變電站智能管控一體化平臺建設與應用

陳 彪

變電站智能管控一體化平臺建設與應用

陳 彪

（國網浙江杭州市富陽區供電公司，杭州 311400）

隨著三維實景建模、一鍵順控、自動巡檢、移動作業等智能運檢新技術的發展應用，傳統的檢修體系已不能適應集堅強智能電網與電力物聯網特征于一體的變電站。本文提出一種基于信息全景可視化的變電站智慧運檢管控體系，通過對變電站三維實景建模、電力物聯網大數據融合承載及豐富的三維可視化智能管控增值應用，實現對變電站全站空間精確測量、一次接線圖實景對位設備三維實體、車輛模型三維實景演示、人員定位、設備異常告警三維動圖及電力物聯網數據統計與對比等功能，提升變電站運維檢修、設備管控及人員管理效率。

智慧運檢；電力物聯網；三維實景建模；大數據

0 引言

隨著國家電網公司電網建設進入一個新時期，智能電網、變電站設備運行的復雜程度顯著增大，集堅強智能電網與電力物聯網特征于一體的變電站智能化運檢管控體系顯得越來越重要。如何快速建設變電站智能管控一體化平臺，實現資源調配，形成典型規范的管理流程，實現科學規范的企業管理，對整體項目進行統籌規劃和控制，從而在安全管理、質量管控等方面取得顯著提高，使得企業能最大限度地適應現代化社會發展，成為電力企業管理提升的熱點[1]。

目前，國內外針對物聯網技術和變電站的智能化運檢管控體系已經開展了一系列的研究。文獻[2]介紹了一套變電站設備運行狀態智能監控系統，集成目前監控系統所有數據及運行環境數據，實現變電站設備狀態的全景監控和綜合分析，提升設備狀態評估效率。文獻[3]提出了閥廳內裝設紅外智能監測系統，可以對閥廳內重要設備進行實時紅外熱像及可見光視頻監控，實現自動測溫功能及高溫報警功能。文獻[4]構建了智能運檢管控體系進行統籌有序管理，介紹了特高壓直流輸電系統安全穩定運行的現狀、存在的問題及智能運檢管控體系構建方案。文獻[5]針對±500kV高壓變電站中的直流側金屬氧化物避雷器設計了一種在線監測系統，對避雷器的泄漏電流和雷擊動作次數等參數進行實時采集，并運用現代數字信號處理算法對監測數據進行初步分析和診斷。文獻[6]從電力系統發展歷程和面臨的問題出發，分析建設電力物聯網的意義及其實施策略，提出可能遇到的關鍵問題。文獻[7]對電力物聯網的概念、體系架構、關鍵技術進行梳理和綜述，并分析討論其在配電系統中的典型應用。文獻[8]在分析電力物聯網架構的基礎上，針對輸電、變電和配電三種不同電力設備的運行特點，分析了其對應的監測需求，同時構建了三種不同類型的物聯網建設 方案。

本文提出的基于三維技術的變電站實景管控系統，將基于精確空間坐標信息的三維實景彩色點云掃描重構技術引入變電站綜合管控之中，打造電力物聯網感知融合智能生態圈，結合現有的輔助監控系統、數據采集與監控（supervisory control and data acquisition, SCADA）系統、設備管理體系（plant management system, PMS）臺賬等各類電力數據，構建交互性好、真實精確的沉浸式變電站三維全景可視化平臺，同時使站內的生產調度、運行維護、督導管理方式發生巨大的變化。

1 現狀分析

隨著全球能源互聯網的推廣，交、直流電網飛速發展，電力物聯網體系的建設不斷深入和優化，變電站的運行設備不斷增多，變電站運維工作人員日常維護工作的難度也相應增加[9]。各種在線監測系統、智能電氣設備、輔助控制系統、電力機器人巡檢系統等所產生的電力大數據，以及數據互聯互通的橫向到邊、縱向到底的結構學特性涌現，從而衍生出適應智能電力應用的、以電力系統、電氣設備為核心的結構化數據融合需求。變電站智能管控一體化平臺摒棄了原先單一系統、孤立數據形成的信息孤島，建立能夠實現物物相連，縱貫感知層、網絡層、平臺層、應用層，實現數據融合共享的承載平臺、更為友善的人機界面及感知適應場景變化的臨境能力[10]。

