智能電廠管控平臺建設實踐

楊洋，袁建麗，周勇

（國家電投集團科學技術研究院，北京 102209）

0 引言

隨著我國經濟發展進入新常態，電力需求的增加逐漸放緩，電源結構進入調整期。我國以煤為主的資源稟賦，決定了以煤電為主的供需格局在中短期內不會改變。在原料價格不斷攀升、產能過剩、利用小時數降低、競價機制出臺、環保需求不斷提高等多重因素影響下，煤電企業生存出現困境，迫切需要改變粗放型管理模式，推進煤電領域制度、管理和技術的創新，推動煤電產業轉型發展，培育新成長優勢[1]，提升管控力度，實現降本增效，提高企業管理水平和核心競爭力。

為了在日趨激烈的市場競爭下占據有利位置，燃煤發電企業亟待通過數字化智能化建設打破電廠傳統的信息管理、設備管理、運行管理、安全管理和經營管理的方式，提高整個電廠的管理水平。智慧電廠具有泛在感知、自適應、智能融合、互動化和數字化的特點，在廣泛采用現代數字化技術和通信技術基礎上，集成智能設備的傳感與執行、先進的智能運維和管理技術，實現更安全、高效、經濟、環保的運行，達到與智能電網及需求側靈活協調、與社會資源和環境相互融合的經濟與社會效應。從傳統電廠向智慧電廠的發展，是現代化電廠建設與發展的必然趨勢，是傳統煤電企業自我變革的必經之路。

通過重點梳理本廠迫切需要智能化轉型升級的業務需求，以整體規劃，循序漸進，逐點逐面為實施規劃路徑，探索技術成熟、經濟可行、敦本務實的解決方案，圍繞效益、安全、管理提升角度，尋找智慧電廠建設的切入點，確保智慧電廠建設與公司發展戰略相結合，并切實滿足電廠當前精細化管理要求和生產管理水平提升。基于上述背景和思路，開發智能安全管控平臺（以下簡稱平臺或系統），以物聯網、人工智能、大數據分析技術為基礎，建立一體化管控平臺，開發“智能安全”“智能培訓”“智能管理”“JYKJ應用”等模塊，實現電廠智能化初步轉型升級，為后期智慧電廠全面建設奠定基礎。

1 智能安全，實現電廠本質安全提升

十九大報告提到，樹立安全發展理念，弘揚生命至上、安全第一的思想，健全公共安全體系，完善安全生產責任制，堅決遏制重特大安全事故，提升防災減災救災能力[2]?！栋踩a“十三五”規劃》也提到，強化安全科技引領保障，加強安全科技研發、推動科技成果轉化、推進安全生產信息化建設。安全是生產的前提，新技術的發展為電廠的安全生產帶來新的挑戰，也創造了新的機遇。本課題采用物聯網、人工智能等先進的技術，對電廠安全智能化升級改造，杜絕現場作業人員不安全行為，規范運行和檢修作業過程，強化管理人員上崗到位，構建本質安全型發電企業[3]。

本課題圍繞“技防、人防、物防”的建設思路，形成多維度、立體化的防護體系：實現智能化設備防護，對運行操作和檢修作業過程的風險點進行智能管控，保證設備本質安全；實現智能化人員防護，對人員操作和作業分區域授權、風險辨識、違章告警，杜絕人員不安全行為；構建智能化安全環境，依據安全等級，區域授權、區域安全風險智能提醒、告警等。最終實現電廠安全生產的全要素和全過程管控、安全生產的標準化和精準化，配套出臺《生產現場智能化安防系統使用規定》制度，形成違章報警和積分考核的閉環管理，全面提升電廠的安全管理水平[4]。

（1）車輛身份及超速管控。車輛違規入場及在廠區道路上超速行駛是嚴重的安全隱患，因此，通過車牌提取、圖像預處理、特征提取、車牌字符識別等技術，實現對車輛出入、自動放行、牌照號碼自動登記、監測報警等智能化管理。系統識別所有入場車輛的身份，對未經許可而入場的人員和行為作出聲光報警，并規定作業區道路上的車速上限，對于超過上限速度行駛的車輛，識別其身份信息，抓拍違章圖片作為證據，并報交安全管理部門予以相應的處罰。

