安全危害管控與特殊性

　　火力發(fā)電采用煤炭、重油及天然氣為燃料(在我國(guó)三種都有，其中燃煤及燃重油以汽力發(fā)電機(jī)組為主，燃天然氣以復(fù)循環(huán)機(jī)組為輔)，燃燒燃料釋放出熱能蒸汽，再通過蒸汽熱力渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電。蒸汽渦輪組主要包括鍋爐、汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)，發(fā)電主系統(tǒng)是火力電廠運(yùn)行安全及電力生產(chǎn)穩(wěn)定的關(guān)鍵。隨著科技技術(shù)的進(jìn)步、網(wǎng)絡(luò)遙測(cè)能力的提升，火力發(fā)電廠的安全管控也大幅改進(jìn)。以下先從火力發(fā)電廠的結(jié)構(gòu)立體

　　來看其在安全防范上要管控的有哪些部分，再?gòu)倪@些部分來探討其需求的特殊之處及解決方案。

　　火力發(fā)電廠的特征為有排放燃燒廢氣的高大煙囪、鍋爐蒸汽汽輪機(jī)的水冷卻塔、發(fā)電機(jī)組、燃油或燃?xì)鈨?chǔ)存用的一個(gè)個(gè)25000m3以上的大重油槽或是天然氣的低溫儲(chǔ)槽，另外就是燃燒煤炭的堆煤場(chǎng)及長(zhǎng)長(zhǎng)的煤炭輸送帶，以及發(fā)電廠的標(biāo)準(zhǔn)配置主變壓器區(qū)域與電力輸出的開關(guān)廠。

　　煤炭、燃油、天然氣都是對(duì)火很敏感的燃料源，加上燃燒發(fā)電的方式，從進(jìn)料到天然氣汽化、鍋爐燃燒、靜電集塵、灰渣處理、燃燒脫硫脫硝到飛灰固化、鍋爐冷卻、蒸汽壓力的釋放、冷卻河水或海水的抽取排放及電力線的電力傳輸?shù)?，每一個(gè)火力發(fā)電過程中都充滿了高溫與火對(duì)燃料源、設(shè)備及人員作業(yè)的安全危害顧慮。因此就必須從每一個(gè)火力發(fā)電環(huán)節(jié)上的特定需求去規(guī)劃設(shè)計(jì)安防的解決方案。

　　發(fā)電設(shè)備安全與運(yùn)作狀態(tài)監(jiān)控整合

　　嚴(yán)格上講火力發(fā)電廠的安防需求分為二個(gè)大層面：一個(gè)是設(shè)備的安全與狀態(tài)監(jiān)控，一個(gè)是綜合安全監(jiān)視監(jiān)控。這兩部分看起來似乎是相互獨(dú)立的，但以今日的安全管理觀念來看，平臺(tái)集成的安全監(jiān)控概念才是目前完整解決火力發(fā)電廠安全的根本方式。在集成前先了解所有不同區(qū)域不同過程環(huán)節(jié)的需求，針對(duì)需求才能做出完善的解決方案。

　　設(shè)備監(jiān)控方面包括：燃料上的重油槽或天然氣低溫儲(chǔ)槽的液位、溫度及運(yùn)作輸送過程的管線壓力;鍋爐燃燒、靜電集塵、灰渣處理、燃燒脫硫脫硝、飛灰固化燃燒的設(shè)備運(yùn)作狀態(tài)及輸送管在線的壓力;燃燒鍋爐的蒸汽壓力和蒸汽余熱溫度、燃燒廢氣回收狀態(tài);靜電集塵的灰塵濃度監(jiān)控以防止塵爆發(fā)生;廢水處理排放監(jiān)控、煙囪排氣監(jiān)測(cè)等。

　　這些設(shè)備安全監(jiān)控都可通過SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)監(jiān)控系統(tǒng)來采集完整的設(shè)備信息，掌握所有系統(tǒng)的正確運(yùn)作狀態(tài)，并可以快速診斷出系統(tǒng)設(shè)備故障，這種方式已成為各種電力系統(tǒng)不可或缺的設(shè)備監(jiān)控方式。SCADA設(shè)備安全監(jiān)控架構(gòu)包含數(shù)據(jù)采集端設(shè)備RTU(Remote Terminal Unit)、可通過編程或軟件配置改變控制對(duì)策的控制器PLC (Programmable Logic Controller )、可集成綜合式監(jiān)控管理平臺(tái)的人機(jī)接口GUI(General User Interface )及遠(yuǎn)程資料收集探測(cè)器(Detect Sensor) 等設(shè)備。

