面向物聯(lián)網(wǎng)與三維可視化的智能變電站運(yùn)行輔助管理系統(tǒng)研究與設(shè)計

龐思睿，許鴻飛，杜劍雯，李雪梅

（國網(wǎng)冀北電力有限公司信息通信分公司 北京100053）

1 引言

當(dāng)前，變電站中存在多個子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)為相應(yīng)的上層系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的信息及數(shù)據(jù)，但由于上層系統(tǒng)分別隸屬于不同的部門，站端一般也存在多個系統(tǒng)與之對應(yīng)。因此，不同系統(tǒng)間存在數(shù)據(jù)源不一致、數(shù)據(jù)維護(hù)不統(tǒng)一的問題。特別是變電站與相鄰變電站的大用戶、分布式電源的電力流、信息流、業(yè)務(wù)流沒有形成統(tǒng)一的智能電網(wǎng)計算分析高級軟件平臺，使得變電站成為智能電網(wǎng)三流合一的匯聚點(diǎn)，而不是一個斷點(diǎn)。智能變電站應(yīng)當(dāng)成為三流合一的樞紐，起到承上啟下的作用[1～3]。

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分，采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能，實(shí)現(xiàn)與相鄰變電站、電網(wǎng)調(diào)度、變電站用戶運(yùn)行部門、檢修部門、管理部門等的互動的。隨著無人值守變電站管理模式的全面推廣，在監(jiān)控中心通過現(xiàn)有的電力通信網(wǎng)對所屬變電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障和意外情況告警接收處理，可提高變電站運(yùn)行和維護(hù)的安全性及可靠性，并可逐步實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可視化監(jiān)控和調(diào)度，使電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行更為安全、可靠，提高變電站的智能化管理水平。

2 智能變電站系統(tǒng)總體架構(gòu)

根據(jù)智能變電站分層結(jié)構(gòu)體系，系統(tǒng)整體構(gòu)架如圖1所示，主要包括過程層、間隔層和站控層，具體介紹如下。

·過程層對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)中的感知層，主要通過各種傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，數(shù)據(jù)通信支持以太網(wǎng)、RS485總線、無線等方式。

·間隔層的主要功能為匯集監(jiān)測數(shù)據(jù)及控制信息。變電站巡檢及詳細(xì)監(jiān)控數(shù)據(jù)通過過程層傳送到站控層。

·站控層對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用層。監(jiān)控數(shù)據(jù)及傳輸?shù)男畔⒂烧究貙咏尤胂到y(tǒng)平臺進(jìn)行分析、管理及三維可視化展現(xiàn)。站控層接入系統(tǒng)平臺通過正向隔離網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與綜合自動化系統(tǒng)的互通，為智能變電站提供服務(wù)支持。

3 變電站智能運(yùn)行輔助管理系統(tǒng)

3.1 智能巡視

運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)和三維可視化技術(shù)，通過數(shù)據(jù)智能分析實(shí)現(xiàn)人工巡視和自動巡視相結(jié)合的智能巡視，主要有基于手持Pad的現(xiàn)場巡視、自動巡視兩種模式，可根據(jù)運(yùn)行習(xí)慣制定合適的巡視方式。

（1）現(xiàn)場巡視

通過對站內(nèi)相關(guān)設(shè)備采用統(tǒng)一的RFID標(biāo)簽進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備本體、位置的一體化識別，并可通過手持智能終端即時讀取設(shè)備狀態(tài)信息的功能，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的互動化、可視化管理。

在所有應(yīng)巡視設(shè)備上安裝RFID標(biāo)簽，巡視人員巡視時手持的智能終端通過內(nèi)置藍(lán)牙模塊的讀寫器可自動讀取該標(biāo)簽，值班人員到達(dá)該設(shè)備的位置時，智能終端自動顯示該設(shè)備的相關(guān)信息（包括未消缺的歷史巡視信息），并將所有應(yīng)巡視的項(xiàng)目一一羅列，以圖形化的界面展示設(shè)備的歷史狀態(tài)，通過對比圖形化界面與現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，巡視人員將快速判斷該設(shè)備的運(yùn)行異常信息。

圖1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

現(xiàn)場巡視系統(tǒng)流程如圖2所示。

（2）自動巡視

通過三維模擬場景，工作人員可對設(shè)備的狀態(tài)信息進(jìn)行巡視，并可根據(jù)預(yù)設(shè)路線對變電站進(jìn)行模擬巡視，能夠?qū)崟r生動地展現(xiàn)變電站的設(shè)備狀態(tài)信息，并可回放巡視路線。

通過在三維模擬場景模擬現(xiàn)場巡視，可降低勞動強(qiáng)度，提高巡視頻度，減少運(yùn)行人員巡視的次數(shù)，融合視頻錄像可使巡視過程更為直觀。

