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(在我國三種都有，其中燃煤及燃重油以汽力發(fā)電機組為主，燃天然氣以復循環(huán)機組為輔)，燃燒燃料釋放出熱能蒸汽，再通過蒸汽熱力渦輪機驅(qū)動發(fā)電。蒸汽渦輪組主要包括鍋爐、汽輪機、燃汽輪機或內(nèi)燃機，發(fā)電主系統(tǒng)是火力電廠運行安全及電力生產(chǎn)穩(wěn)定的關(guān)鍵。隨著科技技術(shù)的進步、網(wǎng)絡(luò)遙測能力的提升，火力發(fā)電廠的安全管控也大幅改進。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，再從這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、鍋爐蒸汽汽輪機的水冷卻塔、發(fā)電機組、燃油或燃氣儲存用的一個個25000m3以上的大重油槽或是天然氣的低溫儲槽，另外就是燃燒煤炭的堆煤場及長長的煤炭輸送帶，以及發(fā)電廠的標準配置主變壓器區(qū)域與電力輸出的開關(guān)廠。

　　煤炭、燃油、天然氣都是對火很敏感的燃料源，加上燃燒發(fā)電的方式，從進料到天然氣汽化、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)?，每一個火力發(fā)電過程中都充滿了高溫與火對燃料源、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火力發(fā)電環(huán)節(jié)上的特定需求去規(guī)劃設(shè)計安防的解決方案。

　　發(fā)電設(shè)備安全與運作狀態(tài)監(jiān)控整合

　　嚴格上講火力發(fā)電廠的安防需求分為二個大層面：一個是設(shè)備的安全與狀態(tài)監(jiān)控，一個是綜合安全監(jiān)視監(jiān)控。這兩部分看起來似乎是相互獨立的，但以今日的安全管理觀念來看，平臺集成的安全監(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槽的液位、溫度及運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策的控制器PLC (Programmable Logic Controller )、可集成綜合式監(jiān)控管理平臺的人機接口GUI(General User Interface )及遠程資料收集探測器(Detect Sensor) 等設(shè)備。

　　隨著五遙(遙測、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)計上的不斷進步，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))。以上幾種遙控遙測的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)提高了發(fā)電機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擔，達成電力系統(tǒng)安全自動化目標。

　　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。

　　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)控已進化到平臺集成式的監(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、報警探測與門禁周界三大部分。因為火電廠所有設(shè)施區(qū)域較集中，但區(qū)域內(nèi)環(huán)境卻較復雜，所以筆者將需求監(jiān)控系統(tǒng)的區(qū)域又分為行政、儲料、發(fā)電廠房三個大區(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)注點在于出入口人員的門禁管制與臉部辨識：對出入的人車做到嚴格管控;辦公樓出入口的固定式影像攝像機;門窗出入口的被動式探測報警系統(tǒng)的警戒保護。周界部分則必須做到動態(tài)掌握偵測與入侵阻絕，對不法接近及入侵做到預警及警報發(fā)布。入侵報警在廠區(qū)圍墻安裝主動紅外探測器(AIR)進行周界防范，可以采用高清PTZ追蹤型日夜攝像機搭配多光束主動式探測器或是拉力振動式圍籬偵測系統(tǒng)進行布防，同時系統(tǒng)具有報警聯(lián)動功能，警報啟動后系統(tǒng)會自動彈出相對應的視頻監(jiān)視畫面并對報警區(qū)域進行自動錄像，以達解決行政區(qū)及周界安全防范目的。

　　儲料區(qū)

　　儲料區(qū)包括燃煤儲運場、輸送帶區(qū)域、重油或天然氣儲槽區(qū)。重點在于煤炭堆置區(qū)的影像及消防監(jiān)控，可以使用日夜PTZ型攝像機搭配影像智能 (IVS)火光偵測功能進行區(qū)域防護;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槽區(qū)配置管線壓力偵測，并采用防爆日夜PTZ型高清攝像機置于保護罩內(nèi)進行全天候監(jiān)控(圖3)。此處因涉及爆炸危險故一切設(shè)備都必須采用IEC或UL合格的抗腐蝕防爆管線及保護箱進行設(shè)備架設(shè)，同時可采用智能視頻虛擬畫線做人員越線入侵檢測。