　　隨著五遙(遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視)技術(shù)、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的迅猛發(fā)展和火力發(fā)電廠在系統(tǒng)控制水平及工程設(shè)計(jì)上的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)火力發(fā)電廠的DCS系統(tǒng)也快速往整合式數(shù)字方式發(fā)展(圖2)。目前火力發(fā)電廠主要設(shè)備安全監(jiān)控解決方案有：DAS(設(shè)備運(yùn)作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))、MCS(模擬量化調(diào)節(jié)系統(tǒng))、SCS(設(shè)備邏輯順序控制系統(tǒng))、BMS(爐膛安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng))及DEH(電力及液面調(diào)節(jié)系統(tǒng))。以上幾種遙控遙測(cè)的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)提高了發(fā)電機(jī)組的安全性與可靠度，這樣的系統(tǒng)下再加上影像監(jiān)視系統(tǒng)的輔助，可大大減輕電廠值班操作人員的負(fù)擔(dān)，達(dá)成電力系統(tǒng)安全自動(dòng)化目標(biāo)。

　　隨著這些監(jiān)控解決方案設(shè)備的發(fā)展，火力發(fā)電廠的設(shè)備安全與管理信息系統(tǒng)和發(fā)電主控系統(tǒng)一體化的無(wú)縫連接必將成為火力發(fā)電廠設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)。

　　整體安全監(jiān)視監(jiān)控綜合解決方案

　　前面提到目前火力發(fā)電廠的監(jiān)控系統(tǒng)雖然分為兩大部分，但火力發(fā)電廠的監(jiān)控已進(jìn)化到平臺(tái)集成式的監(jiān)控形式。因此除了DCS設(shè)備安全監(jiān)控外，還包括影像的監(jiān)視監(jiān)控、報(bào)警探測(cè)與門禁周界三大部分。因?yàn)榛痣姀S所有設(shè)施區(qū)域較集中，但區(qū)域內(nèi)環(huán)境卻較復(fù)雜，所以筆者將需求監(jiān)控系統(tǒng)的區(qū)域又分為行政、儲(chǔ)料、發(fā)電廠房三個(gè)大區(qū)塊來提出安全監(jiān)控的解決方案。[nextpage]

　　行政區(qū)

　　行政區(qū)部分包括發(fā)電廠辦公樓及出入口、周界外圍墻部分。此部分主要關(guān)注點(diǎn)在于出入口人員的門禁管制與臉部辨識(shí)：對(duì)出入的人車做到嚴(yán)格管控;辦公樓出入口的固定式影像攝像機(jī);門窗出入口的被動(dòng)式探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的警戒保護(hù)。周界部分則必須做到動(dòng)態(tài)掌握偵測(cè)與入侵阻絕，對(duì)不法接近及入侵做到預(yù)警及警報(bào)發(fā)布。入侵報(bào)警在廠區(qū)圍墻安裝主動(dòng)紅外探測(cè)器(AIR)進(jìn)行周界防范，可以采用高清PTZ追蹤型日夜攝像機(jī)搭配多光束主動(dòng)式探測(cè)器或是拉力振動(dòng)式圍籬偵測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行布防，同時(shí)系統(tǒng)具有報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，警報(bào)啟動(dòng)后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出相對(duì)應(yīng)的視頻監(jiān)視畫面并對(duì)報(bào)警區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)錄像，以達(dá)解決行政區(qū)及周界安全防范目的。

　　儲(chǔ)料區(qū)

　　儲(chǔ)料區(qū)包括燃煤儲(chǔ)運(yùn)場(chǎng)、輸送帶區(qū)域、重油或天然氣儲(chǔ)槽區(qū)。重點(diǎn)在于煤炭堆置區(qū)的影像及消防監(jiān)控，可以使用日夜PTZ型攝像機(jī)搭配影像智能 (IVS)火光偵測(cè)功能進(jìn)行區(qū)域防護(hù);輸送帶區(qū)域則側(cè)重輸送帶作業(yè)狀態(tài)、輸送帶上煤炭的大小尺寸是否正常、有無(wú)斷料情況;以及監(jiān)控是否有人員入侵盜竊煤炭燃料。若是采用重油或是天然氣燃燒方式發(fā)電，則在油料及天然氣的低溫儲(chǔ)槽區(qū)配置管線壓力偵測(cè)，并采用防爆日夜PTZ型高清攝像機(jī)置于保護(hù)罩內(nèi)進(jìn)行全天候監(jiān)控(圖3)。此處因涉及爆炸危險(xiǎn)故一切設(shè)備都必須采用IEC或UL合格的抗腐蝕防爆管線及保護(hù)箱進(jìn)行設(shè)備架設(shè)，同時(shí)可采用智能視頻虛擬畫線做人員越線入侵檢測(cè)。

