水电站集控运行安全评估及风险预防措施分析

王凤羽

（朝阳市双塔区水利事务服务中心，辽宁 朝阳 122000）

1 引言

随着经济的不断发展，信息技术也经历了一个全新的演变,信息技术可以用来集中管理水电站的运行。水电站运行效率明显提高。然而，在实际应用中仍然存在安全风险。需要对水电站集中管理系统的安全风险进行分析并及时消除，以免影响水电站的正常运行。近年来，中国的水电开发模式一直在向集中式水电群管理模式发展，单级域梯级水电群和跨界水电群都可以在中心位置进行远程监控和调度，与传统的水电控制模式相比，集中控制模式：①节省了人力资源，降低了水电站的运行和管理成本；②将一些工作人员从偏远地区迁移到城市地区，确保集中合作；③提高水资源利用率，增加电力生产，同时 可以以合理的方式进行优化调度。

在水电领域，由于水电站具有发电和灌溉等功能，所以集群管理模式的应用仍然存在着安全风险，其安全运行存在着一些操作障碍,因此需要对水电站管理集控过程的安全水平进行评估。水电站集控安全管理主要包括两个方面：①水电站集中管理的重要内容是电力的输送和调度，要做好电站的管理和控制，及时开展业务交流活动，加强对电站的管理和监督，同时，开展相应的维修和保养活动。②输水，主要负责根据上游具体水情测报等工作，收集汇总大坝上游的水位信息，根据水电站的集控指令发布电厂的具体指令，进行现场操作。本文结合PSR 模型和多年的应用研究，采用二元语义组对水电站群管理进行评价，减少在评估各种指标时信息的缺失。

2 模型原理

2.1 PSR 模型

PSR 模型已被广泛用于生态评估,并成为环境评估的常用数学方法，它反映了人类活动和系统之间的相互关系[1]，因此，通常用于评估生产系统。PSR 模型框架如图1 所示。

图1 PSR 模型

PSR 模型可以分析更复杂的评估系统，同时考虑到人类活动和系统之间的关系，也就是说，它提供了更多关于人类活动对系统环境干扰的直接信息，为了确保评估的准确性，用状态的变化来触发系统的反应。

2.2 二元语义群评估原理

使用语言学评价信息方法对于解决群体决策评价信息的不确定性和缺乏聚合性是必要的。如：①将信息转化为模糊数，然后利用扩展原理进行计算和验证；②根据信息的类型和顺序对句子符号进行处理，以有效减轻信息损失。在该评价中，评价专家的信息以（Sk，ak）集合表示，其中Sk为语言学评价集S的第k 个元素。ak是一个符号转移值，代表与实际评价的Sk差异，且ak∈[-0.6,0.6]。

定义一个函数q，将语言表达Sk∈S转换为二元语义：如果q（Sk）=（Sk，0），则S=｛S0，S1，…，ST｝是语言评价的集合，T 是评价短语的数量，0

round 是一个取整数，根据四舍五入确定k的值。

上述分析表明，这两个特征都可以提供评价的二元语义的信息,此外，给定｛（S1，a1），（S2，a2），…，（Sn，an）｝一组二元评价信息，其中n 是评价信息的数量，平均算子如下：

此外，｛（S1，a1），（S2，a2），…，（Sn，an）｝为二元语义，w=｛（w1，g1），（w2，g2），…，（wn，gn）｝是其对应的权重，二元语义加权平均值可计算如下：

其中ωi是描述权重的评价语；gi为实际值与权重评估语之差。

3 模型应用实例

3.1 实例概况

某水电集团有3 个水电站，总容量为150 万kW·h。该集团位于一个偏远山区，交通十分不方便，工人面临着诸多的安全隐患[2]。根据二元语义法[3]可知,对水电集团引入集中管理将提高公司的整体运营效率，包括增加发电量和减少人力资源。因此，建立水电站的集中管理将实现无人操作和管理的目标。由于对一组水电站实施集中管理制度的复杂性以及人员大幅减少对水电站安全运行的影响，有必要对该组水电站的集中管理进行客观的安全评估。

