的心理場原理

心理學家勒溫認為，心理場包括物質環境中的某些事件(即被知覺到的物質環境)，以及個人的信念、感情和目的等。從參演者個人角度看，演練對于每一個參演者而言，都是一個特殊的心理場。這個心理場是個體心理和其所在環境在其內心中的反映。演練就是通過創造一個有壓力、有挑戰的外部環境，構建一個群體心理場，并影響參演者個人的心理場。通過“刺激—反應—適應”這樣一次次的心理循環推動參演者提高心理素質。

2 水電站應急演練不足研究

目前，各水電站嚴格落實應急演練各項要求，積極開展應急演練，取得了較好的成果，對于員工的應急處置能力和應急意識水平的提升有較大幫助。但是，當前模式下的應急演練也存在一些問題：①完整性不足，一般的演練都只模擬單一的故障或者單一的處理過程，而忽視了整個事件；②情景模擬效果不佳，信息推送形式單一，代入感較差，當前市場上出現的各種仿真系統可以讓事故的模擬處置成為可能，但其情景的模擬缺乏渲染力，給人體驗不夠真實；③缺乏實戰效果，當前演練需事先編制腳本，不夠靈活和經濟，不能夠真正檢驗應急反應機制，不能進行多次重復演練，也不能對多種方案的效果進行對比[2]；④演練評估不足，當前應急演練評估是由觀摩人員與評估人員按照演練方案中的評估表進行評估，其評估效果受制于方案編寫人的技術水平。

3 應急演練系統需求研究

針對當前應急演練方式存在的問題，需采取針對性的措施來建立完整和規范的水電站應急演練系統，為技術人員提供一個符合其工作特點的事故演練系統平臺，以借助該系統來全面提升專業人員應對突發事件的處置能力。當前應急演練業務流程主要包括演練計劃、演練準備、演練實施、演練總結4部分，而各部分業務流程又由許多環節所構成，從而形成了應急演練的業務流程體系，如圖3所示。

圖3 應急演練業務流程體系

根據應急演練業務流程體系，可總結出當前應急演練系統建設的核心是要建立演練指揮管理、演練進程控制、演練資源管理、演練評估等功能模塊。

3.1 演練指揮管理

演練指揮管理指的是在應急演練過程中，導演組可以隨時調整演練目標，主要包括人物運行狀態、任務執行、目標添加、目標取消、目標設定等功能[3]。

3.2 演練進程控制

演練進程控制指的是在應急演練過程中，能夠根據演練項目的相關事件信息來啟動后續事件，并控制演練項目的發展以及結束，對于不同的事件，還可以根據演練的進展情況，手動推送演練信息，以實現應急演練的啟動、退出、停止。

3.3 演練資源管理

演練資源管理指的是能實現對系統運行方式、應急處置場景、評價模型等演練資源管理，并實現在腳本制作中調用。通過調用演練資源模板的方式，能夠快速構建出事故應急處置場景。

3.4 演練評估管理

演練評估管理指的是在應急處置的演練過程中，可以對整個演練過程以及所有參演人員處置步驟進行評價，從而確定應急演練達到的具體效果，并在演練結束后生成演練總結報告，以供其他觀摩人員或受訓人員學習。

4 應急演練系統功能研究

根據應急演練系統的功能需求分析，可以將應急演練系統劃分為5個部分，即演練資源管理子系統、應急預案/異常事件演練子系統、綜合演練子系統、應急演練培訓子系統及系統管理子系統，各子系統下又構建了相應的功能模塊，從而形成了應急演練系統功能設計圖，如圖4所示。

圖4 應急演練系統功能設計圖

4.1 演練資源管理子系統

演練資源管理子系統包含系統庫管理、設備庫管理、應急專家庫管理、評估標準庫管理、術語/指令庫管理、運行圖冊庫管理等功能模塊，具有對應急處置場景、系統運行方式、評價模型等管理的功能，可實現對應急處置場景、系統運行方式、評價模型等的存儲、生成、輸出，便于在演練項目和腳本生成過程中方便快速地調用。

4.2 歷史異常事件/應急預案演練子系統

歷史異常事件/應急預案演練子系統主要用于歷史異常事件/應急預案事件的演練的反復學習演練，促進持續提升。系統主要包括參演人員預設、演練進程控制、演練評估、即時通信管理、演練項目信息查看等功能模塊，參演人員預設是在演練腳本和參演角色生成后，實現角色與任務的預先設置，將每個演練任務分配到系統所提供的角色；演練進程控制可實現演練啟動、暫停、退出及演練錄制、回放，控制演練的發展和結束等；演練評估是根據演練進展，對演練環節進行過程評估，避免演練結束后評估不夠全面；即時通信管理是在演練過程中進行語音通話，并同步實時文字識別，實現演練過程的語音通信；演練項目信息查看可以實時查看演練項目信息、演練項目中評估標準及演練相關內容記錄與統計等[4]。

4.3 綜合演練子系統

綜合演練子系統主要用于無腳本形式的盲演，主要由應急演練制作、應急實施、應急演練評估功能模塊組成。應急演練制作包括演練場景、運行方式、演練腳本、評估標準、參演角色、演練任務等演練基本信息生成，及參演人員預設、演練項目信息查看等。演練基本信息生成可以選擇自主編輯或調用演練資源管理庫模板方式開展，演練基本信息生成后通過參演人員預設實現角色與任務的綁定，演練項目信息查看實現演練項目信息、演練項目評估標準等實時查看，給評估人員提供參考。

