智能电厂管控平台建设实践

杨洋，袁建丽，周勇

（国家电投集团科学技术研究院，北京 102209）

0 引言

随着我国经济发展进入新常态，电力需求的增加逐渐放缓，电源结构进入调整期。我国以煤为主的资源禀赋，决定了以煤电为主的供需格局在中短期内不会改变。在原料价格不断攀升、产能过剩、利用小时数降低、竞价机制出台、环保需求不断提高等多重因素影响下，煤电企业生存出现困境，迫切需要改变粗放型管理模式，推进煤电领域制度、管理和技术的创新，推动煤电产业转型发展，培育新成长优势[1]，提升管控力度，实现降本增效，提高企业管理水平和核心竞争力。

为了在日趋激烈的市场竞争下占据有利位置，燃煤发电企业亟待通过数字化智能化建设打破电厂传统的信息管理、设备管理、运行管理、安全管理和经营管理的方式，提高整个电厂的管理水平。智慧电厂具有泛在感知、自适应、智能融合、互动化和数字化的特点，在广泛采用现代数字化技术和通信技术基础上，集成智能设备的传感与执行、先进的智能运维和管理技术，实现更安全、高效、经济、环保的运行，达到与智能电网及需求侧灵活协调、与社会资源和环境相互融合的经济与社会效应。从传统电厂向智慧电厂的发展，是现代化电厂建设与发展的必然趋势，是传统煤电企业自我变革的必经之路。

通过重点梳理本厂迫切需要智能化转型升级的业务需求，以整体规划，循序渐进，逐点逐面为实施规划路径，探索技术成熟、经济可行、敦本务实的解决方案，围绕效益、安全、管理提升角度，寻找智慧电厂建设的切入点，确保智慧电厂建设与公司发展战略相结合，并切实满足电厂当前精细化管理要求和生产管理水平提升。基于上述背景和思路，开发智能安全管控平台（以下简称平台或系统），以物联网、人工智能、大数据分析技术为基础，建立一体化管控平台，开发“智能安全”“智能培训”“智能管理”“JYKJ应用”等模块，实现电厂智能化初步转型升级，为后期智慧电厂全面建设奠定基础。

1 智能安全，实现电厂本质安全提升

十九大报告提到，树立安全发展理念，弘扬生命至上、安全第一的思想，健全公共安全体系，完善安全生产责任制，坚决遏制重特大安全事故，提升防灾减灾救灾能力[2]。《安全生产“十三五”规划》也提到，强化安全科技引领保障，加强安全科技研发、推动科技成果转化、推进安全生产信息化建设。安全是生产的前提，新技术的发展为电厂的安全生产带来新的挑战，也创造了新的机遇。本课题采用物联网、人工智能等先进的技术，对电厂安全智能化升级改造，杜绝现场作业人员不安全行为，规范运行和检修作业过程，强化管理人员上岗到位，构建本质安全型发电企业[3]。

本课题围绕“技防、人防、物防”的建设思路，形成多维度、立体化的防护体系：实现智能化设备防护，对运行操作和检修作业过程的风险点进行智能管控，保证设备本质安全；实现智能化人员防护，对人员操作和作业分区域授权、风险辨识、违章告警，杜绝人员不安全行为；构建智能化安全环境，依据安全等级，区域授权、区域安全风险智能提醒、告警等。最终实现电厂安全生产的全要素和全过程管控、安全生产的标准化和精准化，配套出台《生产现场智能化安防系统使用规定》制度，形成违章报警和积分考核的闭环管理，全面提升电厂的安全管理水平[4]。

（1）车辆身份及超速管控。车辆违规入场及在厂区道路上超速行驶是严重的安全隐患，因此，通过车牌提取、图像预处理、特征提取、车牌字符识别等技术，实现对车辆出入、自动放行、牌照号码自动登记、监测报警等智能化管理。系统识别所有入场车辆的身份，对未经许可而入场的人员和行为作出声光报警，并规定作业区道路上的车速上限，对于超过上限速度行驶的车辆，识别其身份信息，抓拍违章图片作为证据，并报交安全管理部门予以相应的处罚。