自動巡視系統(tǒng)流程如圖3所示。

在三維場景中進(jìn)行巡檢時本系統(tǒng)通過收集各種傳感器數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、視頻、殼體變形等，同時聯(lián)動待巡檢設(shè)備周邊攝像頭、燈光進(jìn)行視頻圖像采集，接收其他系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，巡檢完成后統(tǒng)一生成巡檢報告。在三維場景中可以進(jìn)行巡檢任務(wù)的執(zhí)行與歷史重現(xiàn)，與PMS（生產(chǎn)管理系統(tǒng)）對接后可以根據(jù)PMS中巡檢任務(wù)生成系統(tǒng)內(nèi)相應(yīng)巡檢任務(wù)（巡檢設(shè)備信息、巡檢工作內(nèi)容、巡檢開始工作時間、巡檢人員、缺陷描述、缺陷時間、缺陷結(jié)果等），也可以上傳巡檢結(jié)果（巡視人員、巡視設(shè)備、巡視內(nèi)容、巡檢結(jié)論、巡檢開始/結(jié)束時間等）。

圖2 現(xiàn)場巡視系統(tǒng)流程

圖3 自動巡視系統(tǒng)流程

3.2 工作遙視

在人員遠(yuǎn)程遙控操作后，通過視頻監(jiān)視、相關(guān)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)收集、三維模擬的手段確認(rèn)現(xiàn)場情況。加強(qiáng)作業(yè)現(xiàn)場的視頻監(jiān)控（作業(yè)過程有錄像），記錄工作人員作業(yè)軌跡，遠(yuǎn)程提取保護(hù)動作信息，減少了運(yùn)行人員進(jìn)入變電站現(xiàn)場檢查確認(rèn)的次數(shù)，提升了事故異常分析效率，明顯降低了故障平均處理時間。工作遙視業(yè)務(wù)流程如圖4所示。

圖4 工作遙視業(yè)務(wù)流程

系統(tǒng)通過隔離網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)向自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取，得到所需的開關(guān)操作、倒閘操作及保護(hù)動作等所需數(shù)據(jù)，根據(jù)事件發(fā)生位置聯(lián)動相應(yīng)攝像頭，向用戶推送相關(guān)視屏監(jiān)控畫面，并根據(jù)需要進(jìn)行錄像保存，做到工作內(nèi)容的全息記錄；如事件發(fā)生在夜晚，則需照明系統(tǒng)配合進(jìn)行錄像工作。

同時，由系統(tǒng)接口獲取PMS中關(guān)于兩票（工作票、操作票）的詳細(xì)信息，根據(jù)安放在各通道處的讀卡器記錄工作人員的出入情況，并根據(jù)需要與視頻系統(tǒng)、照明系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動。

3.3 日常工作信息化

（1）計劃管理輔助

合理利用PMS計劃管理數(shù)據(jù)（包括停電計劃與非停電計劃，如日常的檢修工作也會有計劃）、工作票、操作票數(shù)據(jù)、值班日志、運(yùn)行簿冊結(jié)合，完成變電站內(nèi)人員工作內(nèi)容的甄別，實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)有工作人員進(jìn)站后，遠(yuǎn)程監(jiān)控人員能夠甄別當(dāng)前人員的工作內(nèi)容，能夠遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控工作狀態(tài)。

（2）設(shè)備缺陷處理輔助

通過站內(nèi)智能設(shè)備的自檢信息、告警信息和故障信息，自動生成設(shè)備缺陷信息，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)中發(fā)現(xiàn)的設(shè)備缺陷可人工輸入?？膳cPMS進(jìn)行信息交互，合理利用PMS缺陷記錄數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)通過遠(yuǎn)程視頻等手段完成缺陷的現(xiàn)場確認(rèn)及正常運(yùn)行后一段時間內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)追蹤。

4 結(jié)束語

基于物聯(lián)網(wǎng)、三維可視化、云計算、空間地理信息技術(shù)，在已有的軟件系統(tǒng)的可行性研究和需求分析的基礎(chǔ)上，明確系統(tǒng)平臺需求、優(yōu)化設(shè)計平臺架構(gòu)及功能，構(gòu)建互動化、全景化及信息化的智能變電站運(yùn)行輔助管理系統(tǒng)，為智能變電站的研究奠定基礎(chǔ)。

1 樊陳，倪益民，竇仁輝.智能變電站過程層組網(wǎng)方案分析.電力系統(tǒng)自動化,2011,35(18):67～71 Fan C,Ni Y M,Dou R H.Analysis of network scheme for process layer in smart substation.Automation of Electric Power Systems,2011,35(18):67～71

2 邱智勇，陳建民，朱炳銓.基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的500 kV三層結(jié)構(gòu)數(shù)字化變電站建設(shè).電力系統(tǒng)自動化,2009,33(12):103～107 Qiu Z Y,Chen J M,Zhu B Q.Practice of building 500 kV three-level digital substation based on IEC 61850.Automation of Electric Power Systems,2009,33(12):103～107

3 胡學(xué)浩.智能電網(wǎng)——未來電網(wǎng)的發(fā)展態(tài)勢.電網(wǎng)技術(shù),2009,33(14):1～5 Hu X H.Smart grid—a development trend of future power grid.Power System Technology,2009,33(14):1～5

4 王明俊.智能電網(wǎng)熱點(diǎn)問題探討.電網(wǎng)技術(shù),2009,33(18):9～16 Wang M J.Some highlights in relation to smart grid.Power System Technology,2009,33(18):9～16