淺述基建安全監控體系在洪屏抽水蓄能電站的建設與實踐

楊洪濤，沙保衛，淦 斌

(1.江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603；2.山東沂蒙抽水蓄能有限公司，山東臨沂276000)

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淺述基建安全監控體系在洪屏抽水蓄能電站的建設與實踐

楊洪濤1，沙保衛2，淦 斌1

(1.江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603；2.山東沂蒙抽水蓄能有限公司，山東臨沂276000)

介紹了抽水蓄能電站基建安全監控“五系統一中心”體系的建設背景、結構特點及主要功能，并結合該體系在洪屏抽水蓄能電站的建設情況和運行現狀，分析了體系在建設過程中取得的創新經驗、建議和運行管控實效。

安全監控；五系統一中心；地下洞室；洪屏抽水蓄能電站

0 引 言

隨著我國電力發展的需要，抽水蓄能電站成為現代電網發展的必然產物，其為電網調峰、調頻、填谷、黑啟動方面起著至關重要的作用。針對抽水蓄能電站建設的特殊性，為加大基建現場安全督查力度，從源頭上控制風險，提升基建安全管控能力，提高安全管理和應急處置效率，在分析調研煤礦安全管理的基礎上，提出了抽水蓄能電站基建安全監控“五系統一中心”體系研究與建設任務。

抽水蓄能電站基建安全監控“五系統一中心” 體系包括人員定位管理系統、視頻監控與應急廣播通訊系統、地質預警系統、洞室風量監測與強制通風系統、防墜保護系統、安全監測應急指揮中心，是利用最新的科技手段保障抽水蓄能(以下簡稱“抽蓄”)電站建設過程的安全技術措施。

1 “五系統一中心” 體系的建設背景

1.1 工程危險點分析

(1)抽蓄電站多在高山峻嶺中施工，其樞紐布置獨特，工程地質和水文地質條件成為主要的客觀危險源(點)。主要表現為：高邊坡的滑動、失穩；大跨度洞室的掉塊、坍塌；地下洞室群有害氣體；汛期導致的危險等。對于這一類危險點(源)，憑經驗和想象是很難做出準確判斷，必須在施工過程中運用科學手段加強觀測和分析，并根據觀測和分析結果及時調整施工組織措施。

(2)工程前期的地質勘探存在局限性，導致施工存在不可預見因素較多。對于這一類危險點(源)，除了在施工過程中加強觀測分析，及時調整施工組織措施外，還必須做好應急管理工作。

(3)地下洞室群等施工作業“點多面廣”，作業人員多、工作環境復雜、人員勞動強度高、危險點多，一旦發生意外，造成群傷群亡事故的風險較大。

(4)施工人員中有大量的農民工，勞動人員流動性較大，人員缺乏基本的安全技術技能和安全生產知識，安全觀念、意識差，給安全管理帶來了很大的困難。

1.2 工程安全管控現狀

(1)作業和人員安全監督技術手段不足。現場施工的安全監督主要依靠工程監理現場檢查，項目單位對監理人員的監督工作進行監督、對基建現場進行抽查，但工程高峰時期上下庫、地下洞室群或機電安裝同時施工，現場施工作業人員達2 000～3 000人，管控難度大。

(2)洞室施工人員管控技術手段不足。僅對進出洞室群的人員進行了人工登記，對于人員在洞室群的具體位置沒有掌控，一旦發生突發事件后無法準確定位洞室內人員位置，且洞室內出口眾多，無法有效清點人員，發生突發事件時存在人員分布、人員數量無法掌控的問題。

(3)洞室爆破作業地質預警無可用的技術手段。引尾水隧洞、地下廠房洞室群開挖量大、爆破作業多，斷層、破碎帶、溶洞、軟土層、地下暗河等不良地質條件的具體信息無法通過前期勘察而全部掌握，如果在施工過程中在并未探清前方地質情況就貿然開挖，很容易發生安全事故。

(4)洞室施工通風不足、空氣質量差。洞室群開挖施工過程中，鉆孔、爆破、裝渣、運輸、噴錨等作業工序多，現場粉塵多，空氣質量差。由于缺乏對洞室空氣質量指標評價標準，沒有空氣質量檢測和強制通風的管理要求和技術手段，施工單位為節約成本經常將通風系統置于停工狀態，導致施工面空氣質量嚴重不達標。

(5)洞室群施工人員多、分布廣，應急廣播通訊手段不足。地下洞室群施工期間，洞室眾多、施工點多，可用的通訊手段不足，無線對講機只能在本洞室使用?；椖堪l生突發事件后無法有效通知到所有人員緊急撤離。