應急演練實施用于演練進程控制、演練信息推送、演練過程信息記錄。演練進程控制用于對演練節奏的控制；演練信息推送可以根據設置的關鍵信息點，實現信息的自動推送給特定演習對象，也可由導演組手動推送給特定演習對象；演練過程信息記錄實現記錄和統計演練相關內容，包括演練項目名稱、參演人員、演練開始及持續時間、演練過程描述、演練評估報告、演練過程錄像、演練通信記錄等。

應急演練評估具有評估標準查看、演練過程評估、評估結果管理等功能。評估標準查看可實時查看演練項目中評估標準，給評估人員提供參考。演練過程評估可根據評估標準，在演練中對演練過程的任何一個環節進行評估，避免演練結束后評估不夠全面。評估結果管理將評估內容匯總生成評估報告，任何人員都可查看本次演練的評估結果。同時將評估報告發布至培訓子系統并與相應的應急預案或異常事件管理，在開展培訓時可根據評估結果突出培訓處置重點。

4.4 應急演練培訓子系統

應急演練培訓子系統由演練計劃管理、培訓課程管理、培訓資料管理模塊組成。演練計劃管理主要用于提供演練計劃模板，可根據需求建立年度、三年、五年演練計劃；培訓課程管理可以根據培訓計劃新建培訓課程，然后根據培訓方式可以選擇知識內容培訓或者是情景內容培訓；培訓資料管理給用戶提供培訓資料庫，各用戶根據權限實現培訓資料上傳、查看以及下載等功能。

5 應急演練系統結構研究

5.1 軟件架構

水電站應急演練系統采用B/S構架，即瀏覽器和服務器架構模式。這種模式統一了客戶端，將系統功能實現的核心部分集中到服務器上，簡化了系統的開發、維護和使用。系統劃分為4層，從下到上依次為接口層、數據層、服務層和應用層，如圖5所示。

圖5 系統總體架構圖

接口層能保障本系統各模塊之間的通信、網絡、圖像、信號等實現可靠的互聯互通和及時互動，最大限度地進行水電站應急過程的模擬和演練。接口層的內部系統接口實現各功能模塊間的數據交換和數據共享。外部系統接口可實現與電廠第三方平臺之間的信息交互。

數據層的數據中心集中存儲系統的業務數據，主要包括模型庫、專家庫、資源庫、演練腳本庫、演練進程信息庫、文檔庫等。

服務層提供了一些基礎功能服務，包括應用控制、過程記錄、即時通信、文檔生產等，供水電站應急演練系統調用。

應用層包括演練資源管理子系統、應急預案/異常事件演練管理子系統、綜合演練管理子系統、應急演練培訓管理子系統等5個應用功能模塊，共同組成應用層面的電力應急演練系統。應用層和服務層主要考慮參與指揮人員、參演小組、評估人員、系統管理人員的操作以及信息交流與反饋情況。總體上能保證用戶的操作體驗，信息交流通暢以及問題處理及時。

5.2 硬件結構圖

水電站應急演練系統由VR設備、語音輸入設備、云服務器、交換機、移動及固定終端等組成。交換機用于網絡的連接，將VR設備及語音設備與應急演練系統服務器建立連接，將水電站第三方平臺與應急演練系統服務器建立連接。終端計算機、手機及平板電腦等移動終端用于應急演練系統的人機交互，完成系統的人工操作、設置、報警等，例如用戶權限許可、演練腳本及專家庫調用、啟動演練方案等。

圖6 應急演練系統硬件結構

6 應急演練系統關鍵技術原理

6.1 數據庫管理技術

數據庫管理技術是有關建立、存儲、修改和存取數據庫中信息的技術，是指為保證數據庫系統的正常運行和服務質量，有關人員須進行的技術管理工作。在應急演練系統中，可利用數據庫管理技術具體化異常事件現象及處置內容，標準化處置流程。

6.2 模塊化設計技術

模塊是指一組具有一定功能特征要素的組合單元。模塊化設計是指在一定范圍內使用不同模塊對系統進行規劃和組織，以滿足不同需求的設計方法。利用模塊化設計技術，對應急演練資源庫分類模塊化設計，供應急演練腳本制作和演練過程中使用。

6.3 移動互聯技術

移動互聯技術是指互聯網技術、平臺和應用與移動通信技術結合并實踐的活動總稱，能通過移動終端對因特網上的信息進行訪問，并獲取一些所需要的信息，在應急演練系統中可實現遠程登錄、多人參與，打破空間限制。

6.4 水電站數字仿真技術

水電站數字仿真技術包括水電站水力過渡過程數字仿真、發電機仿真、變壓器仿真等，能動態顯示各物理量之間的變化關系，豐富應急演練系統功能。

6.5 VR技術

VR技術綜合了計算機圖形技術、計算機仿真技術、傳感器技術、顯示技術等多種科學技術，通過佩戴VR終端，使演練人員置身于具有視覺、聽覺、觸覺甚至嗅覺的虛擬電站運行環境，實現演練人員與電站設備設施的信息交互。

7 結論及建議

按照應急演練系統的建設思路所構建的應急演練系統，能夠有效提升員工的危機管理意識，可以使員工明確在處理突發事件過程中的責任和處置流程，能夠有效豐富員工在應急處置過程中的指揮、協調、決策等方面的能力和經驗，可以滿足水電站各層次應對突發性災害事件的應急演練和培訓需求。

此外，建議可進一步研究對接水電站監控系統功能，建立應急演練專家庫，當監控系統出現異常事件典型信號、典型現象時，自動彈出相關處置措施，輔助當班值長決策，實現高效應急處置。