变电站智能管控一体化平台建设与应用

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随着三维实景建模、一键顺控、自动巡检、移动作业等智能运检新技术的发展应用，传统的检修体系已不能适应集坚强智能电网与电力物联网特征于一体的变电站。

国网浙江杭州市富阳区供电公司的研究人员陈彪，在2021年第8期《电气技术》上撰文，提出一种基于信息全景可视化的变电站智慧运检管控体系，通过对变电站三维实景建模、电力物联网大数据融合承载及丰富的三维可视化智能管控增值应用，实现对变电站全站空间精确测量、一次接线图实景对位设备三维实体、车辆模型三维实景演示、人员定位、设备异常告警三维动图及电力物联网数据统计与对比等功能，提升变电站运维检修、设备管控及人员管理效率。

随着国家电网公司电网建设进入一个新时期，智能电网、变电站设备运行的复杂程度显著增大，集坚强智能电网与电力物联网特征于一体的变电站智能化运检管控体系显得越来越重要。如何快速建设变电站智能管控一体化平台，实现资源调配，形成典型规范的管理流程，实现科学规范的企业管理，对整体项目进行统筹规划和控制，从而在安全管理、质量管控等方面取得显著提高，使得企业能最大限度地适应现代化社会发展，成为电力企业管理提升的热点。

目前，国内外针对物联网技术和变电站的智能化运检管控体系已经开展了一系列的研究。国网浙江杭州市富阳区供电公司的研究人员提出基于三维技术的变电站实景管控系统，将基于精确空间坐标信息的三维实景彩色点云扫描重构技术引入变电站综合管控之中，打造电力物联网感知融合智能生态圈，结合现有的辅助监控系统、数据采集与监控（supervisory control and data acquisition, SCADA）系统、设备管理体系（plant management system, PMS）台账等各类电力数据，构建交互性好、真实精确的沉浸式变电站三维全景可视化平台，同时使站内的生产调度、运行维护、督导管理方式发生巨大的变化。

1  现状分析

随着全球能源互联网的推广，交、直流电网飞速发展，电力物联网体系的建设不断深入和优化，变电站的运行设备不断增多，变电站运维工作人员日常维护工作的难度也相应增加。各种在线监测系统、智能电气设备、辅助控制系统、电力机器人巡检系统等所产生的电力大数据，以及数据互联互通的横向到边、纵向到底的结构学特性涌现，从而衍生出适应智能电力应用的、以电力系统、电气设备为核心的结构化数据融合需求。

变电站智能管控一体化平台摒弃了原先单一系统、孤立数据形成的信息孤岛，建立能够实现物物相连，纵贯感知层、网络层、平台层、应用层，实现数据融合共享的承载平台、更为友善的人机界面及感知适应场景变化的临境能力。

2  系统建设

客观世界中的物体多以三维立体的形式展现，包含外形特征、表面纹理等信息。传统的建筑物模型制作所需要的空间信息多是采用全站仪测点、测距仪钢卷尺测边、照相机拍照贴图等技术手段完成，但由于获取数据的局限性，难以得到贴合实际相应比例的建筑物三维模型。

本文通过对变电站激光雷达彩色扫描，采用三维实景建模、电力物联网大数据融合承载及丰富的三维可视化智能管控增值应用，实现对变电站全站空间精确测量、一次接线图实景对位设备三维实体和车辆模型三维实景演示、人员定位、设备异常告警三维动图及电力物联网数据统计与对比等功能。变电站三维实景管控系统部署架构如图1所示。

2.1  三维实景重构

三维实景技术又称实景虚拟现实技术，是虚拟现实技术的最新分支。它是采用专业的数码相机对选定的场景进行多角度拍摄，然后再对拍摄的照片进行后期缝合的一种三维虚拟展示技术。与传统虚拟现实技术通过对实物进行三维建模来实现模拟所不同的是，三维全景技术通常采用真实场景的实景图片来搭建整个虚拟空间，其仿真度更高、沉浸感更为强烈。

变电站三维实景管控系统应用激光扫描、点云建模技术，基于融合式三维引擎实现全维度空间实景重构。变电站三维实景管控系统如图2所示。

2.2  电力物联网大数据融合

变电站三维实景管控系统可融合承载电力物联网各类数据，如Ⅰ区综合自动化管理系统，Ⅱ区在线监测系统、PMS，Ⅳ区视频图像系统等，通过正向隔离装置接入Ⅳ区变电站三维实景管控系统，基于电力规约可以在具备数据中心的局端平台进行数据统一对接，同时也可以实现站端数据、云平台、第三方数据平台等多源数据的集成。通过三维可视化融合承载，赋予场景中所有设备或物联网前端传感器丰富的表现含义，实现以设备为中心、物物相连的电力数据结构化融合展示。