　　發(fā)電廠房區(qū)

　　發(fā)電廠房區(qū)因為火力發(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)等六個重點監(jiān)控區(qū)域來說明。

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

　　2.鍋爐高溫區(qū)：此處是一個有特殊監(jiān)控需求的設(shè)備區(qū)，礙于篇幅僅在此作簡單陳述。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)視器上遠程對鍋爐燃燒器點火、滅火及察看運行過程中火焰燃燒情況，處理異常、低負荷運行、火焰燃燒不充分等危害鍋爐正常運行的現(xiàn)象。

　　3.冷卻水處理區(qū)：此處也為高溫多濕的特殊環(huán)境，重點除對人員及作業(yè)安全監(jiān)控外，還必須對冷卻鍋爐的河水或海水狀態(tài)及進出口的水量進行影像與數(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罩加上除霧除濕裝置以確保攝像機的監(jiān)視正常運作。

　　4.飛灰脫硫處理區(qū):此處是燃煤火力發(fā)電廠內(nèi)一個具危險性的特殊環(huán)境。燃煤火力發(fā)電燃燒過程中會產(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，無防護處理時會對工作人員產(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)生時卻無人發(fā)現(xiàn)，同時在集塵等作業(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)用于對鍋爐、機械、機電和輔助車間等生產(chǎn)環(huán)境，以及重要設(shè)備相對集中的區(qū)域進行監(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加上防爆及防塵保護并搭配前端數(shù)據(jù)采集探測器的聯(lián)動達到完整監(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、散熱風扇運作、升壓電壓、電流量變化的監(jiān)控都是重點。開關(guān)廠屬于高度危險區(qū)域，且在輸配電柱上會因為近接而產(chǎn)生電弧放電傷人并損及電力升壓次級端變壓器，在此區(qū)域唯一能做的就是從遠方架設(shè)PTZ百萬高清監(jiān)視攝像機來進行區(qū)域作業(yè)監(jiān)控，以免電磁干擾攝像機的監(jiān)控效果。另外在電力輸出的鐵塔安全監(jiān)測方面，火力發(fā)電廠主要是在電力鐵塔上安裝一些遠程監(jiān)控終端設(shè)備例如溫度傳感器設(shè)備、覆冰探測器等，負責采集電力鐵塔周圍的環(huán)境變化數(shù)據(jù)，做到溫濕度異常報警、凝冰報警。當鐵塔或線路結(jié)冰時通過遠程監(jiān)控就了如指掌，便于及時進行除冰。另外因部分電廠位處濱海地區(qū)風力較大，因此會配備鐵塔傾斜探測器、絕緣子漏電探測器、風向風力探測器等對電力鐵塔進行監(jiān)測。

　　6.廠房監(jiān)控控制區(qū): 電廠監(jiān)控控制室是整個電廠控制系統(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)、信息管理等各種應用功能，記錄所有進出人員信息，并進行統(tǒng)一存儲管理。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)、電控鎖或讀卡機等控制裝置，在現(xiàn)場進行身份識別并由電廠控制室監(jiān)控。系統(tǒng)采用計算機多重任務處理，對各通道口的位置、通行對象及通行時間等實時進行控制或按設(shè)定過程控制。通過控制室主機顯示器或大屏等，電廠各級人員能監(jiān)視到相關(guān)需要的信息與圖像，并對所有的圖像進行控制、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)視攝像機及周界入侵報警聯(lián)動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行有效的監(jiān)視和管理。在IP聯(lián)網(wǎng)下，通過各個區(qū)域的視頻服務器，可將所有視頻信號通過獨立的光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)诫姀S監(jiān)控室，并對所有監(jiān)控子系統(tǒng)進行全面的監(jiān)控和管理，將電廠范圍內(nèi)所有視頻信號通過網(wǎng)絡(luò)服務器接入到電廠信息公網(wǎng)上，實現(xiàn)遠程監(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、消防和報警系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)，并通過整體的監(jiān)視監(jiān)控平臺來達成遠程的監(jiān)視、遙控和圖像的傳輸、環(huán)境監(jiān)控及聯(lián)網(wǎng)報警的功能，才能更加有效地預防工安事故的發(fā)生，同時保障電廠安全、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。