水電站集控運(yùn)行安全評估及風(fēng)險預(yù)防措施分析

王鳳羽

（朝陽市雙塔區(qū)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 朝陽 122000）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，信息技術(shù)也經(jīng)歷了一個全新的演變,信息技術(shù)可以用來集中管理水電站的運(yùn)行。水電站運(yùn)行效率明顯提高。然而，在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在安全風(fēng)險。需要對水電站集中管理系統(tǒng)的安全風(fēng)險進(jìn)行分析并及時消除，以免影響水電站的正常運(yùn)行。近年來，中國的水電開發(fā)模式一直在向集中式水電群管理模式發(fā)展，單級域梯級水電群和跨界水電群都可以在中心位置進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)度，與傳統(tǒng)的水電控制模式相比，集中控制模式：①節(jié)省了人力資源，降低了水電站的運(yùn)行和管理成本；②將一些工作人員從偏遠(yuǎn)地區(qū)遷移到城市地區(qū)，確保集中合作；③提高水資源利用率，增加電力生產(chǎn)，同時 可以以合理的方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。

在水電領(lǐng)域，由于水電站具有發(fā)電和灌溉等功能，所以集群管理模式的應(yīng)用仍然存在著安全風(fēng)險，其安全運(yùn)行存在著一些操作障礙,因此需要對水電站管理集控過程的安全水平進(jìn)行評估。水電站集控安全管理主要包括兩個方面：①水電站集中管理的重要內(nèi)容是電力的輸送和調(diào)度，要做好電站的管理和控制，及時開展業(yè)務(wù)交流活動，加強(qiáng)對電站的管理和監(jiān)督，同時，開展相應(yīng)的維修和保養(yǎng)活動。②輸水，主要負(fù)責(zé)根據(jù)上游具體水情測報等工作，收集匯總大壩上游的水位信息，根據(jù)水電站的集控指令發(fā)布電廠的具體指令，進(jìn)行現(xiàn)場操作。本文結(jié)合PSR 模型和多年的應(yīng)用研究，采用二元語義組對水電站群管理進(jìn)行評價，減少在評估各種指標(biāo)時信息的缺失。

2 模型原理

2.1 PSR 模型

PSR 模型已被廣泛用于生態(tài)評估,并成為環(huán)境評估的常用數(shù)學(xué)方法，它反映了人類活動和系統(tǒng)之間的相互關(guān)系[1]，因此，通常用于評估生產(chǎn)系統(tǒng)。PSR 模型框架如圖1 所示。

圖1 PSR 模型

PSR 模型可以分析更復(fù)雜的評估系統(tǒng)，同時考慮到人類活動和系統(tǒng)之間的關(guān)系，也就是說，它提供了更多關(guān)于人類活動對系統(tǒng)環(huán)境干擾的直接信息，為了確保評估的準(zhǔn)確性，用狀態(tài)的變化來觸發(fā)系統(tǒng)的反應(yīng)。

2.2 二元語義群評估原理

使用語言學(xué)評價信息方法對于解決群體決策評價信息的不確定性和缺乏聚合性是必要的。如：①將信息轉(zhuǎn)化為模糊數(shù)，然后利用擴(kuò)展原理進(jìn)行計算和驗(yàn)證；②根據(jù)信息的類型和順序?qū)渥臃栠M(jìn)行處理，以有效減輕信息損失。在該評價中，評價專家的信息以（Sk，ak）集合表示，其中Sk為語言學(xué)評價集S的第k 個元素。ak是一個符號轉(zhuǎn)移值，代表與實(shí)際評價的Sk差異，且ak∈[-0.6,0.6]。

定義一個函數(shù)q，將語言表達(dá)Sk∈S轉(zhuǎn)換為二元語義：如果q（Sk）=（Sk，0），則S=｛S0，S1，…，ST｝是語言評價的集合，T 是評價短語的數(shù)量，0

round 是一個取整數(shù)，根據(jù)四舍五入確定k的值。

上述分析表明，這兩個特征都可以提供評價的二元語義的信息,此外，給定｛（S1，a1），（S2，a2），…，（Sn，an）｝一組二元評價信息，其中n 是評價信息的數(shù)量，平均算子如下：

