基于物聯(lián)網(wǎng)與三維可視化技術(shù)的智能輔助系統(tǒng)在變電站的應(yīng)用

潘國(guó)華

（浙江省桐鄉(xiāng)市供電局，浙江 桐鄉(xiāng) 314500）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過(guò)射頻識(shí)別（RFΙD）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

三維可視化技術(shù)是描繪和理解模型的先進(jìn)手段，是數(shù)據(jù)體的直觀表征形式。它利用空間信息資源，融合多維信息，進(jìn)行全方位信息描述，通過(guò)動(dòng)態(tài)信息的高階異構(gòu)數(shù)據(jù)挖掘及智能分析，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的全域、全景信息展示。

新生變是浙江省第一座110kV 智能變電站，其智能輔助系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)、三維可視化技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)在變電站輔助控制系統(tǒng)中的集成應(yīng)用。極大的豐富了智能變電站輔助控制系統(tǒng)的內(nèi)涵，提升了智能變電站全站全景全息的信息化水平，實(shí)現(xiàn)了安防消防監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、動(dòng)力監(jiān)測(cè)、運(yùn)行輔助、檢修輔助、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、預(yù)報(bào)警等系統(tǒng)的集成應(yīng)用和聯(lián)動(dòng)控制、資產(chǎn)管理等功能，提高了變電站的智能化水平，為電網(wǎng)安全運(yùn)行提供決策技術(shù)支撐。

1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及功能

110kV 新生變電站智能輔助控制系統(tǒng)主要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、通信與傳感網(wǎng)絡(luò)、三維可視與虛擬仿真、智能分析與多維聯(lián)動(dòng)、云計(jì)算與GΙS 空間信息等最新技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，依托各種感知識(shí)別設(shè)備完成了對(duì)變電站環(huán)境、動(dòng)力、設(shè)備熱點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、報(bào)警聯(lián)動(dòng)及三維可視化展示，真正搭建起包括智能建筑、運(yùn)行輔助、檢修輔助、資產(chǎn)管理等功能在內(nèi)的智能變電站一體化信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互與共享，為變電站的“大運(yùn)行”、“大檢修”提供重要的輔助支撐，該系統(tǒng)還將完成與SG-ERP、GΙS、調(diào)控一體化以及“三集五大”體系的對(duì)接，并不斷深化應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)潮流、信息流、業(yè)務(wù)流完全融合。

本系統(tǒng)基于三維可視化與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以智能傳感器、高清網(wǎng)絡(luò)視頻探頭、FRΙD 標(biāo)簽為等為主要物質(zhì)基礎(chǔ)組建成變電站智能狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 各子系統(tǒng)的基本功能

1）變電站大門門禁系統(tǒng)

使用發(fā)卡機(jī)進(jìn)行卡片初始化，利用系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，刷外部或內(nèi)部讀卡器，大門開(kāi)啟，通過(guò)系統(tǒng)界面可遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)大門

2）通道式門禁系統(tǒng)

站內(nèi)設(shè)備（配RFΙD 標(biāo)簽）及人員進(jìn)出記錄，可以關(guān)聯(lián)工作票，配置人員巡視房間，現(xiàn)場(chǎng)有燈光及語(yǔ)音提示。

3）安防系統(tǒng)

通過(guò)接入電子圍欄系統(tǒng)，獲取電子圍欄報(bào)警信息和運(yùn)行狀態(tài)信息，系統(tǒng)界面以綠色顯示電子圍欄運(yùn)行正常，紅色顯示有入侵警告，報(bào)警時(shí)彈出FLASH 動(dòng)畫(huà)，并可鼠標(biāo)點(diǎn)擊定位到變電站全景，聯(lián)動(dòng)四周全部攝像頭，監(jiān)控人員可以查看具體報(bào)警位置，可通過(guò)110 聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

4）消防系統(tǒng)

系統(tǒng)界面以綠色顯示運(yùn)行正常，紅色顯示有煙感或收?qǐng)?bào)報(bào)警，聯(lián)動(dòng)報(bào)警點(diǎn)附近攝像頭進(jìn)行錄像，監(jiān)控人員可以查看具體報(bào)警位置。

5）空調(diào)系統(tǒng)