（2）危險人員跟蹤管控。系統以通過建立黑名單的方式鎖定安全考試不合格、存在資質問題、曾被禁止入場施工人員的信息，并單獨建立黑名單人臉庫，當黑名單中的人員出現在施工現場入口時，系統將在入口本地聲光警示，并通過PC客戶端和移動客戶端向安全管理部門報警，以待閉環處罰。對于入場的陌生人員，系統向安全管理部門作出提醒，以利于風險預控。

（3）區域入侵管理。對于危險區域和關鍵設備區域，電廠一般會設立警戒線、警戒帶等安防設施，但安防設施僅具有警示作用，并不能有效預警提示人員有意無意的闖入，也不能向安全管理管理部門提供報警，無法閉環。因此在危險區域和關鍵設備區域，系統采用攝像機形成全面的視頻監控，并通過智能視頻行為分析功能，在攝像機管理終端上明確警戒區域，對單向絆線、雙向絆線、區域入侵和脫崗等行為做出自動判別和抓拍，交付安全管理部門處理。同時，在被管理區域現場設立語音告警裝置，以警告的方式進行預警提示。

（4）習慣性違章管理。對電廠未能按照安全管理規定穿戴個人安全裝備的人員，如未佩戴安全帽的人員、未穿著工作服的人員等，進行智能識別，包括行為抓拍和人臉識別，自動生成罰單，具有非現場監督功能，以利于嚴格管理。

（5）HSE管理工具應用。HSE管理工具包括安全觀察卡、自我評估卡和預警指標卡，HSE管理工具填報提交后，系統按照集團公司HSE管理應用規范對重要的KPI指標進行統計，并以折線圖、柱狀圖、餅圖等形式在PC客戶端和手機客戶端上進行展現。

（6）外包工程安全管理。電廠對承包商在現場施工人員活動的時間、空間、和行為進行有效的管控，從而保證電力生產的安全進行。系統以外包工信息化智能化管理為目標，應用違章自動識別、作業信息推送、可視化智能培訓等技術，實現外包工身份驗證、入廠安全教育、作業培訓指導、安全管理、作業完成驗收出廠的全流程智能化管理。實現承包商的施工人員從準入到現場作業直到離場的全過程從時間、空間、作業過程進行全面的跟蹤和管控。

（7）實時監控管理。監控中心以管理平臺后臺服務基礎，結合廠區布置的高清攝像機等硬件管控設備，實現視頻圖像資源的匯聚、存儲及調用，違章信息報警和相關信息推送。

2 智能培訓，創新培訓方式

火電機組工藝流程復雜，設備繁多，電廠尚缺乏有效提升培訓質量及效果的系統和課件，同時，培訓方法單調，學員以聽課和翻看紙質資料為主，缺乏交流互動，培訓過程吸引力不強，難以達到預期效果[5]。

系統在建立培訓管理模塊基礎上引入仿真培訓。利用建模方式將機組設備模塊化仿真，有效應對電廠系統的復雜性和高維度性特點，使仿真系統與實際生產系統更加貼近，運行人員、檢修人員均可進行可視化仿真培訓，提高相關人員對現場設備和工作原理的學習。仿真培訓具備主、輔機的設備拆解培訓、設備工藝流程、參數配置等內容，不僅提高檢修人員工作質量，還能有效避免其在實際操作中因操作錯誤導致的生產損失，最大程度的提高培訓的教學質量，提高運行人員的操作水平[6]。

（1）可視化培訓。系統實現的三維可視化培訓，實現工藝流程、操作規程、設備拆裝、內部結構、安全管理等領域的培訓[7]。在三維模型的基礎上，平臺可實現培訓步驟的可視化，實現在三維環境中虛擬拆裝，演練培訓操作，提示使用工具及注意事項。

本工程水泵采用管道泵，泵站地平高程為506.2m，管道進水口水面高程為528.5 m，最高出水口高程為583.5 m，設計流量為184 m3/h，設計條件需滿足賢莊村高處地塊灌溉流量計揚程需求。