（2）危险人员跟踪管控。系统以通过建立黑名单的方式锁定安全考试不合格、存在资质问题、曾被禁止入场施工人员的信息，并单独建立黑名单人脸库，当黑名单中的人员出现在施工现场入口时，系统将在入口本地声光警示，并通过PC客户端和移动客户端向安全管理部门报警，以待闭环处罚。对于入场的陌生人员，系统向安全管理部门作出提醒，以利于风险预控。

（3）区域入侵管理。对于危险区域和关键设备区域，电厂一般会设立警戒线、警戒带等安防设施，但安防设施仅具有警示作用，并不能有效预警提示人员有意无意的闯入，也不能向安全管理管理部门提供报警，无法闭环。因此在危险区域和关键设备区域，系统采用摄像机形成全面的视频监控，并通过智能视频行为分析功能，在摄像机管理终端上明确警戒区域，对单向绊线、双向绊线、区域入侵和脱岗等行为做出自动判别和抓拍，交付安全管理部门处理。同时，在被管理区域现场设立语音告警装置，以警告的方式进行预警提示。

（4）习惯性违章管理。对电厂未能按照安全管理规定穿戴个人安全装备的人员，如未佩戴安全帽的人员、未穿着工作服的人员等，进行智能识别，包括行为抓拍和人脸识别，自动生成罚单，具有非现场监督功能，以利于严格管理。

（5）HSE管理工具应用。HSE管理工具包括安全观察卡、自我评估卡和预警指标卡，HSE管理工具填报提交后，系统按照集团公司HSE管理应用规范对重要的KPI指标进行统计，并以折线图、柱状图、饼图等形式在PC客户端和手机客户端上进行展现。

（6）外包工程安全管理。电厂对承包商在现场施工人员活动的时间、空间、和行为进行有效的管控，从而保证电力生产的安全进行。系统以外包工信息化智能化管理为目标，应用违章自动识别、作业信息推送、可视化智能培训等技术，实现外包工身份验证、入厂安全教育、作业培训指导、安全管理、作业完成验收出厂的全流程智能化管理。实现承包商的施工人员从准入到现场作业直到离场的全过程从时间、空间、作业过程进行全面的跟踪和管控。

（7）实时监控管理。监控中心以管理平台后台服务基础，结合厂区布置的高清摄像机等硬件管控设备，实现视频图像资源的汇聚、存储及调用，违章信息报警和相关信息推送。

2 智能培训，创新培训方式

火电机组工艺流程复杂，设备繁多，电厂尚缺乏有效提升培训质量及效果的系统和课件，同时，培训方法单调，学员以听课和翻看纸质资料为主，缺乏交流互动，培训过程吸引力不强，难以达到预期效果[5]。

系统在建立培训管理模块基础上引入仿真培训。利用建模方式将机组设备模块化仿真，有效应对电厂系统的复杂性和高维度性特点，使仿真系统与实际生产系统更加贴近，运行人员、检修人员均可进行可视化仿真培训，提高相关人员对现场设备和工作原理的学习。仿真培训具备主、辅机的设备拆解培训、设备工艺流程、参数配置等内容，不仅提高检修人员工作质量，还能有效避免其在实际操作中因操作错误导致的生产损失，最大程度的提高培训的教学质量，提高运行人员的操作水平[6]。

（1）可视化培训。系统实现的三维可视化培训，实现工艺流程、操作规程、设备拆装、内部结构、安全管理等领域的培训[7]。在三维模型的基础上，平台可实现培训步骤的可视化，实现在三维环境中虚拟拆装，演练培训操作，提示使用工具及注意事项。

本工程水泵采用管道泵，泵站地平高程为506.2m，管道进水口水面高程为528.5 m，最高出水口高程为583.5 m，设计流量为184 m3/h，设计条件需满足贤庄村高处地块灌溉流量计扬程需求。