獲取變電站內(nèi)空調(diào)信息（含運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)前模式、設(shè)定數(shù)值等），遠(yuǎn)程設(shè)定空調(diào)工作模式（含制冷模式、除濕模式、通風(fēng)模式），根據(jù)不同報(bào)警信息自動(dòng)開(kāi)啟（或關(guān)閉）空調(diào)并切換至相應(yīng)適合工作模式

6）燈光系統(tǒng)

對(duì)燈光進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程分組開(kāi)關(guān)控制，報(bào)警發(fā)生在夜間時(shí)，聯(lián)動(dòng)燈光開(kāi)啟協(xié)助錄像。

7）站用電及直流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

獲取站用交流電源系統(tǒng)信息（所用變高低壓側(cè)電流、電壓），獲取站用蓄電池信息（電池組電壓、充放電電流），獲取站用UPS 等動(dòng)力設(shè)備的相關(guān)信息（輸出電流、電壓、工作狀態(tài)）。

8）智能工器具柜檢測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)工器具柜中接地線、絕緣手套、絕緣靴、驗(yàn)電器等在位狀態(tài)，監(jiān)測(cè)工器具柜內(nèi)的溫濕度信息，自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度環(huán)境，獲取人員的開(kāi)柜門信息，記錄工器具的取用、歸還事件。

9）無(wú)線傳感狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

熱點(diǎn)檢測(cè)。對(duì)開(kāi)關(guān)、接頭、電容器等設(shè)備的溫度在線監(jiān)測(cè)，發(fā)出預(yù)/報(bào)警信號(hào)，對(duì)站內(nèi)各房間、保護(hù)柜、開(kāi)關(guān)柜、開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)箱、端子箱內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行溫濕度監(jiān)測(cè)，過(guò)高的報(bào)警，聯(lián)動(dòng)空調(diào)等設(shè)備降溫。

有害氣體檢測(cè)。檢測(cè) GΙS 室內(nèi)SF6 濃度和氧氣含量，定時(shí)開(kāi)啟通風(fēng)裝置。

水浸檢測(cè)。監(jiān)測(cè)主控室與電纜層水浸情況。

避雷器在線檢測(cè)：檢測(cè)避雷器泄漏電流大小及雷擊動(dòng)作次數(shù)。

殼體變形。監(jiān)測(cè)電容器殼體變形程度，根據(jù)設(shè)定的數(shù)據(jù)安全閾值范圍，判斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的正常與否。

上述無(wú)線傳感狀態(tài)信息在三維場(chǎng)景中的展示，報(bào)警時(shí)能快速定位。

3 110kV 新生變電站輔助系統(tǒng)功能的深化應(yīng)用

1）故障報(bào)警快速定位、信息聯(lián)動(dòng)及分析輔助

以整體圖示（一次接線圖、輔助系統(tǒng)圖）顯示當(dāng)前報(bào)警（含綜自系統(tǒng)傳送報(bào)警以及輔助系統(tǒng)報(bào)警），伴有聲光電提示；點(diǎn)擊某報(bào)警圖標(biāo)做如下動(dòng)作，顯示如下內(nèi)容：

快速定位：以可視化形式展示出是哪個(gè)設(shè)備的哪個(gè)位置出現(xiàn)了報(bào)警，及相關(guān)信息。

當(dāng)前狀態(tài)：該報(bào)警點(diǎn)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。

2）站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備各類數(shù)據(jù)的可視化展示

關(guān)鍵設(shè)備指變壓器、電抗器、電容器、組合電器（如GΙS），斷路器、避雷器等。站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備數(shù)據(jù)的主要包括相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行信息、檢修信息、臺(tái)賬信息等。在二維三維層面使用GΙS、三維仿真等技術(shù)手段對(duì)設(shè)備基本信息、實(shí)時(shí)運(yùn)行信息進(jìn)行展示，運(yùn)行數(shù)據(jù)包括一定時(shí)間內(nèi)的最大值、最小值、及當(dāng)前值。

3）趨勢(shì)預(yù)測(cè)及預(yù)警

通過(guò)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、外圍監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（電流、電壓、溫度等數(shù)據(jù)）的統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的趨勢(shì)分析，展示中數(shù)據(jù)以曲線等形式展示，展示中注意與設(shè)備臺(tái)賬信息、歷史報(bào)警信息等綜合顯示；為運(yùn)行提供必要的預(yù)警提示功能。

