基于大數據技術的智慧電廠作業預警系統設計

裴險峰 王敬啟 李偉 馮蓓蓓 張揚

摘要：在全面推進智能電網建設的戰略目標，建立高標準的電力能源企業過程中，電廠作業過程的監控和風險預警面臨著新的要求。為滿足這一要求，文章提出如何利用智能化監控設備和大數據技術，對電廠作業行為進行實時監測，為電廠作業風險預警提供全面的數據支持。在此基礎上，文章著眼于大數據技術在智慧電廠作業預警系統中的應用展開研究，以期通過智慧電廠作業預警系統的使用，實現對電廠作業過程的智能監測與評判，從而加強風險防控。

關鍵詞：大數據；智慧電廠；風險預警；設計

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.04.024

中圖分類號：F 426.61，TP 311.13? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ?文章編碼：1672-7274（2024）04-00-03

Design of a Smart Power Plant Operation Warning System Based on Big Data Technology

PEI Xianfeng1， WANG Jingqi2， LI Wei1， FENG Beibei2， ZHANG Yang1

（1. Guoneng Ningxia Yuanyang Lake First Power Generation Co.， Ltd.， Yinchuan 750000， China;

2. Guoneng Ningxia Yuanyang Lake Second Power Generation Co.， Ltd.， Yinchuan 750000， China）

Abstract： In the process of comprehensively promoting the strategic goal of smart grid construction and establishing a high standard power energy enterprise， the monitoring and risk warning of power plant operation process face new requirements. To meet this requirement， this article proposes how to use intelligent monitoring equipment and big data technology to monitor the operation behavior of power plants in real time， providing comprehensive data support for risk warning of power plant operations. On this basis， this article focuses on the application of big data technology in the smart power plant operation warning system for research， with the aim of achieving intelligent monitoring and evaluation of the power plant operation process through the use of the smart power plant operation warning system， thereby strengthening risk prevention and control.

Keywords： big data; smart power plants; risk warning; design

伴隨著社會經濟高速發展，能源需求量持續增長。為更好地緩解能源緊張狀況，需要不斷擴大電網規模，大力發展清潔能源，利用水力發電、太陽能發電和風力發電等新能源技術，提高電能儲備水平。新能源接入電網后，需要各方資源協調配合，才能滿足電能輸送要求。否則，新能源的波動性和間歇性將影響電網運行的穩定性。此外，變電站分布廣泛，發電設備種類繁多，進一步增加了電廠的監控管理難度。因此，任何一個環節發生故障，都可能引發連鎖反應，導致嚴重事故。研究發現，傳統電廠的環境監測和預警系統，只能進行視頻監控，缺乏數據采集和異常分析等功能。依賴人工巡檢，作業人員人身安全難以有效保障。同時，人為因素也可能導致監管不力、維護效率低下等問題。隨著物聯網和大數據技術的發展，智能監控設備和風險預警系統逐步在電廠風險管理中應用，以推進電廠安全生產[1]。本文基于大數據技術，設計研發一種智慧電廠作業風險預警系統。該系統通過視頻監控和大數據分析，幫助電廠進行環境監測和風險預警，實現智能化管理。

1? ?智慧電廠風險管理現狀評價

智慧電廠建設應遵循采用自動化技術的原則，實現電廠作業的信息采集和數據分析，優化電廠生產和資源配置，實現安全、高效、低碳的綠色發電模式。智慧電廠可以將電廠與其他產業進行融合發展，在提高能源利用率的同時，推動綠色生態經濟的循環發展。通過大力發展生物質能、水力發電、太陽能發電、風力發電、儲能電站等新能源，還可以高度融合先進的生產運營理念，為社會發展和居民生活提供可靠的保障[2]。

當前，在城鎮化進程中，社會用電需求量日益增長，電網覆蓋面不斷擴大，對電網運行的安全性和穩定性的要求也越來越高。電網設備運行維護中，需要對損耗嚴重、老化明顯的電網設備進行定期檢修[3]。部分電網線路的檢修需要進行帶電或近距離操作，以避免停電檢修造成的負面影響。帶電作業雖可保證電力供應的連續性，但也提高了作業風險，部分電廠作業空間相對特殊，也增加了安全隱患。為確保電廠作業人員的人身安全、提高作業效率，有必要對電廠作業風險進行有效控制。

