王明生
国能宁夏鸳鸯湖第一发电有限公司，宁夏 银川 751400
电力企业是国家经济建设、社会发展的支柱型产业，随着我国经济的快速发展，电能的需求量不断增加，电网规模不断扩大，电厂管理方面迎来巨大挑战。传统的电厂管理模式主要依靠人工，安全管理存在较多弊端，面对复杂繁琐的业务，管理模式陈旧、灵活性差，在安全生产方面存在较多问题，电网在线监测需要处理海量的数据信息。因此，迫切需要通过可视化管理技术解决电网发展过程中出现的瓶颈。随着网络技术和计算机技术的发展，以物联网技术为代表的可视化系统在电厂管理中得到了广泛应用，通过传感器可以采集电厂工作环境中的数据信息，借助无线通信技术实现数据的实时传输，利用计算机可以对海量数据信息进行快速评估和处理。由此可见，智能化管理是电厂未来发展的主要方向。
可视化技术融合了计算机技术、网络通信技术、人机交互技术等先进的技术手段，通过更加直观的方式让管理者更加清晰的了解数据产生和变换的过程。现阶段，我国电网可视化管理技术的应用包括数据的可视化管理、故障分析计算结果可视化、重要设备运行状态可视化管理，并且取得了一些成果。国家电网电力科学研究院研发的可视化管理系统不仅可以实现对电网系统的分析和监控，而且还可以为电力企业制定个性化的服务，电网系统数据参数信息，包括设备电压、电流、设备荷载等。使用不同颜色区分电力设备运行过程中产生的电压数值，并且在地理接线图上进行色块管理，让管理者可以更加清晰的了解设备的运行状态，提升电网系统的故障预警能力。尤其是针对发电机和变压器等重要设备，需要掌握设备运行状态、负荷能力以及过载等信息，并且确保信息的时效性，能够客观反映电网系统中发电机和变压器的运行状态[1]。我国电网系统可视化管理尚处在发展阶段，随着电网规模的不断扩大，可视化管理软件应用越来越广泛，在实际应用过程中存在一些问题待以解决。
1.1 可视化软件结构设计不合理
软件的整体框架针对性不强，受技术限制，软件的功能扩展、开源以及维护性方面变现力不足。随着电网规模的不断扩大，软件扩充方面存在的弊端将严重影响系统的升级，同时与第三方软件进行交互时也会受到框架的限制。
1.2 数据结构不规范，通用性不强
现阶段，我国关于电厂安全风险可视化管理的软件虽然种类繁多，但是数据结构不规范，与其他软件进行交互或者为第三方应用开放接口时会出现瓶颈，降低软件的可移植性和扩展性能，影响软件的适用范围。
1.3 缺乏数据整体宏观分布表达
目前，我国电厂安全风险可视化管理系统的应用仍处于发展阶段，软件设计和功能尚不完善，可视化管理系统携带信息数量有限、图形表现单一、人机交互界面表现力不足，文字标注或者单一的列表无法生动形象的表达电网系统数据的物理意义和特性，并且针对单个数据点，调度人员难以对系统的整体状态进行宏观把握，无法快速比较不同位置的数据信息[2]。
传统的可视化管理已经难以满足电厂安全管理的需求，随着可视化技术的不断发展，系统结构日趋成熟，功能也会越来越强大。可视化技术与电力系统仿真模型相互结合，可以让海量的数据信息更加具体的呈现出来，帮助电厂调度人员了解电厂设备的运行状态，最大限度地降低管理成本。基于物联网技术的电厂安全风险可视化系统设计采用四层架构：数据层、服务层、应用层、展现层。通过数据中心实现集中式的数据存储，把经过清洗后的结构化和非结构化数据，通过大数据技术进行存储和管理。在此基础上，通过大数据服务组件，对业务数据进行在线分析、归类、整理、统计、展示。采用Spring Cloud微服务框架，建立抽象、松散耦合和粗粒度的软件服务组件，每个组件独立部署，拥有自己的运行空间，组件之间通过RESTAPI方式进行调用，可以最大程度保证平台的灵活性和扩展性。在应用层面，与任务终端系统、掌上办公系统链接，实现信息交互，从而使平台具有即插即用、灵活扩展的特性。在展现层，以平台作为系统的统一门户，所有与系统相关的信息都可以在平台上信息交互。安全监管人员通过监控中心对作业现场和企业安全管理总体状况进行实时监控[3]。
