数字孪生赋能火电班组安全管理

来源： 时间： 2025-06-06 16:50

　　在电力系统加快能源结构转型步伐的形势下，火电厂运行班组作为关键的基层团体，其安全生产管理正遭遇全新挑战，运行班组年轻化致使的技能断层以及经验匮乏问题极为较大，这对传统安全管理体系造成了严峻考验，湖南华电平江发电有限公司运行部五值依据以“95后”青年员工为主的班组特点，创新性地构建了“一加一减两提高”班组安全管理体系，为火电行业在数字化转型过程中基层班组管理提供了创新性的解决办法。该体系借助整合数字孪生技术、人工智能视觉识别以及虚拟现实仿真等智能化手段，达成了设备运行状态的实时智能监测以及操作流程的精准管控，同时凭借管理流程再造，确立了标准化、数字化的作业规范体系，实证研究显示，这种融合技术创新、管理优化与文化建设的多维模式，提升了青年班组的安全生产绩效，还成功实现了火电厂安全管理从被动响应到主动预防的范式转变，为电力行业推进本质安全建设提供了有示范价值的实践途径。

　　1 火电厂班组安全管理的关键挑战

　　当下火电厂班组安全管理体系在年轻化班组结构里呈现出明显困境，主要体现为技术骨干由于经验欠缺致使应急响应能力不够，以及“95 后”主值人员和“00 后”巡检人员之间存在的技能代际差别加大了培训负担，并且人员经验缺乏情况还降低了设备潜在缺陷的检出效率，面对高温高压等复杂运行环境下的安全生产要求，传统以人作为核心的监管模式已暴露出十分突出的局限性，这急需构建融合技术手段、管理机制以及人员培训这三个方面的智能化综合解决办法。

　　2 数字赋能的“一加一减两提高”创新模式

　　为解决火电厂班组安全管理存在的关键挑战，提出一种数字赋能的“一加一减两提高”创新模式。该模式通过智能技术与管理优化的协同创新，实现从人工监管向智能管控的升级；同时构建人员能力提升的智能化路径，有效解决经验传承难题。两大创新维度相辅相成，共同推动安全管理向智能化、预防性转型，如图2.1所示。

　　2.1 数字孪生与 AI 视觉识别：设备智能监控的核心支撑

　　数字孪生技术通过构建火电厂全场景虚拟模型，实现设备运行状态的实时映射与预测。基于深度森林算法和改进蝙蝠算法构建的数字孪生模型，可精准捕捉汽轮机系统的温度、振动等参数异常，提前预警潜在故障，为火电厂设备智能化运维提供了可复制的技术范式。

　　AI 视觉识别技术与数字孪生结合，可以进一步提升隐患检测的精准性。通过红外热成像与振动传感器数据融合，AI 系统可自动识别绝缘子破裂（温度异常≥15K）、金属件腐蚀（位移形变≥2mm）等特征，结合设备运行参数进行动态分析，实现缺陷漏检率从 15% 降至 3% 以下。

　　2.2 VR 仿真与沉浸式培训：破解年轻化班组技能断层

　　针对年轻员工实操经验不足的问题，VR 仿真技术提供了沉浸式培训解决方案。 VR 技术模拟建筑施工高处坠落、脚手架坍塌等场景，结合 Brog’s 主观疲劳量表与生理指标监测，发现 “VR + 讲授” 混合模式使学员应急反应速度提升，操作合规率较传统培训提高有明显提高。在电力安全培训中，开发 VR 消防演练系统，学员通过交互设备完成灭火器选择、逃生路径规划等操作，系统实时反馈操作偏差，使培训考核通过率得到显著提升。此类技术突破 “说教式” 培训局限，通过场景复现与行为反馈强化肌肉记忆，尤其在复杂故障处置培训中效果显著。湖南华电平江电厂利用VR技术通过 1:1 三维建模构建集控室、汽轮机房等虚拟环境，支持新员工完成全厂漫游与设备认知，集成 20 + 典型事故案例的三维仿真场景，采用 “无脚本盲演” 检验班组协同能力，同时纪录演练过程，通过deepseek自动生产改进报告，有效提升班组的技术能力和应急技能。

　　2.3 智能五防闭锁与自动化操作：物理与数字双重安全屏障

　　智能五防闭锁系统通过 “机械闭锁 + 物联网电子锁” 双重保障，实现操作权限的物理与数字验证。数据表明，采用 NFC 技术实现开锁权限的动态管理，结合压力传感器检测异常撬动，极大地提高避免误操作。通过电场感应技术实时监测设备带电状态，联动闭锁机构自动锁定开关，避免误操作导致的安全事故。

