优特电力虞晨曦：基于数字孪生电厂智慧安全管控解决方案与实践

“基于数字孪生、3D模型，实现了整个生产过程是透明、全景展示的，主要是通过物防和技防的手段，基于物联网技术，从而实现了管控的强制性，应用了风险库的自动关联，落实安措，以及通过视频智能分析等，实现了管控的智能化。”

——珠海优特电力科技股份有限公司产品总监虞晨曦

4月27日，华北电力大学技术转移转化中心与中关村华电能源电力产业联盟联合主办的2021年智慧电厂论坛（第一期）在广东深圳成功举办。珠海优特电力科技股份有限公司产品总监虞晨曦主旨发言。

直播专题:2021年智慧电厂论坛（第一期）

文字实录如下：

虞晨曦：各位领导、各位专家，大家上午好！很高兴有机会与大家分享《基于数字孪生电厂智慧安全管控解决方案与实践》，我是来自珠海优特电力科技股份有限公司的虞晨曦。

安全是工业生产永恒不变的主题，也是优特公司30多年来的追求。公司注重研发，现有员工规模1500多人，其中研发团队超过420人，获得了不错的专利成果，目前已有500多项专利，其中发明专利70多项，也取得了不俗的关键技术成果。

在全国46000多所发电厂和变电站都有公司的产品应用，优特公司也有幸参与重要的国家级的项目，比如说北京奥运、上海世博、三峡水利等，公司的产品也远销海外，在国家“一带一路”的背景下，优特公司也加快了走出去的步伐。

我们具有工匠精神，专心打磨着优特特色的技术，守护着电力的安全，我们有创新精神，把握着每一次技术的变革，将数字孪生、3D建模以及云、大、物、移、智等先进的技术融入到产品的研发中。

（见PPT）这是优特公司的合作伙伴和客户，主要是电力、石化和轨道交通，其中产品应用最为广泛的是五大发电集团以及国网公司和南网公司。

在电力行业的应用，发电厂有火电、风电、水电、核电和光伏等，后面也有相关的案例也少。

关于数字孪生技术，以及电厂的安全管控，三部分展开：第一部分，用数字孪生的技术实现电厂的安全管控，我们是怎么想的。第二部分，我们是怎么做的。第三，我们做得怎么样。

我们是如何思考？

数字孪生是真实世界的一个映射，从现实中来到现实中去，我们从电厂获取了数据，然后对数据进行分析、加工，得到一个决策，然后通过执行、干预、反馈到电厂的生产过程当中，从而实现电厂业务的优化。

我们专注的业务是安全管理。众所周知，近百年来，人类很大程度上改变了世界，我们通过生产作业来改变世界，但是在生产作业的过程当中，不可避免地会面临风险，如果风险不管控，将导致生产事故。因此要做好安全管理，从人员、作业、风险入手，对这三者进行管理。

风险是如何导致事故？风险是事故的元凶，所以我们对风险进行管控做了很多的努力，包括从人员、设备、环境和管理四个方面入手。但是奶酪模型的理论告诉我们，在这四个方面的努力或多或少的存在疏漏，这个疏漏就像奶酪上的孔洞一样，风险还是会导致生产事故，所以有必要建设一套系统来加强在人员、设备、环境和管理方面的力度，达到安全生产的目的。

可能有人不禁要问，原来的管理存在疏漏，这套系统有什么不一样的地方，能够帮助我们来查到疏漏，防止事故的发生呢？总结两个特点：第一，原来管理的时候更多的是偏向于人防的手段，就是通过管理制度、人员素质的提高，而这套系统具有的特点是物理防范和技技术防范的手段。第二，系统更专注于在静态风险的基础上的动态风险的识别，并落实安措。比如说一个工作人员，他本身是安全的，一个易燃易爆的环境它也是安全的，但是当这个人到这个环境中去，就有可能会产生一个动态风险，这个人身上可能带着电荷，如果他进入易燃易爆区域，电荷可能会点燃环境。我们识别到了这个动态的风险，通过技术的手段来落实安措，保证这个人是在没有电荷的安全情况下才能进入到这个环境。