（2）操作规程培训。系统将操作规程的培训内容形成三维场景，被培训人员在系统中进行实际操作。系统能提供连续、动态、准确、直观的培训信息。在三维场景的基础上，提供生产工艺规程演示，重要设备拆装操作演示功能。被培训人员通过学习和实际操作强化培训过程，弥补了传统的教师授课、传帮带等培训方式不直观、培训周期长、效果不明显的缺点[4]。

（3）设备拆装培训。该功能实现人机交互的操作，其中包括对设备的虚拟拆卸、虚拟安装、隐藏零部件等功能，通过系统的开发为虚拟设备添加交互的按序拆解和组装，进入机组内部查看主要组成部件。通过交互式操作使受训者可以根据自身的知识掌握程度灵活选择需要获得的设备信息，以达到是受训者熟练掌握该设备详细结构的目的[8]。

3 JYKJ体系应用，提升管理体制机制活力

“计划-预算-考核-激励（JYKJ）”管理体系是集团公司建立健全导向明确、认识统一、操作规范的管理体制，是保障集团公司战略落地的管理工具、管理平台和管理方法。

本课题将JYKJ体系思想与电厂日常经营管理工作有机结合，开发软件功能应用模块，将JYKJ管理理念、方法、流程嵌入到平台中，使其制度和理念在电厂数字化、智能化落地，确保电厂经营发展目标和各项业务综合计划的规范统筹，实现重点任务的制定、分解、跟踪督办、分析评价等闭环管理，并对经营活动和财务预算进行管理，以强化绩效为导向，全面指导电厂经营管理工作。

模块包括综合计划管理、重点任务管理、预算管理、年度综合考核管理等。系统目标为通过制定年度计划，预算计划，保障计划与预算的紧密匹配与相互约束，最后对计划完成情况进行考核与激励，形成从计划产生到闭环的全周期管理，强化计划执行的完整性，推动企业精细化管理与高质量发展。

（2）督办任务。包括公司级每周督办任务和跨周督办任务，支持每个督办任务的执行情况查询。

（3）预算管理。包括经营预算、年度财务预算和年度专项预算管理等，实现预算编制、审批、执行、调整和考核监督等闭环管理过程。

（4）绩效考核。系统支持通过下发任务和接受任务，将任务具体落实到责任人和协办人，记录每个部门和每个人的任务完成情况，形成积分式管理，实现量化绩效考核，与公司薪酬体制配合实现激励机制。

4 项目成果

本课题利用当前先进的信息化技术，结合电厂智能化转型升级最迫切的业务需求，开发完成基于智能安全、智能培训、智能管理的软件应用平台。平台遵循实用性和易扩展的原则，充分考虑下一阶段建设的接口需求，为平台后期功能扩展奠定基础。

（1）对重点区域安装基于人脸识别的摄像头监控方式。重点区域如煤场、油区、氢站、开关场、继电保护室、配电间、DCS 电子间、工程师站等约20个部位。系统投入实用以来，共预防人员误入86次，违章现场拍照76张，完成预警提示163次，形成外包作业黑名单8人，有效预防黑名单再次进入6次，施工人员误闯区域报警38次，电厂安全管理水平显著提升。

（2）在单元控制室设置显示屏，用于显示现场的作业工作内容、人员数量、作业地点，以及重点区域门禁监控等动态信息。通过深度学习技术框架、人机属性结构化、行为状态结构化，对异常人、车、行为事先预警，提高厂区安全事故预警效率，防患于未然。

（3）基于计算机图形处理、三维场景建模的仿真培训系统的建设，使日常培训不再受培训场地、时间和专业培训人员的不足的限制，丰富了教学内容，使受训人员的自主学习能力提高，员工对现场设备和工作原理学习的积极性增强。通过标准化规范化的流程展示，增强培训质量，实现无监督教学。

（4）紧跟集团公司、内蒙古公司JYKJ体系建设目标和执行制度，用信息化手段促使战略有效落地，将年度目标、重点任务、指标计划、专项计划各组织层级分解落实到部门和个人，结合经营活动预算管理和薪酬激励体系，保障公司重点任务有效分解与承接，提高了电厂管理效率和员工的价值创造动力，促进了日常工作沟通和协作的顺畅高效。