(6)高空作業防護技術手段不足。地下廠房巖錨梁及各種行車軌道梁在軌道施工等作業過程中，無法用護欄進行保護，使用安全帶不方便移動，存在施工人員高空墜落的風險。施工使用大量卷揚設備，卷揚提升設備安全保護裝置存在較大差異，通訊、紅外攝像、力矩保護、限位保護裝置等配置不規范。

(7)應急管理技術手段不足。抽蓄電站建設周期長，參建單位多，各單位之間的溝通聯系主要依靠業主與監理方的各種協調，缺乏各參建單位之間自動及時的聯動機制與體系。

1.3 洪屏抽水蓄能電站建設特點

洪屏抽水蓄能電站(以下簡稱“洪屏電站”)位于江西省靖安縣境內，是江西省第一座大型抽水蓄能電站，分兩期開發，一期裝機容量1 200 MW，終期裝機規模為2 400 MW。電站籌建期工程于2010年6月開工，主體工程于2012年2月開工，首臺機組在2016年6月底投產發電，2016年12月底電站建設完工。

洪屏電站所處區域谷坡陡峻，地形復雜，施工難度大；地下洞室多，巖石類型復雜，地下水豐富；施工工作面普遍為三、四級風險，工程安全管理難度極大，發生群傷群亡的風險較大。為提升安全科技管理，有效控制洞室群的作業風險，保障施工作業人員安全，因此在洪屏電站試點建設基建安全監控“五系統一中心”。

2 “五系統一中心” 體系的結構與功能

2.1 系統結構

基建安全監控“五系統一中心” 體系如圖1所示，可分為5個層次，具體為：①數據顯示層主要由大屏、電視墻等設備組成，通過數據操作層可將各系統運行情況切換至大屏顯示，具有系統視頻監控、人員定位數據、防墜監控等顯示功能；②數據操作層主要由電腦、操作臺等設備組成，可對各系統進行參數設置及下達指令操作，具有軟件操作、硬件設置、大屏顯示切換等功能；③數據處理層主要由服務器、硬盤存儲器、硬盤錄像機組成，可對設備操作層和數據采集、輸出層的數據進行處理，具有數據處理、存儲的功能；④數據傳輸層主要由光纖交換機等設備組成，是將數據采集、輸出層傳送的信號進行轉換后再傳輸至數據處理層，具有信號轉換、傳輸的功能；⑤數據采集與輸出層主要由人員定位基站、攝像機、防爆話站、傳感器等前端設備組成，通過數據傳輸層將采集的數據傳送至服務器進行分析處理，具有攝像、有線無線通信、廣播、紅外報警等功能。

圖1 “五系統一中心” 體系結構示意

數據采集與輸出層將前端監測的數據信號通過數據傳輸層傳輸至數據處理層，數據處理層對前端傳輸的數據信號進行處理并將處理結果進行存儲，通過數據操作層的操作從數據處理層中調出處理數據，并在數據顯示層顯示結果。

2.2 系統的主要功能

(1)人員定位管理系統。其主要功能為：①實時監控?？蓪Χ磧热藛T進行準確定位，實時顯示人員所處位置、各個區域人員分布情況。②緊急報警。緊急情況下，工作人員通過觸發識別卡上的報警按鍵，向指揮中心發出報警信號，指揮中心在系統平臺上能夠看到報警人員具體位置和報警人員信息。③歷史回放。系統可調閱人員定位歷史信息，并進行回放。④系統管理。系統具有符合現場實際的地圖配置，并具備人員出入洞時間統計、分類檢索、打印等功能。

(2)視頻監控與應急廣播通訊系統。其主要功能為：①實時監控。通過固定視頻監控設備查看主要作業區域的實時圖像，并通過攝像機的云臺轉動與鏡頭縮放，變換監視位置和場景的全貌與細節。②移動視頻。將移動視頻設備采集到的圖像，通過無線傳輸到指揮中心。③錄像回放。將視頻圖像進行存儲，并可對30天內的錄像資料進行查詢、回放。④廣播。實現全區廣播、分區廣播，具備手動、自動播放音頻文件的功能。⑤通訊。通過有線通訊和移動通訊設備，實現現場與指揮中心雙向通訊。