了解了风险的因素，我们也知道要往哪些方向努力，人员、设备、环境和管理方面存在的风险，传统电厂和智慧电厂的背景下发生变化了吗？随着电厂信息化和智能化的长足进步，现在的信息化程度会更高、更智能，但是通过分析，实际上只是风险的表现形式或者内容发生了变化，最终风险还是存在于人员、设备、环境和管理四个方面，所以我们要做安全管控，必然是有一个横向的管理体系来保证识别到全部的风险存在的因素。

前面已说，这些风险更多的是静态的，当它跟作业联系，它可能就会有一个动态的风险。所以我们要在作业前进行风险预控，在作业中对作业过程进行监督，对隐患进行排查，以及在作业后对于作业过程改善、提高和总结，所以这是一个矩阵式的管理。

我们是如何切入？

首先，建立平台，关注作业，比如说运行作业、检修作业，关注人员管控。作业过程当中是有人参与的，最后作业当中会有风险，然后通过作业过程当中的记录、监督，达到安全生产的目的。关注作业过程，比如说从两票三制开始，通过智能识别风险、自动落实安措，落实完安措以后进入作业的过程，最后改善、提高，大家PDCA的效果。

既然强调了是通过物防和技防的手段来辅助人防，最终如何实现？其实就是将作业过程进行展开，在每一个点识别到有可能存在的风险，通过物防和技防的手段来实现管控。

看一下系统架构是怎么样的。首先是底层，主要是物防、技防的硬件手段、传感器、控制器，再上一层，通过有线、无线TCP/IP，以及物联网到平台层，平台层实现数据融会贯通、资源开放共享，对下接入前端的物联设备，对上支撑业务，上面是客户端，我们可以通过BS、CS的方式跟系统实现数据交互、人机交互，也支持APP的应用。

我们是怎么做？

前面一直提数字孪生，电脑系统对数字相对比较敏感，人可能会对结构、形状、外观、颜色更为敏感，所以我们将数字孪生通过3D模型的方式给大家做出一个呈现。

（见PPT）这是一个数字孪生基于3D模型的呈现平台，这是操作界面，这是一个设备的模型。可以看到相关的信息，包括它的结构、外观、以及它的告警的光字牌，以及它跟对应的视频相关联，视频联动和推送，以及相应的信息，包括设备信息、检修记录、缺陷记录等等。

看一下基于3D模型和实际的场景进行交互的场景，这是一个水泵的操作启停。安放的布防和特防。室内环境的操作，比如说布防和撤防。消防、灯光、风机控制。这里我要强调一点，这里所有控制的状态不是虚拟的，是通过命令执行到真实的世界，然后通过传感器把状态返回以后在这上面呈现的。

这就是刚才说的从现实世界中来到现实世界中去，最终是为业务服务的。

下面对怎么做进行展开。刚才已经说过了，我们的管控主要是对人员、作业和风险的管控，下面我们先看一下对人员管控是怎么做的。因为要对人员管控，所以要对人员进行分析，对什么样的人做什么样的事情，电厂有一些委外人员或者是自己的管理人员，他们面对的风险是不一样的，控制手段也不一样，所以我们要对人员进行区分。在区分人员以后，通过工作电子流识别到这个人即将要做什么。因为有操作任务，所以能够识别到风险，也能够自动落实一些安措，包括防止误操作、检修隔离范围的确定等等。最后在操作的过程当中，通过人员定位、视频监控以及视频智能分析，记录整个过程，从而达到PDCA的效果。

