變電站智能運(yùn)檢VR可視化輔助平臺(tái)的研究

錢碧甫， 劉主光， 張磊， 陳捷冬(網(wǎng)溫州供電公司，浙江 溫州　325000)

0　引　言

目前在電力事業(yè)快速發(fā)展的背景下，每年都有數(shù)量眾多的變電設(shè)備在電網(wǎng)中投運(yùn)，亟待檢修的變電設(shè)備更是數(shù)量龐大。變電站作為電力系統(tǒng)重要的組成部分，建設(shè)程度日益完善。但在電力檢修、運(yùn)行、安全多方分析仍存在信息技術(shù)落后，系統(tǒng)孤立，針對(duì)性差等突出問(wèn)題。在目前網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)日益發(fā)展的形勢(shì)下已逐漸無(wú)法滿足“大云物移”、“互聯(lián)網(wǎng)+”和“智能運(yùn)檢”的需求[1-2]。

本文利用虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality, 簡(jiǎn)稱VR)技術(shù)，開(kāi)展浸入式智能運(yùn)檢工作，形成共享和賦權(quán)式的技術(shù)、安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)把控，是一種全新的嘗試?？紤]到模型建模方式資金投入量大，研制周期長(zhǎng)，視頻存儲(chǔ)量大等缺點(diǎn)，本文主要采用球形視覺(jué)的圖像拼接技術(shù)[3]。

1　工作原理

本輔助平臺(tái)采用球形視覺(jué)建模、圖像處理、人機(jī)交互技術(shù)，并結(jié)合具體生產(chǎn)需求，建立輔助平臺(tái)裝置原理圖，如圖1所示。

本項(xiàng)目建立專用的變電站智能檢修VR輔助平臺(tái)。

(1)體驗(yàn)者可隨時(shí)調(diào)取VR視頻，并根據(jù)權(quán)限上傳信息；建立變電站作業(yè)人員多方管控機(jī)制；

(2)平臺(tái)維護(hù)方對(duì)VR輔助平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)工作；

(3)平臺(tái)與生產(chǎn)系統(tǒng)PMS的信息鏈接，方便專業(yè)信息的及時(shí)調(diào)用；

(4)采集變電站的高清全景圖像，作為VR輔助平臺(tái)的信息來(lái)源；

(5)可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的定位和預(yù)警功能；

(6)存儲(chǔ)的工程VR視頻可為教育培訓(xùn)提供素材。

本項(xiàng)目將在平臺(tái)功能、運(yùn)檢審議、安全管控等方面進(jìn)行創(chuàng)新，以適應(yīng)本地市局在智能運(yùn)維、精益化檢修上的新要求。

圖1　輔助平臺(tái)原理圖

2　平臺(tái)功能模塊化

由于變電站數(shù)目眾多，基建、改造、集中檢修工作量頻繁，需要建立制度性的流程，以此減少本輔助平臺(tái)前期工作量，減輕平臺(tái)維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。

2.1　建立圖像采集制度

本輔助平臺(tái)極大依賴變電站高清圖片，它是進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)的載體依據(jù)，而由于高清圖像需求現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖像采集難度大，高清圖片拼接工作費(fèi)時(shí)，建立圖像采集制度是十分有必要的[4]。而圖像采集工作在基建、技改的工作中是十分具有可操作性。

(1)變電站土建設(shè)計(jì)均按照國(guó)網(wǎng)典型設(shè)計(jì)方案進(jìn)行。區(qū)域劃分，設(shè)備布置均有章可循；

(2)變電設(shè)備選型，設(shè)備距離均按圖施工；

(3)全景高清圖片數(shù)量有限，工作量小且成本低廉：

(4)定點(diǎn)拍攝，便于后期系統(tǒng)自動(dòng)生成全景圖[5]，以圖2為例，110 kV變電站僅需采集高清圖片10張。

圖2　110 kV變電站拍攝點(diǎn)規(guī)劃

2.2　VR功能的模塊化設(shè)置

VR互動(dòng)功能的模塊化預(yù)制，可減輕平臺(tái)維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，利于VR互動(dòng)視頻的快速生成，如圖3所示。