电厂安全风险可视化系统开发应遵循实用性原则，需要满足长期运行时无故障发生，稳定性和可靠性是确保电网系统的安全运行的前提。可视化系统的设计与应用是为了降低人工劳动强度，提高电厂管理效率。因此，系统设计过程中需要考虑实用性原则，操作简单，降低学习成本。系统中的应用模块采用独立结构设计，确保可视化系统中的每一个应用功能可以独立运行，如果遇到故障，不会影响其他功能的使用。此外，可视化系统的所有硬件、软件在设计过程中需要具有足够的容量和扩展功能，能够满足系统的升级需求，在长期使用过程中确保软件和硬件的持续更新。下面就对基于物联网技术的电厂可视化系统功能进行详细分析。
2.1 数据管理功能
电力系统的数据种类繁多，需要对产生的海量数据信息进行分类汇总，基于物联网技术的电厂安全风险可视化系统可以通过传感器可以采集包括电厂设备温度、周围环境湿度、工作人员操作等重要的参数信息。安全监控预警平台周期性的与各个监测点网关机箱内通信，采集网关所在区域内的各项参数指标，数据采集完成后，预警系统对参数信息和历史数据进行比对分析，计算出不同区域内的安全等级，并建立安全档案，对存在异常的状态及时发出相应的预警信息[4]。
2.2 图形绘制功能
电力安全风险可视化系统的图形绘制功能是将传感器采集到的数据信息以图形和表格的形式呈现出来。将电厂设备的静态信息、图形信息、运行状态信息融合在一起，形成完备的，面向对象的可视化信息模型，为电厂自动化和智能化管理提供支撑。电厂安全风险可视化系统的图形绘制功能包括图形文件的新建和保存，图形操作实现同时打开多张图形，可对当前图形文件进行修改，保存以及打印，视图操作可以实现对图形尺寸的放大或者缩小，对图元进行复制、剪切、删除等编辑，区域操作实现对选定的区域进行移动、复制、保存和删除。
2.3 图形显示功能
图形显示功能可以静态或者动态显示设备运行的各种状态信息，通过多种多样的图元表示电力系统实际设备和辅助显示信息，增强显示效果。通过现场传感器可以采集外部环境、设备状态等数据信息，并通过无线网络上传，帮助电厂工作人员及时掌握现场情况，规避监督盲区。电厂安全监控预警平台对作业人员身心健康、安全技能同样具有显著的监督效果，对每项作业现场安全措施，包括开工许可、安全交底、预控措施执行状况进行有效控制，一旦发现现场出现风险、或出现操作错误等，安全监控预警平台可以进行预警，并且对工作结束后现场人员撤回、遗留工器具等其他安全隐患进行有效监督。基于物联网技术的安全风险可视化系统网络拓扑如图1所示。
图1 可视化系统网络拓扑架构图
与传统的电厂安全风险管理模式相比，可视化系统在结构设计方面更加迎合了用户的实际需求，拥有更加丰富的应用功能。按照找系统功能划分为不同的子系统，每一个子系统包含众多独立的模块。
基于物联网技术的电厂安全风险可视化系统通过正在电厂设备安装传感器的方式，监测设备的工作状态，并将发电设备的相关工作参数传输到控制中心，实现电厂设备状态在线监测管理并进行故障预警。电厂可视化管理的实施可以帮助管理者实时查看电厂工作环境的信息，设备的分布，可视化管理对于提升电厂智能化管理水平有很大的促进作用。电网系统安全管理主要是指电力系统预防和抵御自然和人类活动的干扰破坏而维持向用户供电的能力，影响因素涉及用电负荷、发电、输电、一次设备、二次设备和系统结构等[5]。电网系统结构复杂，包含多个不同的子系统，每个子系统还包含多个下级子系统，这些下级子系统又含有多个不同的分支。可视化系统管理系统是全方位的采集电厂运行状态信息，提升管理水平和管理效率。