近年來，隨著經濟的快速發展，智慧電廠建設步伐不斷加快，相關技術研究也在持續完善。部分電廠已配備了監控預警系統，通過監控設備可以獲取各類數據信息，并支持數據分析和趨勢預測等，助力企業實現智能化管理。但在實際應用中，監控管理系統往往獨立于企業管理體系之外，難以與企業管理平臺建立聯系，無法實現數據共享和資源有效利用。因此，有必要運用大數據技術對電廠生產過程進行有效監控，提高數據利用效率，增強預警的科學性和合理性，以滿足新時代背景下電力企業發展的需要[4]。

2? ?智慧電廠作業預警系統設計

該系統的設計與應用，可以對電廠生產運營全過程進行動態監測，分解作業步驟，識別員工在執行每個操作環節中可能存在的不安全因素；同時，預警結果將上傳至控制中心，為電廠安全生產保駕護航。系統監控數據來源于電廠生產現場和企業運營管理系統，使用大數據分析技術對數據進行深度挖掘，用于指導生產和風險預警。此外，該系統還可以對電氣設備進行智能巡視，實現隔離開關的分合狀態識別、開關柜刀閘的識別、表針的識別，以及火災、煙霧、地面積水等狀態的監測。

2.1 硬件設計

電廠作業風險預警系統采用分層設計原則，主要包括展現層、功能層、數據層。該結構簡單易擴展，具備友好的人機交互界面，便于操作。展現層通過網絡瀏覽器顯示系統的主界面。功能層提供安全監測、事故分析、預警分析和風險評價等核心功能，能對電廠作業中的各種危險源進行全面和細致的識別，提供合理的風險預警措施，滿足常規作業中對風險的監控和預警需求。數據層包含風險數據庫、風險管控方法庫、模型庫和專家知識庫，實現參數監測、事故識別、隱患分析、風險預警、信息反饋與評價等功能，通過持續循環為知識庫積累經驗，確保風險預警系統的有效性和先進性[5]。電廠作業風險智能預警系統架構如圖1所示。

2.2 功能設計

電廠作業預警系統基于統一的軟件平臺和數據庫，具備數據分析、風險識別和預警等功能。電廠作業數據的采集與分析、風險識別與預測是風險預警系統的核心。風險無處不在，風險預警系統的意義在于通過科學有效的方式識別風險，預測可能導致的后果并制定針對性的防范措施，確保電廠安全生產。電廠作業環境復雜多變，電氣設備眾多，特種作業頻繁，存在諸多不安全因素，這些潛在的危險將對員工生命安全造成嚴重威脅。電廠作業風險預警系統結合風險數據庫，從人、機、環境、管理四個方面對作業區域內的安全風險事件進行分析，識別安全事故的風險源，并能夠快速評估風險發生的可能性及其損失，確定風險等級并進行預警[6]。

人、機是電廠生產中不安全因素的最直接誘因。電廠生產環境對人的行為和設備的影響，是引發安全事故的重要因素；不規范的管理也會導致電廠安全事故的發生。在識別安全事故風險源的基礎上，深入挖掘誘發這些風險源的因素，可以更具針對性地應對風險防范的目標。結合電廠作業的客觀環境，制定管理標準和風險管控方案。風險預警系統在數據采集中需要借助傳感器，對監控區域內的各設備參數和人員活動進行實時采集，這些數據可通過無線網絡傳輸至計算機控制中心，并通過神經網絡技術進行預處理、特征提取等。在對數據信息進行識別和預測的過程中，系統可以建立風險預警模型，對不同安全風險數據進行分類，當數據超過預警值時，判斷存在風險情況，此時系統自動進行風險預警[7]。

此外，基于大數據技術的智慧電廠作業預警系統，可以通過無線數據傳輸的方式，將傳感器采集的實時數據傳輸至控制中心，并在第一時間反饋現場作業人員和設備的運行狀況。控制中心和監控管理人員與作業人員可通過無線網絡保持聯系，掌握現場作業情況，針對異常情況進行部署。通過存儲設備保存現場視頻和數據，監控管理人員可在數據庫中隨時調取和查詢。GPS定位設備可準確定位風險所在的具體位置，在發生意外時為施救提供定位協助。在線氣體檢測儀實時檢測氣體濃度，工作人員可實時查看檢測數據。如果作業現場環境中氣體濃度超出設定值，可現場發出警報，工作人員看到發光和聲音報警，及時采取救援措施。