圖3　功能設(shè)置模塊化

(1)建立與PMS系統(tǒng)聯(lián)系，單向利用系統(tǒng)中的變電站工作內(nèi)容，提供VR數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行處理；

(2)按照檢修要求，預(yù)制安全圍欄方式；

(3)帶電設(shè)備預(yù)設(shè)危險(xiǎn)、違章提醒；

(4)危險(xiǎn)警示牌、在此工作牌、從此進(jìn)入牌的拖曳式添加；

(5)調(diào)用PMS系統(tǒng)臺(tái)賬庫(kù)，實(shí)現(xiàn)VR場(chǎng)景一次設(shè)備的快速命名和臺(tái)賬導(dǎo)入；

(6)按廠家、按設(shè)備、按型號(hào)建立詳細(xì)的設(shè)備尺寸臺(tái)賬庫(kù)，便于標(biāo)注臺(tái)賬信息和距離信息；

(7)調(diào)用PMS系統(tǒng)缺陷庫(kù)，按照設(shè)備站所，設(shè)備命名，實(shí)現(xiàn)缺陷和VR場(chǎng)景設(shè)備的一鍵關(guān)聯(lián)。

3　施工方案可視化

3.1　作業(yè)內(nèi)容直觀顯示

3.1.1主界面

主界面的主要內(nèi)容包括：一次具體設(shè)備布置情況；施工范圍;停電范圍；各方面負(fù)責(zé)人列表信息；工作票信息等。如圖4所示。

圖4　220 kV變電站導(dǎo)航圖

3.1.2間隔信息

對(duì)每張具體間隔的照片進(jìn)行關(guān)于檢修相關(guān)信息的標(biāo)識(shí)，如圖5和圖6所示。主要內(nèi)容包括：間隔名稱及設(shè)備名稱；安全距離；停電時(shí)間和施工內(nèi)容；安全注意事項(xiàng)；工作負(fù)責(zé)人、工作班信息等。

圖5　具體間隔的圖像

圖6　標(biāo)注信息

作業(yè)人員足不出戶便能在真實(shí)場(chǎng)景里學(xué)習(xí)變電站檢修內(nèi)容、安全注意事項(xiàng)。復(fù)雜、專業(yè)的數(shù)據(jù)信息通過(guò)立體、直觀和可交互的方式得以呈現(xiàn)[6]。

3.2　可視化臺(tái)賬

將設(shè)備VR視頻和設(shè)備臺(tái)賬進(jìn)行關(guān)聯(lián)，為消缺、改造提供決策參考。

4　運(yùn)檢審議集中化

4.1　集中踏勘、審票、開(kāi)票

通過(guò)該模塊，技術(shù)人員看到實(shí)時(shí)的三維場(chǎng)景下設(shè)備圖形和檢修信息，完成如下功能：運(yùn)行、檢修、安監(jiān)人員進(jìn)行集中踏勘。在全站范圍內(nèi)查看任意位置的地理圖形和設(shè)備狀態(tài)，可定位查找和快速瀏覽運(yùn)行間隔和待停電間隔的現(xiàn)場(chǎng)情況，會(huì)同檢修人員針對(duì)工作票、操作票進(jìn)行集中審票、開(kāi)票。

利用人機(jī)交互功能，開(kāi)發(fā)VR場(chǎng)景的圖文實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和更新，建立多方管控圖，保障檢修、運(yùn)行、安全多方的審議信息流轉(zhuǎn)，包括集中踏勘、審票、開(kāi)票等環(huán)節(jié)，如圖7所示。

圖7　可視化管控流程圖

檢修、運(yùn)行、安全多方的流轉(zhuǎn)VR視頻由授權(quán)人員進(jìn)行視頻提交本項(xiàng)目輔助平臺(tái)，完成各個(gè)階段的存檔，最終版本可同變電站工作票保存于PMS系統(tǒng)，以便及時(shí)調(diào)閱。