进一步分析，逻辑和思维是很清楚的，我们要搞清楚什么时候在什么地点，由谁在做什么事情，他存在什么样的风险。右边是我们的解决方案，我们通过哪些手段来识别到这些风险，然后进行落实，达到安全生产的目的。比如说是谁？我们可以通过人脸识别、权限控制。区域方面可以通过门禁、智能锁具来控制。我们可以通过借助人员定位的技术来匹配这个工作人员是否是他被期待去的区域，我们通过3D模型来做一个呈现，落实相应的技防和安防、存档、追溯。

前面是分析，我们通过一段视频看一下业务展开，有一个人期待去倒闸操作，通过人员定位、视频以及任务识别，上面是这个人将要去操作的区间，不知道因为什么原因，他走错了带电间隔，这样他就存在误操作的风险，系统通过前端、后端告警，前端通过语音提示工作人员存在风险，后端告诉安监人员。

这个区域是他期待去工作的区域，但是不知道什么原因，这个人在这里徘徊和逗留，系统也会识别风险，并且进行告警。

最后演示一下正确的操作，这个工作区间是这个人将要去工作的地方，根据人员定位，他到达了正确的区域，进入间隔，提示他进行下一步操作。

这个就是基于数字孪生3D模型，再结合工作任务的识别和人员定位等技术实现的人员风险预警。

前面提到，我们应用了人员定位技术，这里面借助的是智能安全帽。智能安全帽只是智能穿戴里面的一个，还有很多智能穿戴的方式，比如说智能手环、执法记录仪，以及智能眼睛等等。以这个智能安全帽为例，它可以实现双向语音对讲以及视频采集，所以基于它可以实现远程的作业监督、作业指导，以及作业过程当中的可视化管理。

前面提到识别到了风险，落实了安措，在此背景下，作业过程当中就足够安全吗？其实不是。因为电厂会有三不伤害：不伤害他人、不伤害自己、不被他人伤害。电厂的工作人员的素质和素养是极高的，但是也不可避免的会有一些委外的工作，委外的工作人员的安全素养可能就没有想象中高，在以前电厂主要是依靠安监人员到现场去指出来、纠正、防止违章行为，等到后面我们通过视频监控的方式来实现远程的监督和监护。但是因为现在生产的节奏越来越快，所以有可能会有多班组作业，通过视频监控远程人为识别违章也有点力不从心。我们提供了一个多通道视频识别、智能分析的产品，当多班组作业的时候，可以通过视频智能分析，实现现场的违章行为，包括越界、不戴安全帽、安监人员脱离岗位等等。通过这个功能可以实现原来的安全监护由传统变为智能，由原来的更为被动变成现在更为主动的方式。

对于人员管控做一个回顾。从我们的任务开始，包括工作票、操作票、工单等等，我们识别到里面的工作内容，知道什么时候开始，然后在这个时间段落实相应的安措，因为这些工作任务必然是有人要去做的，所以我们将工作票里面的人员进行身份识别，防止不具备操作权限或者工作权限的人进入工作区域，通过门禁、智能锁控对于工作区域进行控制。当不具备权限的人或者是具备权限的人去到他不应该去到的区域，在作业当中识别的风险，落实了安措以后，通过视频监控、人员定位来监视整个作业过程。有了这些数据，我们能够对这次的工作做一个总结、改善、提高。

以上是人员管控方面的实现。

技术管控如何做？

作业管控是从工作票、操作票开始，以工作票为例，大家知道，信息化系统里都有工作票，这些系统里对工作票更重视的是它的内容是不是完备的、它是怎么样流转的，由谁签发，在什么时间做什么，这是他们关注的重点。而我们关注的重点不一样，希望能够从工作票和操作票里面获取管控的要素。比如，作业人员谁去作业，委外人员还是我们自己的人员，在哪里作业，我要通过门禁、智能锁控来让相应的人员落到这个区域。以及作业内容，有了作业内容我就能够知道现场有什么样的风险。以及在什么时间作业，因为我要落实安措、撤防、布防，落实安措之后，下面进入作业的过程，作业过程可以通过一些其它的辅助手段来保证安全。

