基于AR的變電動態運維系統研究與設計

彭博

（云南電網有限責任公司昭通供電局，云南 昭通 657000）

變電設備種類繁多，構成復雜，不僅包括變壓器、導線、絕緣子、互感器、避雷器、隔離開關和斷路器等電氣設備外，還包括電容器、套管、阻波器、電纜、電抗器和繼電保護裝置等。因此，為了能夠保證變電設備正常運轉，變電設備運維成為關鍵工作。

變電設備運維具有信息繁雜、工作時間緊迫、工作流程嚴格等特點，需要有一套動態運維系統以提高工作效率。目前國內對運維工作的管理是基于PMS系統，PMS建立的是一個以資產管理為核心，業務覆蓋公司總部、網省公司、地市公司三個層面、貫穿電網輸、變、配生產全過程的一體化生產管理信息平臺，對實現電網生產集約化、精細化、標準化管理，提高公司資產管理水平具有十分重要的意義。PMS作為生產管理和一線班組的工作平臺，通過標準規范、流程監控、安全監控等手段，最終實現對生產管理的風險預控與輔助決策。

PMS系統在規范運維檢修的工作流程方面起到了積極的作用，但是PMS本身是個離線的管理系統，在人員跟蹤、變電設備信息的查看和變電設備狀態監測方面無法提供更多的幫助，運維人員在現場時只能憑借以往經驗進行工作，無法獲取更多信息以制定運維方案。為解決現場人員對變電設備信息的獲取問題，國內外正在進行很多系研究和嘗試，這些研究大多以手持移動設備為數據接收終端，指揮中心將工作內容、PMS系統中的設備情況等信息發送到數據接收終端，運維人員攜帶數據接收終端前往現場，根據得到的信息進行運維工作。此類研究成果在變電設備信息獲取功能上做出了一些貢獻，但也存在一些缺陷導致實用性不高。首先這些研究都使用PMS系統中的設備臺賬和缺陷數據，這些數據無法全面的反映設備運行狀態，對現場運維工作的指導工作沒有起到實際作用；其次，攜帶數據接收終端的現場人員只能被動的接收信息，發送過來的信息可能無法準確的滿足現場工作的需要，現場人員無法快速的獲取需要的信息，也無法方便的將現場的實際問題反饋給指揮中心，雙方缺乏互動導致信息交流不暢。

為了能夠更好的解決上述問題，本文提出以變電設備在線監測技術為數據信息基礎，完整記錄和分析變電設備的運行狀態，使運維人員能快速的掌握設備的狀況，并且創新性的在電力系統中使用了AR技術，解決了推送信息定位不明確、信息獲取不及時、運維現場和指揮中心信息交流不暢等問題。

1 變電動態運維系統分析

基于AR的變電動態運維系統基于大數據、高可靠和高效率等原則進行設計與開發，可以滿足變電設備動態的運維、AR現場監測、遠程指導等實際需求，同時保留可擴展接口，將系統劃分為四個層次，分別為信息采集層、通信集成層、服務與管理層和高級應用層。

變電動態運維系統信息采集層的主要數據包括四種來源，分別是穿戴AR裝備的現場監測數據、繼電保護裝置的保護信息、故障錄波裝置的故錄信息、生產管理系統的設備信息。通信集成層可以將采集的數據按照網絡傳輸協議進行轉換，可以與遠方指揮中心實現信息交互和指令交換，具體的傳輸協議包括AR接口與生產管理接口通信規范，設備保護信息與故障錄入信息使用的通信規范。

服務和管理層能夠完成指揮中心后臺服務器的交互傳輸，管理后臺資源，分別是AR信息管理、故障歸檔管理、現場視頻庫管理、設備模型管理、備品備件管理、作業工單管理、人員管理。故障歸檔管理可以將設備故障存儲到數據庫，同時可以按照不同的類別記錄故障，比如人為故障、自然故障等，實現故障的分類存儲和管理。設備模型管理可以針對變電設備3D模型進行管理，模型包括變電器的每一個組件，可以經過渲染集成到多媒體AR顯示器上，模擬每一個變電設備的構成。現場視頻庫管理可針對錄制的設備進行存儲，可以按照日期、設備名稱、視頻大小進行分類管理。備品備件管理可以將變電設備維護的每一個組成部件維護整合和拆解，然后將實物保存到倉庫中，在系統中進行備注。人員管理可以根據系統用戶的實際情況，添加人員名單、工作部門、工作年限等資料，針對人員的信息進行管理，實現人員的動態添加、修改、查詢和刪除。

