220kV升壓站可視化巡檢系統應用與研究

中電大豐風力發電有限公司 楊成虎 曹少春 卞 俊

隨著電力系統的發展，升壓站數量越來越多，升壓站內設備種類也越來越多。變電站巡檢是一項日常工作，主要目的是保證設備的運行安全，防止設備事故發生。現有的巡檢方式存在巡檢不到位、巡檢人員工作效率低等問題，已不能滿足變電站的發展要求。基于GIS 和GPS 技術的可視化巡檢系統能夠實現變電站內設備巡視和故障定位，以數字化方式對變電站運行狀態進行實時監測，通過提高巡檢人員工作效率，解決巡視人員工作強度大、工作環境差等問題，實現變電站故障提前預判、預警。本文主要介紹了一種220kV 升壓站可視化巡檢系統的應用與研究[1]。

1 變電站可視化巡檢系統總體設計

隨著我國電力系統的發展，電力設備數量迅速增長，如何保證電力設備的安全穩定運行是電力部門亟須解決的問題。當前在國內，傳統變電站的巡檢方式不僅存在工作量大、效率低、人員緊張、安全隱患等問題，而且對巡檢人員的專業技能要求較高，存在一定程度上的人力資源浪費。在智能電網技術創新與開發背景下，基于智能終端和物聯網技術的變電站可視化巡檢系統應運而生。通過將GIS系統與智能終端、無線傳輸等物聯網技術相結合，實現了對變電站內設備的實時監控與管理，提高了變電站巡檢工作效率和巡檢人員專業技能水平，有效降低了變電站運行維護成本。

1.1 需求分析

傳統的變電站巡檢方式主要是人工操作，人工記錄，巡檢人員不能及時掌握設備狀態變化情況，如此不僅會造成數據記錄的滯后性，還會導致變電站運行過程中出現一些人為因素，如人為操作失誤等情況，進而造成設備故障。另外，人工記錄巡檢數據的方式還會造成巡檢不到位的現象，存在一定程度上的安全隱患。為有效解決上述問題，電力企業要基于GIS 系統和智能終端技術的變電站可視化巡檢系統方案，通過對GIS 系統功能模塊的二次開發，實現對變電站設備信息的錄入、查詢、修改和刪除等操作，對變電站設備進行可視化管理，同時結合智能終端設備，將巡檢數據實時上傳到服務器上，便于管理人員及時掌握設備狀態變化情況[2]。

1.2 系統總體設計

系統基于GIS 和GPS 技術，采用B/S 模式。變電站可視化巡查系統主要由GIS 管理平臺、巡檢管理平臺和移動端App 三部分組成。GIS 管理平臺通過GIS 軟件實現了對變電站的信息管理、視頻監控以及應急預案等功能；巡檢管理平臺通過智能巡檢App 實現了對巡檢人員的智能派工、設備實時監控以及故障預警等功能；移動端App 則采用B/S模式，通過手機客戶端軟件實現了對設備的可視化巡檢以及故障預警等功能。系統具有以下特點：一是通過GIS 實現設備信息管理。二是采用B/S 模式，移動端App 通過服務器端配置下發數據，無須客戶端支持。三是設備故障預警功能。

1.3 系統運行原理

在系統中，每一個巡檢工作人員都有一個唯一的身份識別碼，并且在系統中有一個唯一的身份識別碼與巡檢任務相對應，當巡檢任務執行時，系統自動掃描設備上的RFID 電子標簽，并將掃描到的信息通過網絡實時上傳至監控中心。當巡檢人員的巡檢工作結束后，系統自動將巡檢結果與電子標簽信息進行對比，并將巡檢結果通過無線網絡傳至監控中心。監控中心可根據管理需要設置巡檢點和巡檢路線等信息，并對各巡檢工作人員的工作情況進行記錄。系統還可根據設定的條件自動判斷巡檢人員是否到崗，并發出預警通知。