4）操作遙視

協(xié)助人員進(jìn)行可視化的遠(yuǎn)程操作，支持對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的遠(yuǎn)程監(jiān)管。為變電站遠(yuǎn)程操作提供監(jiān)控?cái)z像機(jī)及三維場(chǎng)景輔助，在系統(tǒng)中支持如下形式調(diào)用攝像機(jī)（攝像機(jī)可點(diǎn)擊放大顯示、可云鏡控制）：

指定設(shè)備，點(diǎn)關(guān)鍵設(shè)備和預(yù)置位名稱（在界面中直接顯示預(yù)置位名稱），自動(dòng)調(diào)出對(duì)應(yīng)攝像機(jī)及預(yù)置位。

指定工作，根據(jù)特定工作（配置定義好）需要，調(diào)出多個(gè)監(jiān)控?cái)z像機(jī)組合。

由工作票信息產(chǎn)生，由工作票信息延伸出關(guān)聯(lián)視頻監(jiān)控點(diǎn)位，并在執(zhí)行工作票過(guò)程中實(shí)現(xiàn)調(diào)控中心對(duì)執(zhí)行工程的遠(yuǎn)程監(jiān)視。

5）自動(dòng)巡視功能

三維場(chǎng)景中指定路徑，參考人工巡檢路徑及模式，巡視中沿指定路徑自動(dòng)漫游巡視，最后形成報(bào)告。巡視過(guò)程攝像機(jī)聯(lián)動(dòng)。在三維場(chǎng)景巡視過(guò)程中，某場(chǎng)景所涉及攝像機(jī)隨著巡視過(guò)程自動(dòng)調(diào)用預(yù)置位（多個(gè)），對(duì)于支持點(diǎn)間巡航的監(jiān)控設(shè)備，可利用設(shè)備的點(diǎn)間巡航功能實(shí)現(xiàn)巡視聯(lián)動(dòng)（注：有多個(gè)攝像機(jī)關(guān)聯(lián)時(shí)，以某攝像機(jī)為主，其他輔助）支持巡視暫停，增加操作人員意見(jiàn)。巡視過(guò)程中可隨時(shí)暫停，并允許操作人員輸入該點(diǎn)位巡視意見(jiàn)，將操作人員因素加入到巡檢過(guò)程，最后巡視結(jié)果中將操作人員意見(jiàn)加入巡檢報(bào)告；巡視過(guò)程數(shù)據(jù)顯示。巡視過(guò)程中，操作人員可鼠標(biāo)懸停等方式或者直接顯示等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示，以配合巡視暫停及操作意見(jiàn)加入；巡視報(bào)告可編輯可打印。巡視報(bào)告支持編輯，修正，并自動(dòng)保存原始報(bào)告和修正報(bào)告，巡視報(bào)告支持打印輸出（物理打印機(jī)及pdf 格式）；支持人工定義巡視路徑點(diǎn)與要巡視的設(shè)備。

6）現(xiàn)場(chǎng)人員行跡及操作跟蹤記錄

結(jié)合目前最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（主要包含遠(yuǎn)距離RFΙD 技術(shù)和無(wú)線傳輸技術(shù)），通過(guò)視頻對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作進(jìn)行跟蹤和記錄，實(shí)現(xiàn)操作留痕，對(duì)歷史記錄的保留可以為事故發(fā)生后追查和分析事提供重要依據(jù)，同時(shí)歷史記錄也是知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累的重要元素。通過(guò)多種技術(shù)手段配合，實(shí)現(xiàn)進(jìn)展人員行進(jìn)軌跡跟蹤；系統(tǒng)可通過(guò)PMS 系統(tǒng)中的兩票信息，與進(jìn)站人員的RFΙD 卡號(hào)進(jìn)行綁定，通過(guò)站內(nèi)設(shè)備的讀取，結(jié)合圖像智能分析，記錄人員行進(jìn)軌跡。通過(guò)頁(yè)面展示人員在站內(nèi)所經(jīng)區(qū)域與具體點(diǎn)位的動(dòng)態(tài)連接線，以時(shí)間為坐標(biāo)，回放工作動(dòng)態(tài)。