1）一次设备在线监测数据融合

将各种在线监测设备整合到变电站三维实景现实平台中，为系统跨平台巡视、分析、诊断、预警提供快速便捷的有效方式。将在线监测设备按真实场景位置融入变电站三维实景管控系统中，直观、便捷地展示实时监测数据，在线监测数据展示如图3所示。

图1  变电站三维实景管控系统部署架构

图2  变电站三维实景管控系统

2）视频监控系统数据融合

将视频监控系统变电站前端采集物联网传感器的摄像机数据融入三维场景中，并按照真实场景中的位置在三维实景中展示，迅速进行符合电力物联网物物相连的相应关联绑定，只需点击摄像头，即可展示实时拍摄的图像信息，如果站内布置云台机，还可以在场景中控制球机对拍摄的图像进行方位的切换，同时对图像可以进行截图保存等操作，用于提取编辑。

图3  在线监测数据展示

3）PMS台账数据融合

在初期，将PMS设备台账数据通过离线拷贝的方式接入三维实景模型中，从而在三维实景中直观展示设备的台账信息，PMS设备台账信息展示如图4所示。

图4  PMS设备台账信息展示

4）巡检机器人数据融合

通过运用全站激光扫描实现变电站内各种电器设备、建筑结构均具备空间坐标，进而通过点云重构技术借由三维引擎实现点云模型。此种三维可视化增强现实技术结合电力机器人巡检，不仅可以将变电站的全景数据可视化呈现在以设备为中心的1：1实体上，而且还可控制电力机器人执行巡检任务，推送相应巡检点位的可见光和热红外图谱、视频图像。

2.3  功能应用

1）统计比对功能应用

基于历史数据，可根据时间、数据类型、统计规则快速检索和统计，支持统计结果的快捷保存。可选择具体设备及其需比对的设备属性，形成按时间轴展开的数据对比曲线，支持多个设备数据的对比功能，曲线图支持局部放大查看，数据统计与数据对比如图5所示。

图5  数据统计与数据对比

2）设备异常动图告警功能应用

在变电站三维实景管控系统中能实时同步设备告警状态，一旦设备出现告警会在三维平台中进行标识，提供直观动图查看方式。

3）远程空间测量功能应用

变电站的现场勘查需要耗费较大的人力等成本，在检修作业前多次的现场勘查不但耗费大量时间，而且效率低下。在三维场景中进行远程勘查，可调取测量工具执行空间测量（包括手动测量、对地测距和角度测量），执行尺寸检查、编辑、删除等操作；身临其境地对现场进行查看和测量，然后进行现场作业的决策、精确评估，利用精确的空间距离信息可实现对现场立体场景中各种空间操作的计算评估，大大提高工作效率，远程距离勘测如图6所示。

图6  远程距离勘测

4）车辆模型实景演示功能应用

从车辆库中调取车辆模型导入三维场景中能操作车辆前进、后退、左转和右转，可调节吊车和登高车的转台角度、吊臂角度和吊臂长度，车辆顶端可执行距离检测，用不同半径的球面进行展示。当检测到有空间碰撞，提供告警提示。

5）人员安全管控功能应用

人员实时管理是变电站管理工作中的一个盲点，在一些大型项目中往往出现施工人员实时督查难，现场带班人员敷衍职责等问题，现场管理水平低下是目前变电站内发生作业事故的一个重要原因。

为加强人员到岗情况动态考核，监督现场工作情况，通过人员定位模块，采用载波相位差分技术（real-time kinematic, RTK），实现高精度定位，可实时获取场所内工作人员的位置信息，并在变电站三维实景管控系统中实时展示；基于平台配置的告警策略，还能实现对定位人员的任务路线监控和危险作业的告警提醒，保障人员安全、作业安全、设备安全。

图7为现场人员平台展示，基于三维实景，实时获取全景范围人员精确分布，人员位置一目了然，能够直观获取在场人员信息，支持快速定位人员所在场景，提供人员定位相关报警功能，实现全局掌控。

图7  现场人员平台展示

运维人员可在变电站三维实景管控系统中设立电子防护栏，建立危险区域和安全区域。危险区域不许人员进入，安全区域不许人员离开，可根据不同的安全和作业需求来编辑该区域具体信息（如设备带电危险区域、安全距离、现场作业安全区域等）、起止时间，并以不同的颜色区别显示。当工作人员出现违规行为时发出警示，保障工作人员的人身安全。

3  结论

本文通过建设与应用基于信息全景可视化的变电站智能管控一体化平台，在建立设备和场景三维物理模型、可视化状态检测、模拟培训的基础上，建立了涵盖变电站设计、运营、事故等的临境式站所管控系统，实现变电站运行设备实时监测和故障原因的快速查找和处理。通过平台内统计比对、设备异常动图告警、车辆模型实景演示等功能的应用，提升了运维检修、设备管控及人员管理效率。

本文编自《电气技术》2021年第8期，作者为陈彪，论文标题为“变电站智能管控一体化平台建设与应用”。