3.2 建立评估指标体系

水电站集控后并不会直接对周围的自然环境产生影响，而是对原有的水力发电安全保障系统产生了压力，特别是在以下方面：①如果值班人员少，就容易发生设备故障，如果因人员不足而不能及时完成事故预防，就可能发生重大经济损失；②实施集中管理制度后，在用新设备替换发电或供水设备时，工作人员很难立即了解新设备的操作注意事项和安全措施；③安全管理比传统的安全系统更复杂，涉及一系列的应急服务，因此更容易出现管理不善的情况。一般来说，评估水电站的安全是一个重大的挑战，因此本研究在综合PSR 模型的基础上开发了一个评估水电站管理安全的度量框架，如图2 所示。

图2 水电站群集控评估管理体系

为评估水电站管理的安全性，现对某集控水电站Z 的安全管理状况进行评价，评估者的集合e 可以表示为：E=｛e1，e2，…，em｝。对一组水电站进行集中安全评估的一套指标可以表示如下：I=｛I1，I2，…，Im｝。S表示评价语言的集合，P表示加权语言的集合。

如果指标评价者ei∈E（i=1，2，…，m）将指标Ij∈I（j=1，2，…，m）的结果评估为gij∈S,则应将其转换为二元语义q（Sij）=（Sij，0）。或者，评价者应评估指标aj的重要性，以获得指标的权重值wij∈P，则转化为二元语义形式q（wij）=（wij，0）。

水电站集群管理的安全评估阶段如下：

步骤1：根据公式（2）汇总二元语义的权重，并计算出平均权重

步骤2：根据公式（3）和步骤1 的结果，汇总所有评估者的分数，从而计算出评估值Rei；

步骤3：计算二元语义的综合评价值,然后将步骤1 和2 中得到的二元语义的加权平均权重和根据（2）得到的加权平均二元语义评估值Rei进行集结，求出其安全评估值[4-6]。

3.3 管理安全评估

水电站管理的安全性评估是通过语言评估集合S与权重集合P，反过来，有5 个不同级别，不同的标识表示管理安全的水平（很差、较差、良好、较好、非常好）和重要性（非常重要、比较重要、重要、一般重要、非常不重要）。详见表1。

表1 语言与权重评估集合

同时还有3 位管理安全专家（e1，e2，e3），提供了管理安全和重要性排名信息，并将专家排名信息转换为二元语义[7-11]，如表2 所示。

表2 评估信息

根据公式（1）确定的权重，通过汇总3位评估者，并计算出二元语义平均权重结合公式（2）和所有指标的二元语义平均权重，汇总3位评估者所提供的评估信息，计算得出加权二元语义值Rei（i=1，2，3）分别为Re1（S1，0.56），Re2（S2，-0.46），Re3（S3，-0.08）。再用公式（1）汇总Re1、Re2、Re3，计算出水电集群综合管理安全评估得分的二元语义值

总体而言，企业水电集团集中管理的总体安全评估值为S2，转移值为-0.46，说明评估结果在良好和较好范围内，证明集中管理的绩效是好的 .

4 运行安全风险及预防措施

4.1 供电电源消失

在水电站集控供电电源消失的情况下，为了确保水电站的正常运行和安全，采取一系列 措施来应对这种情况。首先，设计一个可靠的备用电源系统。备用电源系统应采用单独线路对水电站集控进行供电，以确保在供电电源消失的情况下，备用电源可以及时补充工作所需， 接替主电源进行工作。这样，确保水电站集控各项命令和业务数据不受供电中断的影响，从而保证水电站的正常运行。其次，对水电站集控的各项维修情况进行全面检查，包括对设备、线路、连接器等关键部件进行检查，以确定是否存在潜在的安全隐患。同时，要明确高危险区域，加强对这些区域的监控和管理，以防止在维修过程中发生意外事故。此外加强维修人员的培训工作。通过培训，确保维修人员具备足够的技能和知识，能够熟练地操作各种设备和工具。同时，加强对维修流程的管理，确保维修人员按照正确的步骤和方法进行维修、操作，避免出现维修流程问题或维修人员误操作问题。