2 變電站可視化巡檢系統應用

2.1 系統概述

變電站巡檢工作是變電站運維工作的重要組成部分，傳統的變電站巡檢方式是通過人工巡檢，通過記錄設備的巡檢數據來分析設備出現故障的原因和及時對設備進行維護，但存在較多缺點：一是人力成本高、效率低、安全性差；二是現場環境復雜、巡檢過程無法實時監控；三是數據記錄不完整、不準確，無法及時進行分析和處理；四是人工記錄數據易出錯、記錄時間長，數據統計困難；五是無法及時掌握設備運行及健康狀況。

為了解決上述問題，要將人工智能技術引入變電站巡檢管理中，通過在變電站內部署智能巡檢機器人，對變電站內設備進行可視化巡檢，采用人工智能技術對設備進行自動識別和分析，可實現缺陷診斷、智能巡檢、異常告警、報表統計等功能，并可通過App 軟件進行數據查看和分析，及時掌握設備運行狀況、及時發現設備隱患和缺陷，提高設備運維管理效率。

2.2 系統功能

該系統功能主要有以下幾個方面：一是實時視頻監控。實時監控變電站的各個區域，包括人員、設備等，可通過手機App 或電腦端查看；二是紅外測溫。可通過手機App 或電腦端查看設備溫度等信息；三是智能巡檢機器人。巡檢人員可以通過手機App 或電腦端查看機器人的工作狀態和巡檢路線等信息；四是智能分析管理。可通過智能分析管理模塊實現對設備的實時分析和管理；五是設備實時狀態報警。通過設備實時狀態報警模塊實現對設備的實時報警。

圖1 系統的功能

2.3 系統優勢

一是遠程可視化的巡檢方式，提升了變電站巡檢的效率和質量，減少了工作人員的勞動強度，降低了運行維護成本；二是提高了變電站運維管理水平，可以有效地預防事故，降低事故發生的頻率；三是系統對數據進行分類存儲、統計分析等功能，為領導決策提供可靠依據；四是系統具有高精度的定位功能，可在設備故障發生前識別故障點、提前預警，做到早預防、早控制；五是系統可實現遠程可視化、實時監控等功能。通過將人工智能技術與變電站運維管理相結合，不僅可以減少工作人員的工作量，還可以對變電站進行實時監控，及時發現設備異常情況，提前做好預防措施。

同時，基于人工智能技術的變電站可視化巡檢系統將變電站巡檢工作簡單化、自動化、智能化，實現了數據采集自動化、數據傳輸網絡化、數據存儲集中化、數據分析智能化、預警響應一體化，并構建了多層次的電網運維管理體系，為電力系統的穩定運行提供更加可靠和高效的保障[3]。

3 GIS 與GPS 相結合的變電站巡檢系統

3.1 GIS 與GPS 技術在變電站巡檢系統中的應用

我國電網建設的不斷發展，變電站的數量和規模都在迅速擴大，而變電站作為整個電力系統的重要組成部分，其設備狀態的好壞直接影響著電力系統的安全、穩定運行。因此，為及時發現變電站設備運行過程中存在的問題，須及時進行處理，采用GPS 技術進行變電站巡檢具有重要意義。然而由于GPS 在戶外工作時，受各種天氣因素和人為因素的影響，難以實現實時、準確地定位。

所以將GIS 系統與GPS 相結合實現實時、準確地對變電站巡檢過程進行定位和記錄是必要而又可行的，利用GIS 系統對GPS 進行定位時，要通過衛星定位和網絡數據傳輸兩種方式將GPS 的位置信息傳送給GIS 服務器，然后GIS 服務器再通過網絡數據傳輸將實時數據傳送給GIS 終端。要把采集到的GPS 原始數據進行預處理，然后將數據通過網絡傳送給GIS 服務器，在GIS 服務器中將數據存儲起來。當巡檢人員完成巡檢工作時，要把采集到的GPS 原始數據和巡檢表通過網絡傳輸到GIS 服務器中，將采集到的巡檢表內容保存下來。