了解智能工作票的基础上，看一下在数字孪生和3D模型平台上的展示。

（见PPT）这是一个区域，这个区域有一个工作人员，他在这里面有巡检、检修的任务，这个红色的区域就可以把它设置成一个检修区域，再加上人员定位，可以跟这个检修区域进行匹配。我们可以模拟即将要操作的步骤。这个3D动态可以是事先的模拟，也可以通过传感来把实际操作的序列和步骤呈现出来。

这就是基于数字孪生和3D模型的业务展开过程的演示。

刚才说到工作票，通过风险智能识别，落实后面的物防和技防。操作票和工作票类似，有一个逻辑防误判断，防止误操作，下面进入到操作的过程。大家知道操作过程有误操作的风险，所以通过防误，包括一次防误、二次防误，来防止误措施，通过智能锁控来控制操作的范围，通过视频联动和视频监控来记录操作的过程，并通过其它物联网手段来辅助，比如说辅助地线操作、辅助工器具管理。在操作完成以后，就要落实安措，比如说在检修区域要对检修区域进行强制隔离，保证检修区域当中的人员、设备安全，并通过将人防的手段融入到系统里面，比如说有一些管理比较严格的，落实了安措，需要用照片回传，让虚拟世界的状态跟现实是一一对应的、真实的、及时的。后面进入检修作业过程，通过智能穿戴、视频智能分析保证检修过程中的安全，然后加入一些人员定位、查看过程，加入一些管理的手段，最后检修完成就进入一个工作终结，把所有的内容完结、记录、改善、提高，最终实现整个设备消缺的过程。

看一下实物图，通过物联网技术和手段，在运行的过程当中，保证操作的安全，在整个操作过程辅以视频监控，通过智能安全工具柜，辅助工器具的管理，通过智能地线防止地线的误拆误挂、漏拆漏挂，以及检修作业安全管控，包括压板、空开。之前电器一次防误已经比较完备了，二次的压板和空开防误是前面的有效补充，以前更多处于盲区。

前面讲了作业管理，电厂里面有一个比较重要的地方，就是危险区域的管控。我们对危险区域也很重视，但一直没有很可靠的手段对它进行管控。我们在这个业务方面也做了一些探索，跟大家分享。

首先，危险品车辆的轨迹，危险品车辆进入电厂必然不会是失控的，它能去哪里、不能去哪里，我们通过车辆定位实现风险预警，当它偏离线路，会有两端告警，一端告警是对于司机，告诉司机回到正确的道路，一端是告诉安监人员，及时去纠偏。

司机是非专业人员，司机可能对于危险区域的风险是不够了解，所以在危险区域的入口，通过语音的方式来提示非专业人士的注意事项。然后加强了防护用具和工器具的管理，强制静电释放，这就是我们刚才说的一个动态风险的识别和管理，人员是安全的、环境是安全的，当人员带着电荷去操作，可能就产生新的风险，所以通过强制手段，只有他释放了电荷以后，系统才会把进出大门的权限打开，从而保证动态风险被控制，实现安全管控以及阀门闭锁，还有在危险区域进行视频监控，融入视频智能分析。

作业管控进行总结

从工作票、操作票和两票三制业务开始，关注到人员的监测数据，人员定位、设备的状态，以及环境的因素。为什么要关联这些？实际上就是要关注静态风险，我们也要关注动态风险，人员会跟设备产生关系，会跟环境产生关系，当设备异常，会额外产生更多风险。在作业过程中落实了相应的安措，通过物防和技防的手段，过程当中通过视频分析，主要就是实现了两票三制的全业务，实现了包括人员、设备、环境的全方面，包括电厂人员、委外人员的全员、全过程、全方位的管控，运用物防的手段和技防的手段，结合人防的手段，从而达到控制风险的目的。

