基于三維可視化的變電站運檢技術研究及應用

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以一種基于三維可視化的變電站運檢技術在的實際應用中，通過將變電站進行全站精細化建模，建設一個與真實變電站完全一樣的虛擬變電站，并將變電站數(shù)據(jù)采用多種可視化方式在三維模型上動態(tài)展示，著力解決目前變電站監(jiān)控系統(tǒng)不夠直觀、難以把握重要數(shù)據(jù)的問題。此外，通過Web瀏覽方式，實現(xiàn)遠程巡視，大大減輕了運維人員巡視壓力。

一、電站三維建設方案

變電站三維模型的制作，一般有以下幾個步驟：對變電站進行激光掃描，生成點云數(shù)據(jù)；部分裝置使用高清相機、無人機進行圖像采集；使用三維建模工具制作模型；使用Unity3D工具制作動畫；嵌入監(jiān)控系統(tǒng)后臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。而在此次三維監(jiān)控系統(tǒng)的建設過程中，為了得到更加精細的模型、更好的展示體驗，采取了一些特殊的方案，主要有：采取精細化建模方式。設備建模精確到最小檢修單元，如開關柜建模，精確到開關柜艙室、面板指示燈狀態(tài)；GIS組合電器建模，精確到氣室；單體采集裝置，均獨立建模。通過這種精細化建模，能夠實現(xiàn)三維模型與運檢作業(yè)相關聯(lián)。

（一）三維模型關聯(lián)變電站視頻監(jiān)控攝像頭

通過增設固定點巡檢攝像頭，已實現(xiàn)全站無死角監(jiān)控。站端增設視頻分析服務器，對實時視頻進行圖像分析、視頻動態(tài)分析。視頻分析服務器會把分析的結果圖像，連同攝像頭ID，云臺參數(shù)、聚焦距離等參數(shù)一并傳給三維系統(tǒng)，經過運算，能夠在三維模型上相應坐標上顯示分析的圖像、視頻，并高亮顯示。

（二）細化模型信息管理

使用多重關系模型，對模型進行關系樹梳理，包括地理關系模型、子系統(tǒng)關系模型、電壓等級關系模型等。巡視時，用戶可以根據(jù)不同的分類條件，分別檢視不同類型下的設備及數(shù)據(jù)。

二、三維展示的優(yōu)勢

目前的變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)，主要采用光字牌、遙測曲線、組態(tài)接線圖等方式展示變電站數(shù)據(jù)。而隨著變電站裝設的傳感設備越來越多，數(shù)據(jù)量倍數(shù)增長，難免出現(xiàn)“一個界面堆疊太多數(shù)據(jù)”“一旦數(shù)據(jù)變化，檢視人員眼花繚亂”“無法體現(xiàn)數(shù)據(jù)之間關聯(lián)”的情況。而三維變電站模型，能夠解決現(xiàn)在展示方案的痛點。

1.利用三維模型能做到故障點實際位置定位，能指導檢修人員精準檢修。

2.三維變電站模型是以空間為信息載體，符合大多數(shù)人的認知習慣。

3.三維模型中能夠提供豐富的展示效果，包括閃爍動畫、熱點圖、粒子效果、疊加圖片視頻等，能夠更加直觀地使運維人員注意到重點數(shù)據(jù)。因此，在顧家變電站改造項目中，選取建設三維變電站模型的方案，升級現(xiàn)有的變電站監(jiān)控系統(tǒng)。

三、三維巡視方案

在三維監(jiān)控系統(tǒng)建設中，深化三維模型與運檢業(yè)務的聯(lián)系，使運檢人員能夠實現(xiàn)遠程巡視、精準檢修。三維監(jiān)控系統(tǒng)采用BS架構，使用Web方式，可以遠程加載站端的三維模型，獲取站端實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對變電站的遠程巡視。在此次遠程三維巡檢方案中，所能覆蓋的巡視點包括：

（一）在線監(jiān)測實時數(shù)據(jù)

變電站裝設的在線監(jiān)測設備，包括：GIS局放、開關柜局放、開關柜測溫、變壓器油色譜、機構機械特性等，主要通過采集局部放電、溫度、變壓器油中氣體含量、機構動作曲線等數(shù)據(jù)，檢測一次設備的狀態(tài)。在線監(jiān)測設備將數(shù)據(jù)傳送給三維監(jiān)控系統(tǒng)。三維系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)據(jù)的類型，選擇不同的展示方式，如：溫度采用熱力圖方式，局部放電采用閃絡動畫，裝置告警采用裝置模型整體閃爍等。

（二）輔助監(jiān)控實時數(shù)據(jù)

變電站安裝的輔助監(jiān)控傳感器主要包括：溫濕度傳感器、SF6氣體濃度、水浸傳感器、風速傳感器、門禁傳感器、紅外雙鑒傳感器、燈管控制器等。輔控主機把輔控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳送給三維系統(tǒng)。三維系統(tǒng)會根據(jù)設備id及測點id，獲取對應的設備與關聯(lián)測點，調用相應的設備動畫效果來展示相應的設備狀態(tài)。

（三）軌道機器人巡檢結果

機器人巡檢系統(tǒng)已設定巡檢任務，每天執(zhí)行3次，按時讀取各開關柜、GIS電器、保護裝置的運行狀態(tài)，并將結果推送給三維監(jiān)控系統(tǒng)。三維系統(tǒng)解析巡視結果，解析出每個指示燈、壓板、開關位置、表記讀數(shù)，調用三維模型動畫接口，把異常數(shù)據(jù)用閃爍動畫的方式展示出來，使巡視結果一目了然。

（四）視頻分析的結果

變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)開啟圖像、視頻分析功能，分析包括表記讀數(shù)、異物識別、人員闖入、未戴安全帽、工作違章、小動物識別、車輛、煙火、裝置漏油等。若現(xiàn)場有異常情況觸發(fā)了視頻識別告警，視頻系統(tǒng)會抓取告警圖片，并連同觸發(fā)告警的相機ID、云臺參數(shù)傳送至三維系統(tǒng)。三維系統(tǒng)計算云臺參數(shù)，獲取事件發(fā)生的真實坐標，在三維模型對應的坐標上以閃爍圖片或視頻的方式展示出來。

四、結束語

綜上所述，傳統(tǒng)的變電站巡視，需要變電站運維人員對所轄范圍內的眾多變電站進行逐一的巡視與數(shù)據(jù)收集，工作量繁重，且效率低下。而近年來，隨著各種信息采集傳感器、數(shù)據(jù)遠傳技術的發(fā)展，運維人員已經可以遠程檢視變電站的基本數(shù)據(jù)、圖像，能夠大大減輕巡視人員跑現(xiàn)場的壓力。而隨著計算機技術發(fā)展，各種數(shù)據(jù)可視化手段不斷被開發(fā)出來，利用現(xiàn)在先進的可視化展示手段，升級變電站監(jiān)控系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)的利用率，是很有必要的。