　　發(fā)電廠房區(qū)

　　發(fā)電廠房區(qū)因?yàn)榛鹆Πl(fā)電的特殊關(guān)系，從發(fā)電設(shè)備或廠房的性質(zhì)劃分為蒸汽輪機(jī)區(qū)、鍋爐高溫區(qū)、冷卻水處理區(qū)、飛灰脫硫處理區(qū)、主變壓器及開關(guān)廠區(qū)和廠房監(jiān)控控制區(qū)等六個(gè)重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域來說明。

　　1.蒸汽輪機(jī)區(qū)：此處為高溫多濕的特殊環(huán)境，重點(diǎn)在于對(duì)人員及作業(yè)的安全監(jiān)控。采用耐溫耐濕的保護(hù)罩加上除霧除濕裝置以確保攝像機(jī)的監(jiān)視可以清晰無(wú)干擾，同時(shí)燃燒產(chǎn)生的蒸汽或多或少都含有一些酸堿物質(zhì)，必須考慮對(duì)攝像機(jī)的耐酸堿抗腐蝕保護(hù)。

　　2.鍋爐高溫區(qū)：此處是一個(gè)有特殊監(jiān)控需求的設(shè)備區(qū)，礙于篇幅僅在此作簡(jiǎn)單陳述。這里的監(jiān)控設(shè)備是根據(jù)發(fā)電廠鍋爐的特殊高溫及冷卻方式要求而設(shè)計(jì)的，必須滿足全爐膛火焰的監(jiān)視要求，通過這些高溫監(jiān)視設(shè)備,鍋爐操作人員可在電廠控制室內(nèi)的監(jiān)視器上遠(yuǎn)程對(duì)鍋爐燃燒器點(diǎn)火、滅火及察看運(yùn)行過程中火焰燃燒情況，處理異常、低負(fù)荷運(yùn)行、火焰燃燒不充分等危害鍋爐正常運(yùn)行的現(xiàn)象。

　　3.冷卻水處理區(qū)：此處也為高溫多濕的特殊環(huán)境，重點(diǎn)除對(duì)人員及作業(yè)安全監(jiān)控外，還必須對(duì)冷卻鍋爐的河水或海水狀態(tài)及進(jìn)出口的水量進(jìn)行影像與數(shù)據(jù)監(jiān)控。這里一樣是采用IP66(NEMA-4X)耐溫耐濕耐酸堿及抗鹽害的保護(hù)罩加上除霧除濕裝置以確保攝像機(jī)的監(jiān)視正常運(yùn)作。

　　4.飛灰脫硫處理區(qū):此處是燃煤火力發(fā)電廠內(nèi)一個(gè)具危險(xiǎn)性的特殊環(huán)境。燃煤火力發(fā)電燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生一些如硫化氫等有害氣體及飛灰等一些帶有害物質(zhì)的灰渣，無(wú)防護(hù)處理時(shí)會(huì)對(duì)工作人員產(chǎn)生危害。所以此處除了必要的物質(zhì)及氣體偵測(cè)外，脫硫及脫硝作業(yè)及飛灰的傾倒、堆積及固化處理的過程都必須做到影像的完全監(jiān)控，以免有作業(yè)安全問題發(fā)生時(shí)卻無(wú)人發(fā)現(xiàn)，同時(shí)在集塵等作業(yè)上更要注意灰塵濃度及作業(yè)區(qū)溫度的監(jiān)控。監(jiān)視系統(tǒng)用于對(duì)鍋爐、機(jī)械、機(jī)電和輔助車間等生產(chǎn)環(huán)境，以及重要設(shè)備相對(duì)集中的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視。通過顯示器和大屏等，使電廠監(jiān)控室操作人員能監(jiān)視本區(qū)域內(nèi)的所有圖像。此處必須采用高清攝像機(jī)加上防爆及防塵保護(hù)并搭配前端數(shù)據(jù)采集探測(cè)器的聯(lián)動(dòng)達(dá)到完整監(jiān)控的目的(圖4)。