　　自动化操作方面，通过 DCS 系统实现汽轮机冲转、发电机并网等重要操作的 “一键完成”，可以大幅减少人工干预环节。湖南华电平江电厂引入该技术后，利用智能五防闭锁规范电气操作。采用机械闭锁+物联网电子锁双重保障，实现断路器、隔离开关等设备操作权限的物理与数字双重验证，防误操作准确率大幅提高。部署带电状态感知单元，通过电场感应技术实时监测设备带电状态，联动闭锁机构自动锁定开关。

　　3 管理流程重构：数字化驱动的 “减法” 革新

　　3.1 无纸化巡检与智能系统：效率与精度双提升

　　传统纸质巡检存在效率低、漏检率高的问题，眼睛表明， “小神探” 智能巡检系统，通过智能终端集成振动测量、红外测温等功能，数据自动上传至管理平台并生成分析报告，较传统巡检效率明显提升。湖南华电平江电厂应用“小神探”巡检系统后，通过软硬结合，实现从巡检标准制定、巡检过程控制跟踪到结果分析的设备巡检全过程管理，克服了以往巡检模式下存在的不足，提高了工作效率、提升管理水平的同时为巡检人员振动测量、红外测温等诊断工具。

　　3.2 数字化 “两票三制”：全流程可追溯与风险管控

　　“两票” 管理是火电厂安全管理的核心环节，传统纸质票存在执行不规范、追溯困难等问题。通过 ERP等系统实现工作票、操作票的自动生成、在线签发与电子签名，内置定期工作、电气倒闸等数百个标准票库模板，结合智能算法自动匹配安全措施并生成风险提示清单。电子操作票系统记录了关键操作数据，且数据不可修改，结合执法记录仪强制规范 “唱票复诵” 流程，实现操作过程的全流程追溯，避免人为疏漏。自2024年投用该系统以来，平江电厂运行部五值实现设备零损坏、机组零非停的 “双零” 目标。

　　4人员能力与安全文化：技术与管理的协同增效

　　4.1 智能手环监测与心理干预：量化安全管理

　　智能手环实时采集员工心率、血压等生理参数，量化疲劳状态，识别过度疲劳或高热暴露风险。结合值长每日交接班的状态观察，对焦虑、疲劳人员开展谈心疏导，有效降低人为失误风险。这种 “数据 + 人文” 的管理模式，将安全管理从 “制度约束” 转向 “个体关怀”。

　　4.2 家庭共治与安全创新：构建全员参与生态

　　建立 “家庭 - 班组安全共治” 机制，通过 “安全家书”、家属参与安全日活动等形式，增强员工责任感。同时，搭建 “众创平台” 鼓励安全创新，班组主导研发的 “可视化凝汽器液体真空检漏装置” 获国家发明专利，主持的多项 QC 成果在行业级、公司级比赛中获奖，形成 “人人参与安全创新” 的文化氛围。这种文化浸润模式，将安全理念从 “被动执行” 转化为 “主动参与”。

　　5实施成效与行业推广价值

　　5.1 安全绩效与经济效益双提升

　　平江电厂运行部五值自新的安全管理模式实施以来，成功处置 500kV 母线接地刀闸异常等重大隐患，避免直接经济损失超 2000 万元。智能防控体系减少事故损失，单厂年节约运维成本 30万元；VR + 仿真机培训降低实操风险，年减少演练耗材费用 10 万元；设备可靠性提升使机组可用率增加，年增发电收益超百万元。

　　5.2 可复制的数字化解决方案

　　该模式以 “技术赋能、管理重构、人员激活、文化浸润” 为核心，形成可推广的班组安全管理范式。目前，已有多家电力企业借鉴、学习该模式。其技术创新成果（如数字孪生预警、VR 沉浸式培训、智能五防闭锁等）可广泛应用于火电、水电等领域，推动行业班组安全管理从 “经验驱动” 向 “数据驱动” 转型。

　　湖南华电平江发电有限公司 “一加一减两提高” 班组安全管理模式，通过数字孪生、VR 仿真、智能五防闭锁等技术的深度融合，破解了火电厂年轻化班组管理与设备隐患预判的核心难题。该模式以技术创新为支撑，以数字化管理为核心，以人员能力提升与安全文化建设为保障，实现了安全管理从 “保底线” 到 “创价值” 的跨越。其成功实践表明，数字化转型是提升火电厂本质安全水平的必由之路，通过技术与管理的协同创新，可有效提升能源企业的安全韧性与运营效率，为新型电力系统建设提供坚实保障。未来，随着 5G、边缘计算等技术的进一步融合，该模式有望在更多场景拓展应用，推动电力行业安全管理向更高水平发展。（李昭，屈煊翔，杨卓）