2 系統建設

客觀世界中的物體多以三維立體的形式展現，包含外形特征、表面紋理等信息。傳統的建筑物模型制作所需要的空間信息多是采用全站儀測點、測距儀鋼卷尺測邊、照相機拍照貼圖等技術手段完成，但由于獲取數據的局限性，難以得到貼合實際相應比例的建筑物三維模型[11]。

本文通過對變電站激光雷達彩色掃描，采用三維實景建模、電力物聯網大數據融合承載及豐富的三維可視化智能管控增值應用，實現對變電站全站空間精確測量、一次接線圖實景對位設備三維實體和車輛模型三維實景演示、人員定位、設備異常告警三維動圖及電力物聯網數據統計與對比等功能。變電站三維實景管控系統部署架構如圖1所示。

2.1 三維實景重構

三維實景技術又稱實景虛擬現實技術，是虛擬現實技術的最新分支。它是采用專業的數碼相機對選定的場景進行多角度拍攝，然后再對拍攝的照片進行后期縫合的一種三維虛擬展示技術。與傳統虛擬現實技術通過對實物進行三維建模來實現模擬所不同的是，三維全景技術通常采用真實場景的實景圖片來搭建整個虛擬空間，其仿真度更高、沉浸感更為強烈[12]。

變電站三維實景管控系統應用激光掃描、點云建模技術，基于融合式三維引擎實現全維度空間實景重構。變電站三維實景管控系統如圖2所示。

2.2 電力物聯網大數據融合

變電站三維實景管控系統可融合承載電力物聯網各類數據，如Ⅰ區綜合自動化管理系統，Ⅱ區在線監測系統、PMS，Ⅳ區視頻圖像系統等，通過正向隔離裝置接入Ⅳ區變電站三維實景管控系統，基于電力規約可以在具備數據中心的局端平臺進行數據統一對接，同時也可以實現站端數據、云平臺、第三方數據平臺等多源數據的集成。通過三維可視化融合承載，賦予場景中所有設備或物聯網前端傳感器豐富的表現含義，實現以設備為中心、物物相連的電力數據結構化融合展示。

1）一次設備在線監測數據融合

將各種在線監測設備整合到變電站三維實景現實平臺中，為系統跨平臺巡視、分析、診斷、預警提供快速便捷的有效方式。將在線監測設備按真實場景位置融入變電站三維實景管控系統中，直觀、便捷地展示實時監測數據，在線監測數據展示如圖3所示。

圖1 變電站三維實景管控系統部署架構

圖2 變電站三維實景管控系統

2）視頻監控系統數據融合

將視頻監控系統變電站前端采集物聯網傳感器的攝像機數據融入三維場景中，并按照真實場景中的位置在三維實景中展示，迅速進行符合電力物聯網物物相連的相應關聯綁定，只需點擊攝像頭，即可展示實時拍攝的圖像信息，如果站內布置云臺機，還可以在場景中控制球機對拍攝的圖像進行方位的切換，同時對圖像可以進行截圖保存等操作，用于提取編輯。

圖3 在線監測數據展示

3）PMS臺賬數據融合

在初期，將PMS設備臺賬數據通過離線拷貝的方式接入三維實景模型中，從而在三維實景中直觀展示設備的臺賬信息，PMS設備臺賬信息展示如圖4所示。

圖4 PMS設備臺賬信息展示

4）巡檢機器人數據融合

2.3 功能應用

1）統計比對功能應用

基于歷史數據，可根據時間、數據類型、統計規則快速檢索和統計，支持統計結果的快捷保存。可選擇具體設備及其需比對的設備屬性，形成按時間軸展開的數據對比曲線，支持多個設備數據的對比功能，曲線圖支持局部放大查看，數據統計與數據對比如圖5所示。