此外，｛（S1，a1），（S2，a2），…，（Sn，an）｝為二元語義，w=｛（w1，g1），（w2，g2），…，（wn，gn）｝是其對應(yīng)的權(quán)重，二元語義加權(quán)平均值可計算如下：

其中ωi是描述權(quán)重的評價語；gi為實(shí)際值與權(quán)重評估語之差。

3 模型應(yīng)用實(shí)例

3.1 實(shí)例概況

某水電集團(tuán)有3 個水電站，總?cè)萘繛?50 萬kW·h。該集團(tuán)位于一個偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通十分不方便，工人面臨著諸多的安全隱患[2]。根據(jù)二元語義法[3]可知,對水電集團(tuán)引入集中管理將提高公司的整體運(yùn)營效率，包括增加發(fā)電量和減少人力資源。因此，建立水電站的集中管理將實(shí)現(xiàn)無人操作和管理的目標(biāo)。由于對一組水電站實(shí)施集中管理制度的復(fù)雜性以及人員大幅減少對水電站安全運(yùn)行的影響，有必要對該組水電站的集中管理進(jìn)行客觀的安全評估。

3.2 建立評估指標(biāo)體系

水電站集控后并不會直接對周圍的自然環(huán)境產(chǎn)生影響，而是對原有的水力發(fā)電安全保障系統(tǒng)產(chǎn)生了壓力，特別是在以下方面：①如果值班人員少，就容易發(fā)生設(shè)備故障，如果因人員不足而不能及時完成事故預(yù)防，就可能發(fā)生重大經(jīng)濟(jì)損失；②實(shí)施集中管理制度后，在用新設(shè)備替換發(fā)電或供水設(shè)備時，工作人員很難立即了解新設(shè)備的操作注意事項和安全措施；③安全管理比傳統(tǒng)的安全系統(tǒng)更復(fù)雜，涉及一系列的應(yīng)急服務(wù)，因此更容易出現(xiàn)管理不善的情況。一般來說，評估水電站的安全是一個重大的挑戰(zhàn)，因此本研究在綜合PSR 模型的基礎(chǔ)上開發(fā)了一個評估水電站管理安全的度量框架，如圖2 所示。

圖2 水電站群集控評估管理體系

為評估水電站管理的安全性，現(xiàn)對某集控水電站Z 的安全管理狀況進(jìn)行評價，評估者的集合e 可以表示為：E=｛e1，e2，…，em｝。對一組水電站進(jìn)行集中安全評估的一套指標(biāo)可以表示如下：I=｛I1，I2，…，Im｝。S表示評價語言的集合，P表示加權(quán)語言的集合。

如果指標(biāo)評價者ei∈E（i=1，2，…，m）將指標(biāo)Ij∈I（j=1，2，…，m）的結(jié)果評估為gij∈S,則應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為二元語義q（Sij）=（Sij，0）。或者，評價者應(yīng)評估指標(biāo)aj的重要性，以獲得指標(biāo)的權(quán)重值wij∈P，則轉(zhuǎn)化為二元語義形式q（wij）=（wij，0）。

水電站集群管理的安全評估階段如下：

步驟1：根據(jù)公式（2）匯總二元語義的權(quán)重，并計算出平均權(quán)重

步驟2：根據(jù)公式（3）和步驟1 的結(jié)果，匯總所有評估者的分?jǐn)?shù)，從而計算出評估值Rei；

步驟3：計算二元語義的綜合評價值,然后將步驟1 和2 中得到的二元語義的加權(quán)平均權(quán)重和根據(jù)（2）得到的加權(quán)平均二元語義評估值Rei進(jìn)行集結(jié)，求出其安全評估值[4-6]。

3.3 管理安全評估

水電站管理的安全性評估是通過語言評估集合S與權(quán)重集合P，反過來，有5 個不同級別，不同的標(biāo)識表示管理安全的水平（很差、較差、良好、較好、非常好）和重要性（非常重要、比較重要、重要、一般重要、非常不重要）。詳見表1。