基于物联网技术的安全风险可视化系统，通过风险管理和可视化技术将电力企业的风险等级降到最低。系统依托先进的通信技术和计算机技术，在电网系统的基础上建立在线监测预警系统，把采集到的数据信息和视频信息传输到管理部门的自动化监控系统中，自动生成报警信息，更好的防控自然灾害。利用信息化网络加大生产现场安全监督的覆盖范围，在现有安全管理模式的基础上，安装现场信息采集系统，实时采集工作现场的数据信息并传输至电力综合数据库中，实现工作现场可视化、实时管理，赋予权限的管理人员可以随时进行远程监控，发现问题及时进行纠正。设计保人身、保电网、保设备的安全措施要求做好后，传回主管部门审核，主管部门在对视频信息核对后进行工作推送，安全监督部门及技术主管部门有效结合，扩大技术资源共享[6]。
通过作业现场可视化管理监控系统，利用强大的这种综合数据网整合各个过程的信息数据，利用先进的数据统计就分析方法，分门别类深入分析电厂生产过程中存在的安全隐患并找出解决方法，提高现场作业风险监管力度，为各级监察人员延伸监察范围，检查点提供可能，也为后续的流程评价、个体评价、改进提高和指导组织构架和规章制度建设提供直观的、可靠的数据支持。电力作业具有现场点多、面广、分散，无法实时监控多场景和施工进度等特点，并且习惯性违章屡禁不止，无法及时发现违章作业和现场安全隐患。在现场通信和定位基础上，通过智能安全帽，带高清摄像头及移动网络，可精准定位及录像[7]。按照安全类型和安全级别对现场位置进行划分和定位，将每一位置所对应的安全注意事项和危险预防措施与该位置设备所对应的安全等级、注意事项、运行标准等信息关联起来，进行安全内容分解，建立主动安全数据库。当人员在现场进行检修工作时，到达相应位置时，主动安全数据库自动定位人员位置，并将附近正在进行的运行操作、检修工作、当前位置安全信息、风险预控措施及历史事故记录等信息主动推送到人员携带的移动设备上，对现场工作人员进行主动安全综合信息提示，避免不必要的事故。
此外，系统通过传感器可以采集包括电厂设备温度、周围环境湿度、工作人员操作等重要的参数信息。安全监控预警平台周期性的与各个监测点网关机箱内通信，采集网关所在区域内的各项参数指标，数据采集完成后，预警系统对参数信息和历史数据进行比对分析，计算出不同区域内的安全等级，并建立安全档案，对存在异常的状态及时发出相应的预警信息。通过本项目的实施，使电厂工作环境内设备检修以及安全管控水平大幅提升，可以提高监督效率，解决电厂作业面分布广、监督检查人员现场监督检查难度大的问题[8]。实现风险的时空在线，让多个工作任务与人员、地点以及现场场景联动，多个任务风险在线功能；
实现作业人员轨迹回放、查询、考核等功能；
解决了工作两交清、开工、收工的过程管控；
实现对作业人员进行范围管控，对跨越电子围栏的人员实时报警，可以通过视频、语音等方式干预人员行为。实现对人员开工前的身心健康、技能及培训“自我确认”；
对作业中人员违章、环境风险等进行视频流直播，实现精准管理、风险提前干预、跟踪、制止等功能。
综上所述，基于物联网技术的电厂安全风险可视化系统设计有效提升了电网运行的安全性和可靠性，借助传感器和无线网络代替传统人工巡检，在降低工作强度的同时还能够有效确保电厂能够安全生产。可视化系统的实施，可以有效应对日益庞大的电网系统，解决传统的检修作业中存在的安全风险和隐患，借助软件分析进行状态评估和故障诊断，制定有效的维护措施，改善设备运行状况，全面提升电力企业安全管理水平。
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