4.2 电厂监控系统失控

集控电厂监控系统的失控，会对整个电力系统的稳定运行造成严重影响。首先， 由于集控电厂监控系统失去了对电厂的实时监控能力，会导致电厂的各项运行数据无法准确反馈，使得电厂的生产运行状态无法得到及时了解和掌握，影响电厂的生产效率，还可能导致设备故障的发生，甚至可能引发安全事故。其次，也会影响到电力系统的调度决策。在现代电力系统中，电厂的运行状态是电力系统调度的重要依据。如果失去了对电厂的实时监控，电力系统调度员就无法准确了解电厂的运行状态，从而无法做出正确的调度决策。 例如，如果监控系统无法准确地显示电厂的发电量、负荷等关键指标，调度员可能无法合理安排电力输送计划，导致电网负荷过载或供电不足的问题。一旦发生失控，就需要立即采取措施进行修复，以确保电力系统的稳定运行。这包括对监控系统进行全面检查和维护，修复可能存在的硬件和软件故障；加强操作人员的培训和管理，提高他们对监控系统的正确使用和维护能力；以及建立健全的应急预案，确保在监控系统发生故障时能够迅速启动应急响应机制，最大限度地减少对电力系统的影响。只有这样，才能确保电力系统的安全稳定运行，满足社会和经济发展的需求。

4.3 AGC/AVC 的安全风险和解决策略

需要在水电站中控室进行AGC/AVC 监控，检查AGC/AVC 是否有效，特别是对近期投运的设备。在工作过程中，对AGC/AVC 有严格的标准，但在实际执行过程中，有些工作人员可能会在没有重启的情况下提前报告AGC/AVC，也可能在重启调试后出现主动波动，构成安全隐患的异常情况。对于此类问题，水电站中央控制中心在发现主动波动异常后，应立即对异常数据进行核实，调查并纠正AGC/AVC异常，进一步完善程序，同时派专家进行二次审核，审核评估后确认无异常，方可重新并网。并监测重新并网发电机组接入后的运行情况，确保无异常。

4.4 远程操作安全问题

随着科技的发展，水电站的运行和管理越来越依赖于先进的信息技术，如远程集控模式，在这种模式下，集控运行的远程控制操作分为正常工况和突发事件工况。在正常工况下， 可以通过监控系统对水电站进行实时监控，以确保其正常运行。然而，当遇到突发事件时， 如设备故障、自然灾害等，就需要进行远程操作以解决问题。此时，如何确保远程操作的安全性成为了一个亟待解决的问题。为了解决这一问题，研究人员和工程师们提出了许多解决方案。首先，可以使用安全协议来保护远程操作的安全。安全协议规定了通信双方在交换数据时必须遵守的规则，它可以有效地防止未经授权的访问和篡改。通过使用安全协议，可以确保在远程操作过程中数据传输的安全性和完整性。其次，加密通信技术也是保护远程操作安全的重要手段。加密通信技术通过对数据进行加密处理，使得只有拥有解密密钥的接收方才能正确解析数据内容。这样，即使数据在传输过程中被截获， 攻击者也无法获取到其中的信息。因此，采用加密通信技术可以有效提高远程操作的安全性。此外，身份验证和访问控制技术也是保护远程操作安全的关键措施。通过设置严格的身份验证机制，确保只有经过授权的用户才能进行远程操作。同时，通过实施访问控制策略，限制用户对系统资源的访问权限，防止潜在的安全风险。

4.5 水电站集控水情监控安全风险

水电站集控水情监控是水电站安全监控系统的重要组成部分，它可以实现对水电站大坝、 泄洪洞、引水渠道等部位的实时监测，以及对水位、流量、压力等参数的自动采集和处理。在水电站集控水情监控中，存在着一定的安全风险。例如，如果监控系统出现故障或者被人为破坏，就会导致数据丢失或者无法及时获取到相关信息，从而影响到水电站的正常运营。此外，如果监控系统没有及时发现异常情况并采取相应措施，也可能会导致事故发生。

5 结语

PSR 模型是一种基于概率的系统安全评估方法，它可以根据系统的运行状态和历史数据来预测系统的可靠性。在水电站群的管理中，PSR 模型可以有效地评估水电站的实际运行管理情况，从而为安全管理提供科学依据。通过PSR 模型，可以对水电站的运行状态进行实时监控，及时发现和处理潜在的安全隐患，从而提高水电站的安全管理水平，并有效地处理信息差距问题。在水电站群的管理中，由于信息的不完整和不准确，往往会导致安全管理的困难，通过使用二元语义组评估方法，可以有效地消除信息差距，提高安全管理的准确性。例如，通过二元语义组评估方法对水电站的设备状态、运行环境、人员操作等信息进行全面、准确地描述和评估，从而为安全管理提供更为准确的信息支持。