表1 語言與權(quán)重評估集合

同時還有3 位管理安全專家（e1，e2，e3），提供了管理安全和重要性排名信息，并將專家排名信息轉(zhuǎn)換為二元語義[7-11]，如表2 所示。

表2 評估信息

根據(jù)公式（1）確定的權(quán)重，通過匯總3位評估者，并計算出二元語義平均權(quán)重結(jié)合公式（2）和所有指標(biāo)的二元語義平均權(quán)重，匯總3位評估者所提供的評估信息，計算得出加權(quán)二元語義值Rei（i=1，2，3）分別為Re1（S1，0.56），Re2（S2，-0.46），Re3（S3，-0.08）。再用公式（1）匯總Re1、Re2、Re3，計算出水電集群綜合管理安全評估得分的二元語義值

總體而言，企業(yè)水電集團(tuán)集中管理的總體安全評估值為S2，轉(zhuǎn)移值為-0.46，說明評估結(jié)果在良好和較好范圍內(nèi)，證明集中管理的績效是好的 .

4 運(yùn)行安全風(fēng)險及預(yù)防措施

4.1 供電電源消失

在水電站集控供電電源消失的情況下，為了確保水電站的正常運(yùn)行和安全，采取一系列 措施來應(yīng)對這種情況。首先，設(shè)計一個可靠的備用電源系統(tǒng)。備用電源系統(tǒng)應(yīng)采用單獨(dú)線路對水電站集控進(jìn)行供電，以確保在供電電源消失的情況下，備用電源可以及時補(bǔ)充工作所需， 接替主電源進(jìn)行工作。這樣，確保水電站集控各項命令和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不受供電中斷的影響，從而保證水電站的正常運(yùn)行。其次，對水電站集控的各項維修情況進(jìn)行全面檢查，包括對設(shè)備、線路、連接器等關(guān)鍵部件進(jìn)行檢查，以確定是否存在潛在的安全隱患。同時，要明確高危險區(qū)域，加強(qiáng)對這些區(qū)域的監(jiān)控和管理，以防止在維修過程中發(fā)生意外事故。此外加強(qiáng)維修人員的培訓(xùn)工作。通過培訓(xùn)，確保維修人員具備足夠的技能和知識，能夠熟練地操作各種設(shè)備和工具。同時，加強(qiáng)對維修流程的管理，確保維修人員按照正確的步驟和方法進(jìn)行維修、操作，避免出現(xiàn)維修流程問題或維修人員誤操作問題。

4.2 電廠監(jiān)控系統(tǒng)失控

集控電廠監(jiān)控系統(tǒng)的失控，會對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。首先， 由于集控電廠監(jiān)控系統(tǒng)失去了對電廠的實(shí)時監(jiān)控能力，會導(dǎo)致電廠的各項運(yùn)行數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確反饋，使得電廠的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)無法得到及時了解和掌握，影響電廠的生產(chǎn)效率，還可能導(dǎo)致設(shè)備故障的發(fā)生，甚至可能引發(fā)安全事故。其次，也會影響到電力系統(tǒng)的調(diào)度決策。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電廠的運(yùn)行狀態(tài)是電力系統(tǒng)調(diào)度的重要依據(jù)。如果失去了對電廠的實(shí)時監(jiān)控，電力系統(tǒng)調(diào)度員就無法準(zhǔn)確了解電廠的運(yùn)行狀態(tài)，從而無法做出正確的調(diào)度決策。 例如，如果監(jiān)控系統(tǒng)無法準(zhǔn)確地顯示電廠的發(fā)電量、負(fù)荷等關(guān)鍵指標(biāo)，調(diào)度員可能無法合理安排電力輸送計劃，導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷過載或供電不足的問題。一旦發(fā)生失控，就需要立即采取措施進(jìn)行修復(fù)，以確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。這包括對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查和維護(hù)，修復(fù)可能存在的硬件和軟件故障；加強(qiáng)操作人員的培訓(xùn)和管理，提高他們對監(jiān)控系統(tǒng)的正確使用和維護(hù)能力；以及建立健全的應(yīng)急預(yù)案，確保在監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障時能夠迅速啟動應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，最大限度地減少對電力系統(tǒng)的影響。只有這樣，才能確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，滿足社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

