基于UWB定位技術的變電站安全管控系統應用

劉牛 徐波 陳亞新 朱劍

（國網江蘇省電力有限公司鎮江供電分公司 江蘇省鎮江市 212000）

變電站是發輸變配中的重要環節，站內的安全與否影響著整個系統的可靠運行，對非法入侵人員進行有效識別，對進入變電站工作的人員進行有效定位，可以提升變電站安全管理水平。為實現人員身份及位置可知，本文提出利用UWB定位技術實現對人員位置信息的掌控，并利用定位標簽[1]卡和人臉識別技術對人員進行辨識。通過定位標簽卡和物的綁定，同樣可以定位管控變電站內檢修小車、絕緣梯等物的位置信息，有效管控好變電站內的設施，防止人員誤操作或登高觸電等。

1 變電站安全管控現狀

目前，變電站主要通過電子圍欄、門上紅外對射等實現人員闖入報警，當人員通過開啟門鎖進入變電站時，遠方無法收到相應信號，特別是非允許人員進入變電站時，遠方不會有報警信息發出。這對變電站現場的安全管控是非常不利的。

同樣，對于變電站內的工作人員，目前也只是通過布置安全圍欄和紅布幔進行警示，未有有效措施實時掌握人員位置信息，人員進入非工作區域，不會向本人和遠方發出報警提示。

為改善變電站安全管控水平，現在有些項目探索在變電站現場設置安全布控球，通過該裝置可以對現場人員進行身份識別、行為識別并進行有效的安全提示，可以一定程度上改善站內人員的隨意行為。但由于室外變電站場地大，可能需要許多該裝置才能掌控現場，而且對于室內變電站，由于設備較多，視線范圍受到很多限制。

2 變電站安全管控系統

隨著室內定位技術的發展，一種基于UWB定位技術的變電站安全管控系統可用于變電站室內定位[2]，實現人與物的位置信息可掌控。

2.1 定位背景

對于人員誤入、逾越進入危險區域或限制區域等問題，最根本的原因是人員的狀態不可控，即使目前已經有監控攝像頭與紅外線偵測等技術存在，但這些常規防護手段的共同特點是在事情發生時或發生后才會起到作用。鑒于此類情況的解決方式便是在人員進入危險區之前需要知道位置并在接觸到距離危險區一定距離時產生報警與通知相關管理人員進行遠程干預。因此，需要對人員在站內位置進行實時的精確地定位。

2.2 定位技術

實時定位模塊是變電站安全管控系統的核心。該定位模塊有多個定位單元組成，每個單元由4 個定位基站組成?；緦崟r獲取區域內定位標簽的距離，發送至定位服務器，由服務器進行計算標簽位置并發送至安全管控平臺服務器，最后在3D 數字地圖模塊中體現出來。UWB 超寬帶定位技術則利用已知基站來定位移動點的位置，并加以收集、統計進而實現實時定位、軌跡、區域管理等功能，具有定位精度高[3]，距離遠等特點，能夠較好的將人員、設備在站內的運動實時軌跡及歷史軌跡展現出來。可多域級、跨區域漫游、多樓層定位，自適應的實現一到三維定位[4]。滿足變電站內部的各種工業場景的人員、設備安全管理工作。如圖1所示。

圖1：系統拓撲圖

2.3 安全管控系統功能

基于UWB定位技術的變電站安全管控系統可實現人員和物體實時位置查詢、歷史軌跡查詢、虛擬圍欄設置等功能。

（1）實時位置查詢：能夠實時的通過定位單元（基站與標簽）對現場內部的設備、人員進行精確定位，達到位置監控，人員或設備分布等目的；

（2）歷史軌跡查詢：隨時可以根據不同權限對不同的管理目標進行歷史位置軌跡查詢，對考勤、責任劃分等情況有相當大幫助；

（3）虛擬圍欄設置：可對站內環境中的任何位置在三維場景中進行區域繪制以建立虛擬圍欄。繪制完成后的圍欄是基于真實環境中的地理信息進行劃分的，當帶有標簽的人員靠近、接觸或進入時都將在真實環境與虛擬環境中產生告警。危險區域、設備檢修等情況中此功能會起著很大作用。

3 變電站安全管控系統應用

室內定位應用場景分為對人的定位場景和對物體的定位場景[5]，具體到變電站現場就是對工作負責人（監護人）、工作班成員、巡視人員、參觀人員等人以及對檢修小車、圍欄、絕緣梯、絕緣凳等物的定位。

案例1：某日某變電站10kV 開關室進行中捷1Y41 開關小修預試的工作。

傳統安全管控措施有以下幾點：

（1）組織措施：現場勘查制度、工作票制度、工作許可制度、工作監護制度、工作間斷、轉移、終結制度。

（2）技術措施：停電、驗電、接地、懸掛標示牌和裝設遮攔（圍欄）。

傳統安全管控措施有以下不足：

（1）工作時，不能及時知道現場監護人員是否離開；

（2）工作時，不能及時掌控被監護人員的作業范圍；

（3）工作時，現場圍欄被作業人員隨意移動，無法及時獲知。

新增安全管控系統后，可彌補以上不足。工作前，向工作負責人與工作班成員發放不同的標簽定位卡，可以實時定位監護人員和被監護人員的位置，開工后，對離開作業范圍的人員發出語音或振動提示，并發送至遠方管控平臺；當定位卡一定時間內無移動信息時，將發送報警信息至安全管控平臺，提示人員可能丟棄定位卡或是人員身體不適等；圍欄內置定位標簽卡，可生成虛擬圍欄，當人員移動圍欄或者離開圍欄區域時，發出語音或振動提示，并發送至遠方管控平臺。如圖2 、圖3所示。

圖2：人員軌跡

圖3：電子圍欄

案例2：某日某運維班組長巡視某變電站時發現1 號主變地面鵝暖石上有大量油跡，并判斷此現象已存在幾天。詢問近日巡視該站的值班員時，值班員表示當日巡視時未發現該主變有滲漏油情況。

傳統的運維管理模式為：

（1）檢查PMS 系統中當日巡視記錄是否存在；

（2）調取攝像頭檢查巡視人員是否進入1 號主變室查看。

傳統的運維管理模式存在以下不足：

（1）PMS 系統中的巡視記錄只能代表當日記錄已經維護，不能表示巡視人員是否巡視到位；

（2）由于主變室內存在大型設備，往往攝像頭不能看到各個角落情況，有人進入容易被遮擋，巡視人員是否查看主變四周不能確定。

新增安全管控系統后，巡視前，在安全管控系統內分配巡視人員定位標簽卡，然后將定位標簽卡發放巡視人員，可實時監測巡視人員在變電站內的巡視軌跡，主變室內移動軌跡也一目了然，人員是否圍繞主變四周查看過也能知曉。可定性人員巡視質量，是巡視不到位還是巡視疏忽等，從而提高人員巡視質量，保證設備缺陷能及時被發現，提高設備安全運行水平。

4 總結

隨著國網公司“三型兩網、世界一流”戰略目標的提出，除了變電站內的電氣設備需要具備在線狀態監控等信息連接功能外，變電站內的人員與輔助設施同樣也需要具備狀態聯網上傳功能，發生異常狀態時也能及時上傳報警，比如：監護人員離開，作業人員離開工作區域，作業人員擅自移動圍欄、巡視人員巡視不到位等。從而實現變電站全方位的安全管控，保障電網安全穩定運行。