水电站机械设备检修过程中的安全风险管理与优化

引言

水电站机械设备结构复杂且运行环境特殊，检修过程中存在多工种交叉作业、密闭空间操作、高电压接触等叠加风险。据国际水电协会（IHA）统计，近十年全球水电行业事故中约 67% 发生于设备检修环节，其中机械伤害占比达 42% （IHA，2023）。现行《水力发电厂安全性评价标准》虽明确了设备检修安全要求，但在风险动态监控与预防性干预方面仍存在实践缺口。本文运用故障树分析（FTA）与层次分析法（AHP）结合的方法，建立适应水电站特性的检修风险量化模型，旨在通过技术升级与管理优化双重路径提升安全保障水平。

一、水电站检修安全风险的特征与分类

水电站机械设备检修风险呈现多维度耦合特性，其物理载体集中于水轮机、发电机、压力管道等核心设备，风险触发具有显著的时空关联性。在空间维度上，受限空间作业（如转轮室焊接、尾水管修补）因通风不足易导致有毒气体积聚与缺氧窒息；在时间维度上，机组拆卸吊装、高压试验等关键工序风险暴露强度呈现脉冲式峰值。依据风险源属性可归纳为物理性风险（残余机械能释放、重型部件吊装失衡）、电气性风险（残留电荷放电、保护误动）、环境性风险（湿滑坠落、有限空间有害气体）及管理性风险（作业许可失效、多承包商协调不足）四类。此类风险本质上是设备固有属性、环境约束与人为干预共同作用的结果，其链式传导效应可能引发机械伤害、高处坠落、触电等典型事故，需通过全域状态感知网络实现系统性识别与溯源分析，为后续风险评估提供结构化输入框架。

二、风险识别技术的智能化升级路径

传统依赖人工经验的静态识别模式难以应对复杂工况下的隐性风险，亟需融合智能传感与数字建模技术构建主动预警体系。核心突破方向包括三维维度：首先，基于数字孪生的虚拟预演系统通过集成设备 BIM 模型与历史检修数据，在拆卸序列规划阶段模拟工具干涉路径、吊装盲区及应急通道可用性，提前暴露潜在冲突点；其次，部署多源传感网络实现作业环境实时监测，利用边缘计算分析异常数据流，例如通过钢丝绳张力突变预警吊装超载风险；最后，构建知识图谱驱动的风险数据库，将国内外事故案例按“设备-工序-危害”拓扑关联，自动匹配相似工况下的历史事件处置方案。此类技术升级不仅提升风险识别的覆盖率与时效性，更通过数据驱动决策降低人为主观误判概率，为动态风险评估奠定数据基础。

三、动态风险评估模型的构建与应用

针对静态评估方法无法量化检修进程风险演变的缺陷，提出时间-状态双维度动态评估架构。时序维度依据检修流程划分为隔离准备、解体检查、回装调试三阶段，通过专家德尔菲法赋予差异化权重系数，其中回装阶段因多系统联动测试风险权重占比超 50% ；状态维度则建立设备健康指数（EHI）与人员行为安全指数（PSI）的耦合函数。该模型每两小时刷新风险值并输出红/黄/绿三色预警信号，指导安监资源精准投放。实践表明，在引水钢管检修项目中，该模型成功预警因密封失效导致的水锤风险，较传统评估方式响应时间缩短 40% ，印证了其工程适用性。

四、关键风险控制措施的技术实现

机械能与电气能管控需采用工程技术与管理策略的协同强化，其核心在于构建多重防护冗余机制，以系统性消除潜在风险。在机械能隔离方面，水轮机检修不仅需叠加机械锁定、液压锁闭及 PLC 逻辑闭锁三重防护，还应扩展到类似场景如风力涡轮机维护，通过冗余设计提升容错率，确保残余势能彻底消除；压力容器作业则采用双阀隔离联锁压力释放警示器，结合定期压力测试和可视化监控，防止能量意外释放。电能管控创新应用接地线智能管理系统，通过 RFID 芯片验证接地有效性，有效防止误拆；同时在高压区部署分布式光纤测温系统（DTS），利用其实时温度监测和电弧模式识别功能，提前预警隐患。人因失误防控体系深度融合增强现实（AR）与物联网技术，作业人员佩戴 AR 眼镜不仅自动叠加设备拆装扭矩标准值并校验操作合规性，还整合 AI 算法分析历史失误数据，提供实时纠正建议；人员定位系统与电子围栏联动，实现非授权闯入自动断电，并通过云平台同步审计记录，强化责任追溯。此类技术闭环结合管理策略，将被动防护升级为主动干预。据行业报告，此类机制可降低事故触发概率达 40% 以上，显著提升工业安全韧性与运维效率。

五、安全管理制度的优化方向

制度优化聚焦标准化流程重构、承包商协同及应急能力强化三大领域。标准化作业程序（SOP）需摒弃笼统指南，针对转子吊装等高风险作业制定“步骤-风险-措施”对应表，明确关键控制点如吊装同心度激光扫描阈值（ <0.1mm ）；承包商管理推行安全绩效联动机制，将事故率、整改率纳入合同付款权重，建立安全积分银行激励整改投入；应急响应体系依托数字孪生平台模拟引水爆管、机油泄漏等场景，通过多部门协同演练将平均响应时间压缩至 8 分钟内。制度执行需结合 PDCA 循环持续改进，尤其强化班前会风险交底与完工评审的闭环管理，最终形成“技术防御层+制度约束层”的双重保障体系。

结论

水电站机械设备检修安全风险管理的本质在于构建“识别-评估-控制-制度”的全链条防控体系。本研究揭示检修风险具有时空耦合性与多因素链式传导特征，需通过智能传感网络与数字孪生预演技术实现风险源的动态捕捉；所提出的时间-状态双维度评估模型突破了静态分析的局限，为高风险工序的资源精准调度提供量化依据。在风险控制层面，三重机械闭锁、智能接地管理及 AR 辅助操作等技术闭环显著降低了能量意外释放与人因失误概率；而 SOP 精细重构、承包商绩效联动与数字应急演练则从制度维度筑牢长效防线。未来需进一步融合 5G+UWB 高精度定位技术深化密闭空间人员状态监控，并推动跨电站安全大数据共享平台建设，从而实现水电检修安全治理从被动响应向主动预防的系统性跃升。

参考文献：

[1]秦永军.水电站机电设备维护与检修管理措施探讨[J].科技创新与应用.2017，（13）.

[2]李远建.水电站发电机组常见故障以及维修[J].科技风.2016，（20）.

[3]黄金翠.浅析水电站直流系统的应用与故障维修[J].科技风.2016，（20）.

[4]乔定春.解析水电站电气设备运行维护及其故障检修[J].低碳世界.2016，（35）.30-31.

[5]张焱.水电站电气设备安装及调试要点分析[J].百科论坛电子杂志.2019，（21）.

[6]苏奎.水电站电气设备运行维护及故障检修研究[J].电力系统装备.2020，（9）.

[7]唐少东.水电站工程中机电设备的安装调试分析[J].电力系统装备.2020，（14）.

[8]朱健伟.水电站电气设备安装及调试管理技术探究[J].河南科技.2019，（35）.

[9]张义波.水电站电气安装质量控制的要点分析[J].环球市场.2020，（16）.

[10]董鑫天.水电站机械常见故障检修技术[J].科技创新与应用.2022，12（7）.