4.3 AGC/AVC 的安全風(fēng)險和解決策略

需要在水電站中控室進(jìn)行AGC/AVC 監(jiān)控，檢查AGC/AVC 是否有效，特別是對近期投運(yùn)的設(shè)備。在工作過程中，對AGC/AVC 有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，但在實(shí)際執(zhí)行過程中，有些工作人員可能會在沒有重啟的情況下提前報告AGC/AVC，也可能在重啟調(diào)試后出現(xiàn)主動波動，構(gòu)成安全隱患的異常情況。對于此類問題，水電站中央控制中心在發(fā)現(xiàn)主動波動異常后，應(yīng)立即對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)，調(diào)查并糾正AGC/AVC異常，進(jìn)一步完善程序，同時派專家進(jìn)行二次審核，審核評估后確認(rèn)無異常，方可重新并網(wǎng)。并監(jiān)測重新并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組接入后的運(yùn)行情況，確保無異常。

4.4 遠(yuǎn)程操作安全問題

隨著科技的發(fā)展，水電站的運(yùn)行和管理越來越依賴于先進(jìn)的信息技術(shù)，如遠(yuǎn)程集控模式，在這種模式下，集控運(yùn)行的遠(yuǎn)程控制操作分為正常工況和突發(fā)事件工況。在正常工況下， 可以通過監(jiān)控系統(tǒng)對水電站進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，以確保其正常運(yùn)行。然而，當(dāng)遇到突發(fā)事件時， 如設(shè)備故障、自然災(zāi)害等，就需要進(jìn)行遠(yuǎn)程操作以解決問題。此時，如何確保遠(yuǎn)程操作的安全性成為了一個亟待解決的問題。為了解決這一問題，研究人員和工程師們提出了許多解決方案。首先，可以使用安全協(xié)議來保護(hù)遠(yuǎn)程操作的安全。安全協(xié)議規(guī)定了通信雙方在交換數(shù)據(jù)時必須遵守的規(guī)則，它可以有效地防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和篡改。通過使用安全協(xié)議，可以確保在遠(yuǎn)程操作過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院屯暾?。其次，加密通信技術(shù)也是保護(hù)遠(yuǎn)程操作安全的重要手段。加密通信技術(shù)通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，使得只有擁有解密密鑰的接收方才能正確解析數(shù)據(jù)內(nèi)容。這樣，即使數(shù)據(jù)在傳輸過程中被截獲， 攻擊者也無法獲取到其中的信息。因此，采用加密通信技術(shù)可以有效提高遠(yuǎn)程操作的安全性。此外，身份驗(yàn)證和訪問控制技術(shù)也是保護(hù)遠(yuǎn)程操作安全的關(guān)鍵措施。通過設(shè)置嚴(yán)格的身份驗(yàn)證機(jī)制，確保只有經(jīng)過授權(quán)的用戶才能進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。同時，通過實(shí)施訪問控制策略，限制用戶對系統(tǒng)資源的訪問權(quán)限，防止?jié)撛诘陌踩L(fēng)險。

4.5 水電站集控水情監(jiān)控安全風(fēng)險

水電站集控水情監(jiān)控是水電站安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，它可以實(shí)現(xiàn)對水電站大壩、 泄洪洞、引水渠道等部位的實(shí)時監(jiān)測，以及對水位、流量、壓力等參數(shù)的自動采集和處理。在水電站集控水情監(jiān)控中，存在著一定的安全風(fēng)險。例如，如果監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者被人為破壞，就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或者無法及時獲取到相關(guān)信息，從而影響到水電站的正常運(yùn)營。此外，如果監(jiān)控系統(tǒng)沒有及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)措施，也可能會導(dǎo)致事故發(fā)生。

5 結(jié)語

PSR 模型是一種基于概率的系統(tǒng)安全評估方法，它可以根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)來預(yù)測系統(tǒng)的可靠性。在水電站群的管理中，PSR 模型可以有效地評估水電站的實(shí)際運(yùn)行管理情況，從而為安全管理提供科學(xué)依據(jù)。通過PSR 模型，可以對水電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)和處理潛在的安全隱患，從而提高水電站的安全管理水平，并有效地處理信息差距問題。在水電站群的管理中，由于信息的不完整和不準(zhǔn)確，往往會導(dǎo)致安全管理的困難，通過使用二元語義組評估方法，可以有效地消除信息差距，提高安全管理的準(zhǔn)確性。例如，通過二元語義組評估方法對水電站的設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境、人員操作等信息進(jìn)行全面、準(zhǔn)確地描述和評估，從而為安全管理提供更為準(zhǔn)確的信息支持。