　　5.主變壓器及開關(guān)廠區(qū):本區(qū)的需求與解決方案同其他發(fā)電方式幾乎是一致的，主變壓工作溫度、散熱風(fēng)扇運(yùn)作、升壓電壓、電流量變化的監(jiān)控都是重點(diǎn)。開關(guān)廠屬于高度危險(xiǎn)區(qū)域，且在輸配電柱上會(huì)因?yàn)榻佣a(chǎn)生電弧放電傷人并損及電力升壓次級(jí)端變壓器，在此區(qū)域唯一能做的就是從遠(yuǎn)方架設(shè)PTZ百萬(wàn)高清監(jiān)視攝像機(jī)來進(jìn)行區(qū)域作業(yè)監(jiān)控，以免電磁干擾攝像機(jī)的監(jiān)控效果。另外在電力輸出的鐵塔安全監(jiān)測(cè)方面，火力發(fā)電廠主要是在電力鐵塔上安裝一些遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)備例如溫度傳感器設(shè)備、覆冰探測(cè)器等，負(fù)責(zé)采集電力鐵塔周圍的環(huán)境變化數(shù)據(jù)，做到溫濕度異常報(bào)警、凝冰報(bào)警。當(dāng)鐵塔或線路結(jié)冰時(shí)通過遠(yuǎn)程監(jiān)控就了如指掌，便于及時(shí)進(jìn)行除冰。另外因部分電廠位處濱海地區(qū)風(fēng)力較大，因此會(huì)配備鐵塔傾斜探測(cè)器、絕緣子漏電探測(cè)器、風(fēng)向風(fēng)力探測(cè)器等對(duì)電力鐵塔進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

　　6.廠房監(jiān)控控制區(qū): 電廠監(jiān)控控制室是整個(gè)電廠控制系統(tǒng)的核心。出入口控制系統(tǒng)包含了門禁管理、發(fā)卡系統(tǒng)、信息管理等各種應(yīng)用功能，記錄所有進(jìn)出人員信息，并進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)管理。在電廠監(jiān)控室內(nèi)主要管理區(qū)的出入口、電子設(shè)備間等重要部位的通道口安裝門磁開關(guān)、電控鎖或讀卡機(jī)等控制裝置，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行身份識(shí)別并由電廠控制室監(jiān)控。系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)多重任務(wù)處理，對(duì)各通道口的位置、通行對(duì)象及通行時(shí)間等實(shí)時(shí)進(jìn)行控制或按設(shè)定過程控制。通過控制室主機(jī)顯示器或大屏等，電廠各級(jí)人員能監(jiān)視到相關(guān)需要的信息與圖像，并對(duì)所有的圖像進(jìn)行控制、群組切換、分割畫面及輪巡監(jiān)視等功能。另外廠區(qū)主要路口、周界及各出入口的監(jiān)視攝像機(jī)及周界入侵報(bào)警聯(lián)動(dòng)也都必須納入電廠主監(jiān)控室的掌控，通過顯示器和電視墻進(jìn)行有效的監(jiān)視和管理。在IP聯(lián)網(wǎng)下，通過各個(gè)區(qū)域的視頻服務(wù)器，可將所有視頻信號(hào)通過獨(dú)立的光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)诫姀S監(jiān)控室，并對(duì)所有監(jiān)控子系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控和管理，將電廠范圍內(nèi)所有視頻信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器接入到電廠信息公網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)管理 (圖5)。

　　現(xiàn)階段火力發(fā)電廠的安防解決方案必須將影像、環(huán)境、設(shè)備、電力監(jiān)控與防盜、消防和報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，并通過整體的監(jiān)視監(jiān)控平臺(tái)來達(dá)成遠(yuǎn)程的監(jiān)視、遙控和圖像的傳輸、環(huán)境監(jiān)控及聯(lián)網(wǎng)報(bào)警的功能，才能更加有效地預(yù)防工安事故的發(fā)生，同時(shí)保障電廠安全、確保系統(tǒng)穩(wěn)定，讓安全防范技術(shù)符合電力行業(yè)規(guī)范的新水平。