(3)地質預警系統。能夠準確預報掌子面前方100 m范圍內的斷層、含水帶等不良地質帶，可生成三維模擬圖。

(4)洞室風量監測與強制通風系統。其主要功能為：①空氣質量監測。對洞室內氧氣含量、粉塵含量等空氣質量指標進行監測。②風量監測。對洞室內風速指標進行監測。③聯動風機。當洞室內的空氣質量、風量指標超標后自動啟動風機，并具備遠程手動啟動風機功能。

(5)防墜保護系統。其主要功能為：①橋機軌道“生命線”。在橋機軌道上方安裝水平“生命線”，配備帶能量緩沖器的可伸縮墜落制動器以及滑行器，可實現作業區域不間斷的防墜落安全防護，作業人員進入橋機軌道后能夠自動報警并啟動視頻自動跟蹤。②卷揚提升設備防墜保護。對提升設備的荷載進行實時監控，并具有超載保護報警、限載保護、斷繩保護等作業人員防墜保護功能。

(6)安全監測應急指揮中心。其主要功能為：①安全監測。具備大屏顯示功能，可實現拼接顯示、單屏顯示、分割顯示等功能；具備“五系統”所有語音、視頻、數據等接入功能，帶寬滿足業務需求并留有余量；具備各系統集中控制功能，并留有系統擴展接口。②應急指揮。具備與上級單位應急指揮中心對接功能，能實現召開視頻會議、應急會商等。

3 “五系統一中心” 體系在洪屏電站的建設情況

3.1 體系建設情況

系統建設確定了“從成熟技術入手，先易后難，逐步推進”的原則。根據工程實際情況分兩部分進行實施，首先開展了洞室人員定位管理系統、視頻監控與應急廣播通訊系統和安全監測應急指揮中心(以下簡稱“兩系統一中心”)的研發建設，隨后開展了地質預警系統、洞室風量監測與強制通風系統、防墜保護系統(以下簡稱“三系統”)的研發與建設。

“兩系統一中心”于2014年3月完成項目開發并投入運行。主要工程包括安裝信息傳輸分站7臺、人員定位基站18套、高清攝像頭21臺、廣播話站14臺、手機20部(可使用Wi-Fi)、移動視頻20臺，基本實現了地下洞室群主要施工作業面的全覆蓋。

“三系統”于2014年11月完成設備安裝及功能驗收。主要工程包括安裝防墜生命線2套、生命線智能信息監控系統2套、洞室風量監測、粉塵含量檢測、氧氣含量檢測傳感器共5套、地質預警系統1套，基本滿足了地下洞室群主要施工作業面的需求。

3.2 體系建設創新

(1)開發完成了適合抽水蓄能電站地下洞室特點的人員定位系統軟件，并選用了適合抽水蓄能電站地下洞室特點基站設備，實現了洞內人員準確、即時定位，為日常洞室作業安全監控和突發事件時應急疏散和應急救援提供了支撐。

(2)通過在進廠交通洞口增加地感線圈，采取增強接收信號和增加讀卡速度等措施，打破了通道狹窄、人員步行出入洞的技術瓶頸，實現了進出洞室人員集中、車輛快速通過的精確識別。

(3)針對地下洞室作業單位、人員、車輛多的特點，開發了一套對不同單位進出洞人員、車輛的時間、數量、作業時段自動統計、分類的系統管理軟件。

(4)通過采用無線和有線技術相結合，實現了洞內作業人員以及洞內和洞外聯絡通訊，并可通過區域廣播及時對區域內所有人員預警，達到全過程監控各作業部位安全狀態的目標，降低了事故風險。

(5)開發了洞室風量監測與強制通風系統智能啟?？刂葡到y，通過對主要施工洞室內空氣質量指標的監測，實現自動(或手動)開啟通風設備，確保地下洞室內空氣質量滿足要求，達到了有效改善作業環境，保障洞室工作人員的安全、健康。

(6)將紅外監測與自動視頻跟蹤和自動語音播放功能相融合，實現了對主廠房巖錨梁高處作業部位的實時、全過程監控，及時發現提醒作業人員注意安全防護，有效防止發生人員高空墜落的事故風險。

(7)將地質預警系統應用到抽水蓄能電站地下洞室開挖，實現了對掌子面前方100 m范圍內詳細地質描述，為及時調整開挖、支護方式提供了依據，保障了洞室作業安全。

(8)將起重設備的限載器、限位器、鋼絲繩斷繩保護、視頻監控等運用于豎井開挖的大盤和吊籠的設備上，并采取冗余配置，實現了更加可靠的吊籠防墜保護功能，消除了因超載、設備故障等引發的安全事故。