此外，采用RFID 射頻識別技術和衛星定位技術實現變電站內設備巡視和故障定位，通過手機App 將巡檢點和巡視內容上傳至服務器，通過后臺數據庫進行數據統計與分析；結合GIS 地圖可視化操作界面，能實現巡檢點與巡視線路的定位操作，將信息發送至終端設備；采用GPS 衛星定位技術可實現定位跟蹤、導航數據的獲取，利用GIS 系統將所獲得的信息進行數據分析，可實現設備故障點快速定位、故障原因及部位分析、歷史運行軌跡查詢等功能。

3.2 系統的組成及特點

系統主要由服務器端和客戶端兩部分組成，服務器端由通信設備和GIS 軟件構成，客戶端由無線數據終端、GPS 定位終端和控制中心組成。其中，通信設備主要負責與服務器端的通信，以保證系統的正常運行；GIS 軟件主要負責對巡檢數據進行存儲、管理和查詢；控制中心通過GPS 定位終端實現對巡檢數據的定位，將數據存入數據庫。此外，控制中心可以通過無線數據終端對變電站進行無線數據通信，實現對變電站的監控[4]。系統功能主要包括以下幾方面。

一是變電站巡檢管理。在GIS 系統中設置變電站的相關信息，并將其顯示在屏幕上；二是設備信息管理。利用GIS 系統將巡檢設備信息和所巡檢設備的詳細信息錄入到數據庫中；三是巡檢任務管理。對巡檢任務進行分配，并根據每個任務的不同要求設定不同的巡檢方式和完成時間；四是巡檢過程管理。對巡檢人員進行身份驗證，并根據巡檢內容的不同的權限；五是報表分析功能。通過分析巡檢數據報表，了解設備運行情況、存在問題以及處理情況；六是日志管理功能。根據巡檢人員提出的要求自動生成相應的日志，以供日后查閱。

GIS 系統與GPS 相結合的變電站巡檢系統將GIS、GPS 和網絡技術有效地結合起來，既能有效地利用GPS 在戶外工作時受天氣因素和人為因素的影響較大這個缺陷，又能充分利用GIS 的數據管理功能對變電站設備的狀態信息進行統計、分析、管理和維護，同時還能在設備發生故障時通過網絡及時地將故障信息傳遞給相關人員，從而使相關人員能夠在第一時間掌握設備的運行狀況，作出合理的判斷和處理，提高變電站設備故障處理效率。

因此，在變電站設備巡檢過程中加入GIS 系統與GPS 相結合這一技術后，能夠有效地提高變電站設備故障處理效率、節約成本，使電力系統的運行更加安全、穩定、可靠[5]。

3.3 系統的工作流程

變電站設備巡檢工作的開展是保證變電站安全穩定運行的重要環節，為保證巡檢工作的順利進行，GIS與GPS 相結合的變電站巡檢系統，必須建立在巡檢工作全過程監控和管理的基礎上。若想保證GIS 系統與GPS 相結合的變電站巡檢系統能正常運行，必須建立起一套完善、可靠的巡視制度，包括檢查制度和管理制度是保證巡檢點、路線可靠運行的前提條件。

根據變電站巡檢工作的實際需要，結合GIS 系統和GPS 技術特點，變電站巡檢系統主要由以下幾個部分組成：GIS 系統、GPS 設備、巡檢點、巡檢員。GIS 系統：GIS 是由地理信息數據庫、地圖服務及管理程序組成。利用地理信息數據庫為GIS 系統提供了豐富的地圖資源和數據資源；利用地圖服務程序為GIS 系統提供了地理信息管理，包括：數據庫、圖形對象、空間操作對象及屬性對象等功能。

4 結語

總之，設計開發的變電站可視化巡檢系統，能夠通過在變電站內部署RFID 智能標簽，對巡檢過程中的設備進行實時監控與管理，實現了對變電站內設備的可視化、智能化管理。但目前所設計開發的變電站可視化巡檢系統還存在一些不足之處，例如在系統集成和設備布置方面有待進一步改進。因此，要不斷完善系統功能，加強與GIS 系統的融合，以提高系統的可用性。