风险管控

风险管控涉及到设备、环境和管理的因素，从这三方面展开：

首先，设备风险，现在的电厂信息化和智能化程度已经很高，对电厂的重要设备，比如说发电机等设备已经实现在线监测，对于这些设备，我们本着拿来主义的原则，将数据通过接口的方式获取，然后再跟作业实现动态的关联。我们查疑补漏，比如说识别到电厂的设备存在风险，所以对它进行一个监测，作为前面的补充。以温度为例，因为温度涉及到很多异常状况，我们通过点、线、面的方式，实现对于开关柜、电缆以及变压器等实现温度在线监测，实现风险的预警。

举个例子，风机的传动链对于风力发电来说意义重大，而传动链里面的润滑油就相当于血液对于人来说很重要，所以通过监控传动链里面的润滑油的磨力、杂质、水分以及黏度，再综合整个设备的位移、沉降角度等，来实现风机传动链的全生命周期管理。因为知道了它的状态，所以能够避免漏检修和过检修。因为避免了漏检修和过检修，所以能够实现维护准确性从50%提高到90%，能够把运维成本降低20%到40%，因为我们实现了状态监测，所以由原来的故障检修、计划检修，转变为可以至少提前一个月的预制检修，这就是在风机传动链的设备风险预警的一个案例。

另外，环境因素，因为温度、湿度方面都会影响到作业的安全，通过环境检测之后，进行自动控制，来控制水泵、空调、风机等，为人员、设备提供一个更安全、更可靠的环境。

对于设备和环境的检测，还有更多的应用，包括二次（空开（压板）监测，还有人员、车辆、闸阀、人孔、井盖、气体等等，这些就不展开讲了。

对风险管控进行回顾：基于数字孪生的平台，根据工作票、操作票可以获取到所有的信息，包括有哪些工作任务、有谁、他去做什么事情、他落实了哪些安措，在整个过程当中，风险是透明的，达到透明的安全管控的效果。

系统应用

上述说了很多，其实里面的东西多数都是片断性的，实际上这些内容都是在统一的管控平台上呈现，人员、风险、设备、环境，它都不是孤立存在的，每一个子系统或者模块都是你中有我、我中有你的，他们会产生较好的化学反应，这是第一点。第二点，每个电厂以前的经历、发展都有不一样的地方，所以如果对这套系统有需求，它可以裁剪、分期建设投入使用的。

对系统进行总结：基于数字孪生、3D模型，实现了整个生产过程是透明、全景展示的，我们主要是通过物防和技防的手段，基于物联网技术，从而实现了管控的强制性，应用了风险库的自动关联，落实安措，以及通过视频智能分析等，实现了管控的智能化。

刚才提到，管控时从作业前、作业中、作业后，所以我们实现了过程管控。从工作票、操作票，或者是从设备状态、环境状态预警，自动驱动相应的安措的落实，实现了一个闭环的管控。最后显而易见，实现了区域的人员管控以及风险预警。

案例分享

这是某火电的应用案例，通过可移动视频设备、智能穿戴以及一些监测设备，实现了火电的较大风险作业安全管控。

某火电的应用案例，通过物联网的手段和设备，结合三维巡检、可穿戴移动视频等技术手段，实现了操作、检修、智能作业安全协同管控。

这是某水电的应用案例，在3D建模的基础上，实现了培训以及安全风险的智能预控、人员行为的智能预控。安全风险的预控和人员行为的预控是交织在一起的，最后将视频呈现，整个过程是可视化的，实现可视化的安全风险监控和预警。

某风电的应用案例，将3D建模、智能视频分析融入，实现了作业过程当中的管控。

某光伏的应用案例，通过物联网的手段实现升压站、光伏、箱变等作业安全的管控。

以上是我介绍的全部内容，感谢聆听！

（来源：北极星电力网，发言为北极星电力网根据速记整理，未经本人审核，如需转载请完整转载全文不允许删减）