(9)將5個子系統與安全監測應急指揮中心相融合，實現了各項重要安全保障系統集中控制，并具備與上級指揮中心及同級應急指揮中心互聯互通功能。

(10)針對抽水蓄能電站基建和生產特點，采取了永臨結合的設計規劃方案，并充分考慮了現場使用環境，實現了系統的安全、可靠、兼容和可擴展性，達到了系統最優的效率、效益。

3.3 體系建設經驗及建議

(1) 在電站建設招標設計階段，應同步考慮“五系統一中心” 體系的建設規劃，并根據電站建設進展，各子系統應能逐步投入使用。

(2) 應把握好各系統建設時期，安全監測應急指揮中心應盡可能提前規劃和建設，“五系統”中洞室人員定位管理系統、視頻監控與應急廣播通訊系統、洞室風量監測與強制通風系統功能需要根據工程建設進展逐步完善。

(3) 在電站建設前期，應考慮到系統的主干線路光纜與10 kV施工用電線路同桿架設到位，可解決單獨架設費用高和縮短建設周期的問題。

(4) 對重要設備的電源(如洞室內基站、視頻監控設備等)應考慮自帶蓄電池的應急電源，確保在施工電源中斷情況下，可保障設備運行30～60 min。

(5) 對定位識別卡的選型應進一步優化，最好能與洞室門禁系統同步建設實施，并做到與進入各洞室內的門禁卡統一。

(6) “五系統”前端設備應盡可能集成在一個金屬箱(柜)內，充分考慮施工特點，方便施工期位置調整。

4 “五系統一中心” 體系在洪屏電站安全管控實效

4.1 提高了安全管控能力和管理效率

“五系統一中心” 體系實現了洞室施工作業人員的自動統計和各參建單位管理人員到崗到位的自動管控，實現了對重要施工作業面的實時監控，實現了對違章事件的跟蹤、分析、追溯，減少現場安全管理人員赴現場的頻次，減輕了安全管理人員的勞動強度，提高了安全管控能力和管理效率。

4.2 實現了安全風險關口前移

(1)提升了作業人員安全意識。安全監測應急指揮中心每日通過應急廣播定時播放施工安全常識、安全警示等，提高了現場作業人員的安全意識。

(2)改善了施工作業環境。在施工洞室內空氣質量低于指標時，通過自動開啟通風設備，確保地下洞室內空氣質量，有效改善作業環境，保障了洞室工作人員的安全、健康。

(3)視頻監控與應急廣播能夠及時糾正現場違章行為，有效杜絕了習慣性違章發生，降低了事故發生的概率。

(4)通過地質預警系統對不良地質地段提前預警，降低了洞室開挖坍塌的風險。

4.3 提升了應急救援能力

“五系統一中心” 體系成功開展了電站水淹廠房逃生、洞室坍塌逃生、地下廠房火災逃生等應急演練，實現演練全過程自動錄像和回放，及時發現和分析存在的問題，提高了應急演練實效，為事故救援提供快速科學決策的依據，提升了發生事故后應急救援的能力。

5 結 語

基建安全監控“五系統一中心”體統是一套規范科學、技術先進的基建現場安全的綜合管控體統，其特點是綜合功能強大、經濟適用性強。該體系在洪屏電站的試點建設與成功應用，充分發揮和利用了系統的各項功能，工程建設期習慣性違章事件大大減少，未發生一起人員傷亡、設備損毀的安全事故，體系達到了科學、安全、高效和實用的目標，為其他電站建設可以提供借鑒經驗。

(責任編輯 王 琪)

Brief Discussion on the Construction and Practice of Safety Monitoring System in Hongping Pumped-storage Power Station

YANG Hongtao1, SHA Baowei2, GAN Bin1

(1. Jiangxi Hongping Pumped Storage Co., Ltd., Jing’an 330603, Jiangxi, China;2. Shandong Yimeng Pumped Storage Co., Ltd., Linyi 276000, Shandong, China)

The construction background, structure and basic functions of “Five System and a Center” for construction safety monitoring of pumped storage power station are briefly introduced. Combined with the construction and operation of system in Hongping Pumped-storage Power Station, the system construction innovation, suggestions and actual practice effect are also analyzed．

safety monitoring; Five Systems and a Center; underground cavern; Hongping Pumped-storage Power Station

2016- 06- 15

楊洪濤(1968—)，男，湖北天門人，教授級高工，主要從事抽水蓄能電站管理工作 ．

TV698；TV743(256)

A

0559- 9342(2016)08- 0006- 04