圖5 數據統計與數據對比

2）設備異常動圖告警功能應用

在變電站三維實景管控系統中能實時同步設備告警狀態，一旦設備出現告警會在三維平臺中進行標識，提供直觀動圖查看方式。

3）遠程空間測量功能應用

變電站的現場勘查需要耗費較大的人力等成本，在檢修作業前多次的現場勘查不但耗費大量時間，而且效率低下。在三維場景中進行遠程勘查，可調取測量工具執行空間測量（包括手動測量、對地測距和角度測量），執行尺寸檢查、編輯、刪除等操作；身臨其境地對現場進行查看和測量，然后進行現場作業的決策、精確評估，利用精確的空間距離信息可實現對現場立體場景中各種空間操作的計算評估，大大提高工作效率，遠程距離勘測如圖6所示。

圖6 遠程距離勘測

4）車輛模型實景演示功能應用

從車輛庫中調取車輛模型導入三維場景中能操作車輛前進、后退、左轉和右轉，可調節吊車和登高車的轉臺角度、吊臂角度和吊臂長度，車輛頂端可執行距離檢測，用不同半徑的球面進行展示。當檢測到有空間碰撞，提供告警提示。

5）人員安全管控功能應用

人員實時管理是變電站管理工作中的一個盲點，在一些大型項目中往往出現施工人員實時督查難，現場帶班人員敷衍職責等問題，現場管理水平低下是目前變電站內發生作業事故的一個重要 原因。

為加強人員到崗情況動態考核，監督現場工作情況，通過人員定位模塊，采用載波相位差分技術（real-time kinematic, RTK），實現高精度定位，可實時獲取場所內工作人員的位置信息，并在變電站三維實景管控系統中實時展示；基于平臺配置的告警策略，還能實現對定位人員的任務路線監控和危險作業的告警提醒，保障人員安全、作業安全、設備安全[10]。

圖7為現場人員平臺展示，基于三維實景，實時獲取全景范圍人員精確分布，人員位置一目了然，能夠直觀獲取在場人員信息，支持快速定位人員所在場景，提供人員定位相關報警功能，實現全局 掌控。

圖7 現場人員平臺展示

運維人員可在變電站三維實景管控系統中設立電子防護欄，建立危險區域和安全區域。危險區域不許人員進入，安全區域不許人員離開，可根據不同的安全和作業需求來編輯該區域具體信息（如設備帶電危險區域、安全距離、現場作業安全區域等）、起止時間，并以不同的顏色區別顯示。當工作人員出現違規行為時發出警示，保障工作人員的人身 安全。

3 結論

本文通過建設與應用基于信息全景可視化的變電站智能管控一體化平臺，在建立設備和場景三維物理模型、可視化狀態檢測、模擬培訓的基礎上，建立了涵蓋變電站設計、運營、事故等的臨境式站所管控系統，實現變電站運行設備實時監測和故障原因的快速查找和處理。通過平臺內統計比對、設備異常動圖告警、車輛模型實景演示等功能的應用，提升了運維檢修、設備管控及人員管理效率。

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Construction and application of intelligent operation inspection and control system for converter station

CHEN Biao

(Zhejiang Hangzhou Fuyang Power Supply Company, Hangzhou 311400)

New technologies such as three-dimensional real-world modeling, one-key sequence control, automatic inspection and mobile operations have begun to develop and apply. The traditional maintenance system can no longer adapt to the substation that combines the characteristics of a strong smart grid and power Internet of Things. This paper proposes a substation intelligent operation inspection and control system based on information panoramic visualization. This system establishes a three-dimensional real-world model of the substation, applies the power Internet of Things big data fusion bearer, and applies three-dimensional visualized intelligent management and control. In this way, the functions of accurate measurement of the entire substation space, real-time display of wiring diagrams, three-dimensional physical display of alignment equipment, three-dimensional real-life demonstration of vehicle models, personnel positioning, three-dimensional animation of equipment abnormal alarms, and power Internet of Things data statistics and comparison are realized. It improves the efficiency of substation operation and maintenance, equipment control and personnel management.

intelligent operation and maintenance; power Internet of Things; three-dimensional scene modeling; big data

2020-12-15

2020-12-30

陳 彪（1969—），男，本科，高級工程師，主要研究方向為電力系統及其自動化。