7）資產(chǎn)管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取

與PMS 系統(tǒng)的對(duì)接獲取到生產(chǎn)類設(shè)備的臺(tái)賬信息，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的接入，自有設(shè)備的統(tǒng)一編碼，作為非生產(chǎn)設(shè)備。

8）建筑與人之間的互動(dòng)

變電站建筑與進(jìn)展人員之間的互動(dòng)化、自動(dòng)化水平人員行進(jìn)過(guò)程中，聲光電等類型的自動(dòng)提醒。人員進(jìn)入站內(nèi)與遠(yuǎn)端監(jiān)控人員的互動(dòng)，可通過(guò)語(yǔ)音對(duì)講、視頻圖像等一體式的交流。人員進(jìn)入某一區(qū)域時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安全要求自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉現(xiàn)場(chǎng)可控設(shè)備，如進(jìn)入GΙS 室前，自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行排風(fēng)15分鐘；自動(dòng)開(kāi)啟現(xiàn)場(chǎng)燈光照明；自動(dòng)將人員所處位置上傳至系統(tǒng)進(jìn)行記錄。

9）各子系統(tǒng)與視頻監(jiān)控的聯(lián)動(dòng)

子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)以視頻監(jiān)控為基礎(chǔ)，在監(jiān)控鏡頭覆蓋到的區(qū)域，結(jié)合圖像分析功能，監(jiān)控過(guò)程中出現(xiàn)的狀態(tài)或人員異常時(shí)均通過(guò)預(yù)警、報(bào)警提出聲光電警告。攝像頭覆蓋區(qū)域內(nèi)，任一子系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警，相鄰布設(shè)攝像頭自動(dòng)調(diào)整角度至報(bào)警發(fā)生區(qū)域，并將監(jiān)控圖像優(yōu)先顯示在監(jiān)控主機(jī)上，提醒管理人員關(guān)注該區(qū)域報(bào)警，并配合三維全景顯示，對(duì)整個(gè)變電站進(jìn)行全面管控，并進(jìn)行30s 的視頻錄像，

運(yùn)行監(jiān)控人員可以根據(jù)抓拍類型、記錄類型、聯(lián)動(dòng)類型、觸警條件、抓拍區(qū)域以及時(shí)間等各種條件，對(duì)抓拍錄像進(jìn)行查詢。

4 三維全景展示

以模型、數(shù)據(jù)庫(kù)、圖紙、文件等形式為載體建立變電站以及設(shè)備的三維模型，實(shí)現(xiàn)變電站三維全景展示。根據(jù)三維模型提供的接口，經(jīng)過(guò)匯總和二次加工的狀態(tài)信息以三維可視化的方式進(jìn)行展現(xiàn)。集三維立體模型、安防信息（監(jiān)控圖像、門禁、電子圍欄等）、自動(dòng)化檢測(cè)信息、環(huán)境動(dòng)力監(jiān)控信息、電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)等于一體，進(jìn)行三維或二維可視化的狀態(tài)信息展示。通過(guò)站內(nèi)一層、站內(nèi)二層、站內(nèi)三層、室外區(qū)域幫助用戶快速熟悉變電站虛擬場(chǎng)景，直觀的了解整個(gè)變電站的布置情況。

例如圖2為變電站110kV 設(shè)備的三維模型，在系統(tǒng)自動(dòng)巡檢時(shí)自動(dòng)展示，運(yùn)行人員可以實(shí)時(shí)了解傳感器上傳的各種信息，掌握設(shè)備運(yùn)行情況。

圖2 變電站110kV 設(shè)備的三維模型

5 結(jié)論

綜上所述，110kV 新生 智能變電站的基于物聯(lián)網(wǎng)與三維可視化技術(shù)的變電站智能輔助系統(tǒng)以“智能控制”為核心，該系統(tǒng)定位于變電站一體化信息管理平臺(tái)，在滿足智能變電站標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，首創(chuàng)性地利用通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、三維可視化技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和視頻控制技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了變電站分布式監(jiān)控、集中式管理和智能設(shè)備的無(wú)縫接入，實(shí)現(xiàn)了變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能分析、多維互動(dòng)和資產(chǎn)管理，提高了變電站的智能化水平，為國(guó)網(wǎng)公司打造具有示范意義的智能變電站、推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)起到了積極作用，為智能變電站信息全覆蓋的研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

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