（2）操作規程培訓。系統將操作規程的培訓內容形成三維場景，被培訓人員在系統中進行實際操作。系統能提供連續、動態、準確、直觀的培訓信息。在三維場景的基礎上，提供生產工藝規程演示，重要設備拆裝操作演示功能。被培訓人員通過學習和實際操作強化培訓過程，彌補了傳統的教師授課、傳幫帶等培訓方式不直觀、培訓周期長、效果不明顯的缺點[4]。

（3）設備拆裝培訓。該功能實現人機交互的操作，其中包括對設備的虛擬拆卸、虛擬安裝、隱藏零部件等功能，通過系統的開發為虛擬設備添加交互的按序拆解和組裝，進入機組內部查看主要組成部件。通過交互式操作使受訓者可以根據自身的知識掌握程度靈活選擇需要獲得的設備信息，以達到是受訓者熟練掌握該設備詳細結構的目的[8]。

3 JYKJ體系應用，提升管理體制機制活力

“計劃-預算-考核-激勵（JYKJ）”管理體系是集團公司建立健全導向明確、認識統一、操作規范的管理體制，是保障集團公司戰略落地的管理工具、管理平臺和管理方法。

本課題將JYKJ體系思想與電廠日常經營管理工作有機結合，開發軟件功能應用模塊，將JYKJ管理理念、方法、流程嵌入到平臺中，使其制度和理念在電廠數字化、智能化落地，確保電廠經營發展目標和各項業務綜合計劃的規范統籌，實現重點任務的制定、分解、跟蹤督辦、分析評價等閉環管理，并對經營活動和財務預算進行管理，以強化績效為導向，全面指導電廠經營管理工作。

模塊包括綜合計劃管理、重點任務管理、預算管理、年度綜合考核管理等。系統目標為通過制定年度計劃，預算計劃，保障計劃與預算的緊密匹配與相互約束，最后對計劃完成情況進行考核與激勵，形成從計劃產生到閉環的全周期管理，強化計劃執行的完整性，推動企業精細化管理與高質量發展。

（2）督辦任務。包括公司級每周督辦任務和跨周督辦任務，支持每個督辦任務的執行情況查詢。

（3）預算管理。包括經營預算、年度財務預算和年度專項預算管理等，實現預算編制、審批、執行、調整和考核監督等閉環管理過程。

（4）績效考核。系統支持通過下發任務和接受任務，將任務具體落實到責任人和協辦人，記錄每個部門和每個人的任務完成情況，形成積分式管理，實現量化績效考核，與公司薪酬體制配合實現激勵機制。

4 項目成果

本課題利用當前先進的信息化技術，結合電廠智能化轉型升級最迫切的業務需求，開發完成基于智能安全、智能培訓、智能管理的軟件應用平臺。平臺遵循實用性和易擴展的原則，充分考慮下一階段建設的接口需求，為平臺后期功能擴展奠定基礎。

（1）對重點區域安裝基于人臉識別的攝像頭監控方式。重點區域如煤場、油區、氫站、開關場、繼電保護室、配電間、DCS 電子間、工程師站等約20個部位。系統投入實用以來，共預防人員誤入86次，違章現場拍照76張，完成預警提示163次，形成外包作業黑名單8人，有效預防黑名單再次進入6次，施工人員誤闖區域報警38次，電廠安全管理水平顯著提升。

（2）在單元控制室設置顯示屏，用于顯示現場的作業工作內容、人員數量、作業地點，以及重點區域門禁監控等動態信息。通過深度學習技術框架、人機屬性結構化、行為狀態結構化，對異常人、車、行為事先預警，提高廠區安全事故預警效率，防患于未然。

（3）基于計算機圖形處理、三維場景建模的仿真培訓系統的建設，使日常培訓不再受培訓場地、時間和專業培訓人員的不足的限制，豐富了教學內容，使受訓人員的自主學習能力提高，員工對現場設備和工作原理學習的積極性增強。通過標準化規范化的流程展示，增強培訓質量，實現無監督教學。

（4）緊跟集團公司、內蒙古公司JYKJ體系建設目標和執行制度，用信息化手段促使戰略有效落地，將年度目標、重點任務、指標計劃、專項計劃各組織層級分解落實到部門和個人，結合經營活動預算管理和薪酬激勵體系，保障公司重點任務有效分解與承接，提高了電廠管理效率和員工的價值創造動力，促進了日常工作溝通和協作的順暢高效。