高級應用可以實現AR現場監測、變電設備動態運維、保護和故錄故障診斷、遠程指導、設備臺賬、備品備件、作業工單、人員指揮。高級應用可以部署于移動設備中，運維人員可以手持移動設備在現場錄制視頻，將現場設備信息發送給服務器，服務器人員可以通過在線監測等技術實現信息加工，快速的定位故障位置，準確的做出可執行的決策，比如維修或更換等，進一步提高AR技術的應用成效。

2 AR技術在變電動態運維系統中的應用設計

擴增實境（Augmented Reality，簡稱AR）技術是一種集成多媒體、人機交互、設備建模的信息技術，能夠實現計算機機器學習、模式識別、圖像處理，是計算機發展到一定階段的高科技產物。擴增實境AR技術能夠實時跟蹤用戶手勢，感知用戶的邏輯業務操作，然后生成一個虛擬的、沉浸的操作環境，整合多種信息技術，將其輸出到視頻顯示器中，同時可以配合語音輸出到播放器，具有重要的作用。

擴增實境AR技術應用在變電站運維作業中，其可以為現場運維作業人員帶來更多有助于提高工作效率和準確性的信息。比如以智能眼鏡為穿戴AR裝備的時候（穿戴AR裝備也可為其他形式的智能設備，在此以智能眼鏡為例。智能眼鏡為眼鏡型可視化終端，形狀與普通眼鏡類似，在眼鏡側面安裝有攝像頭作為視頻采集裝置，使用鏡片作為顯示設備，配備麥克風和耳機作為聲音的輸入/輸出設備），現場運維人員戴著智能眼鏡看向某變電裝置，智能眼鏡在視野里定位到這臺變電裝置的時候，開始對這臺變電裝置進行跟蹤注冊識別，跟蹤注冊技術可以將虛擬信息、真實環境進行配準注冊，實現虛擬信息和真實場景的無縫疊加。目前，跟蹤注冊技術主要是基于機器學習，實現跟蹤物體特征的預處理和增強。BP神經網絡為了提高跟蹤注冊的準確度，又開始引入深度學習規則，深度學習規則作為一個多層次的感知神經網絡，利用強度值向量、矩陣向量等特征的數據進行深度學習，能夠更加有效的實現特征識別和提取。智能眼鏡識別出這臺變電裝置后，將顯示這臺變電裝置的信息，如當前運行情況、運維記錄、對這臺變電裝置的運維作業工單等等，現場運維人員根據這些信息進行運維操作。

現場運維人員如果認為現場裝置的情況與作業工單上所述不太吻合，可利用攝像頭的拍照功能或視頻功能將現場情況發送給指揮中心，指揮中心也可要求現場人員對某處進行細致查看，指揮中心的指揮人員通過視頻功能遠程進行問題的調查。除上述舉例外，穿戴AR裝備還能顯示很多信息，如在變電站內真實一二次設備旁添加文字標簽、變電站導航、屏柜布置圖、廠家及裝置提示信息等等，配備穿戴AR系統的運維人員擁有來自數據庫的實時幫助信息，同時可以獲取遠方指揮中心的指令和引導信息，并能為指揮中心提供及時的現場情況，可以給運維工作的高效完成帶來很大幫助。

3 結語

基于AR的變電動態運維系統可以輔助運維人員在工作場所安裝部署設備，將這些設備為用戶提供一個強大的實時性操作，保證后臺操作的一致性和全面性，能夠利用這些特點更好的進行操作和服務。基于先進的標識實現設備的安全流轉操作，保證變電設備的運行安全，還可以進行設備事故分析、責任劃分，同時利用這些系統實現信息獲取，建立一套運維安裝監測系統。該系統能夠完善當前維修模式，進一步提高變電設備動態維修，具有重要的作用和意義。

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