3? ?電廠作業風險預警系統的應用價值

安全生產是電力企業發展的重要基礎，安全事故不僅會給電力企業造成巨大經濟損失，還會影響社會和諧穩定。基于大數據技術的智慧電廠作業預警系統，結合了先進的大數據技術和監控裝置，實現了對電廠的智能化管理。系統利用作業現場環境監測設備、作業人員生命體征監測設備等所采集的數據，準確識別作業安全風險并進行風險報警。系統具體包括：作業狀態監控和作業風險報警兩個大的功能模塊。作業狀態監控是對監控范圍內的人員動作、人員生理指標等數據的采集和分析，實現對現場環境狀態和人員作業狀態的全面監控。作業風險報警可以通過建立風險識別模型，對采集到的數據信息進行計算分析，評判作業現場的風險點和確定風險等級，并實現風險的自動報警提示。

現代電網容量越來越大、自動化程度越來越高，供電范圍越來越廣，出現安全事故所造成的危害是無法估量的。因此要借助現代化的監控技術和風險預警系統提升電力生產的安全水平。電廠作業風險預警系統可以通過接入地方氣象數據庫，實現對電廠作業區域內的氣象風險、環境風險的智能預警，完成電廠作業環境信息的科學預測。通過多維動因要素耦合驅動智能輔助決策技術可以發現多種隱患和不安全因素，面向典型作業風險處置場景，對風險源進行精準分析，采取防范措施，減少安全事故的發生[8]。

4? ?結束語

綜上所述，隨著我國電網規模的不斷擴大，電網智能化程度不斷提高。電力企業在保障供電安全的同時，也肩負著保障生產活動中員工人身安全的重任，必須將安全生產作為企業發展的核心責任。這需要建立系統、高效的安全生產保障體系，積極運用現代化的技術手段。當前，關于電廠智能監測預警系統的研究不斷深入，不僅實現了對電廠生產過程的精確監控和安全生產的保障，也極大提升了經濟效益，加快了智慧電廠建設的進程。基于大數據技術的智慧電廠作業預警系統，通過視頻圖像監控和海量數據的智能分析，實現了作業風險的準確識別和預警信息的立體化展示，實現了對電廠全環境以及作業動態過程的精細化監管，進一步增強了作業過程的安全性，為智慧電廠建設提供了有效的技術支持。■

參考文獻

[1] 鄒祥波，饒睦敏，秦士偉，等．電廠環境下作業人員安全帽佩戴檢測研究[J]．計算機仿真，2022（10）：265-271.

[2] 孫建偉，任建國，陳志曉，等．基于定位技術的智慧電廠作業人數統計實現與應用[J]．物聯網技術，2022（3）：71-73

[3] 李亞，葉碧，高旭啟，等．基于多維度數據挖掘技術的配電網不停電作業人員行為智能分析[A]．浙江省電力學會2020年度優秀論文集，2021.

[4] 賀振懷．燃煤電廠超低排放顆粒物濃度在線監測關鍵技術研究[D]．煤炭科學研究總院，2019.

[5] 劉陽陽．發電廠運行人員不安全行為分析及安全行為能力評價研究[D]．湘潭：湖南科技大學，2013.

[6] 劉小虎．某電廠危險氣體監測系統改造[C]．中國土木工程學會燃氣分會編．中國燃氣運營與安全研討會（第十屆）暨中國土木工程學會燃氣分會2019年學術年會論文集（下冊）．煤氣與熱力雜志社，2019.

[7] 李維聰，胡玉濤，李偉．基于大數據平臺的智能電廠數據及系統集成方案研究[J]．南方能源建設，2022（4）：143-149.

[8] 陳崢，吳雙，尹耕，等．基于物聯網的電廠通信設備大數據平臺及應用研究[C]．《施工技術》雜志社，亞太建設科技信息研究院有限公司編．2022年全國土木工程施工技術交流會論文集（上冊），2022.