4.2　最小化停電方案

平臺(tái)在設(shè)備模擬操作的基礎(chǔ)上，融合變電站五防和順控邏輯，研制操作流程預(yù)演，可驗(yàn)證停電方案的可實(shí)施性。利用空間等比例測(cè)量模塊，驗(yàn)證關(guān)鍵檢修的可操作性。由此可確定最小化停電方案。

4.2.1可視化流程操作

變電站大型操作的時(shí)候，運(yùn)檢人員只能憑圖紙、接線圖去想象操作流程，變電站站控式五防閉鎖邏輯也只能在操作前進(jìn)行邏輯驗(yàn)證，無(wú)法在踏勘審議階段提供參考。

因此，平臺(tái)在設(shè)備模擬操作的基礎(chǔ)上，融合變電站五防閉鎖邏輯，順控邏輯，研制操作流程預(yù)演，可遠(yuǎn)程、隨時(shí)進(jìn)行流程預(yù)演，為驗(yàn)證停電操作的可實(shí)施性提供沉浸式圖像參考。

4.2.2等比例測(cè)量技術(shù)

利用變電站空間等比例測(cè)量模塊，驗(yàn)證關(guān)鍵檢修的可操作性?？稍跈z修和運(yùn)維操作方面提供可視化參考建議，包括：

(1)檢修施工員的安全距離是否合理規(guī)劃；

(2)大型工程的各功能區(qū)是否合理布局；

(3)大型檢修的一次設(shè)備搬運(yùn)路線是否合理；

(4)設(shè)備操作人員的安全距離是否足夠；

(5)臺(tái)風(fēng)等惡劣氣候下，應(yīng)急通道是否合理規(guī)劃。

綜上兩個(gè)方面，本輔助平臺(tái)可在停電方案最小化方面發(fā)揮可視化的決策參考作用。

4.3　可視化遠(yuǎn)程診斷、指揮

在設(shè)備臺(tái)賬的基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)備缺陷庫(kù)，快速定位故障點(diǎn)，進(jìn)行沉浸式的可視化遠(yuǎn)程診斷和指揮[7]。

5　安全管控可視化

5.1　安全措施可視化

檢修圍欄預(yù)規(guī)劃、危險(xiǎn)點(diǎn)預(yù)演等功能，克服了設(shè)備停電前，安全措施憑經(jīng)驗(yàn)，靠描述，空對(duì)空的現(xiàn)象

5.1.1檢修圍欄規(guī)劃

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備的位置和間距，運(yùn)維人員和檢修人員可根據(jù)規(guī)劃方案集中探討，指定圍欄方式，圖8和圖9所示為同一設(shè)備提供不同的圍欄方案選擇。

圖8　圍欄方案一

圖9　圍欄規(guī)劃二

5.1.2危險(xiǎn)點(diǎn)預(yù)演

檢修人員、運(yùn)維人員可會(huì)同安全管理部門進(jìn)行危險(xiǎn)點(diǎn)預(yù)演，而這些操作在一次設(shè)備實(shí)際運(yùn)行或檢修狀態(tài)下是無(wú)法完成的，如圖10所示。

圖10　危險(xiǎn)點(diǎn)模擬預(yù)演

5.2　可視化人員定位及預(yù)警

輔助平臺(tái)可以在原有圍欄規(guī)劃、危險(xiǎn)點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，規(guī)劃停電和運(yùn)行設(shè)備的安全范圍，可以利用GPS紅外技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工作人員的可視化定位及預(yù)警功能[8]，流程原理如圖11所示。

5.3　可視化大型工器具管控

圖11　可視化人員定位和管控

圖12　可視化大型工器具管控

(1)整合大型工器具設(shè)備臺(tái)賬，最重要的是大型工器具的尺寸數(shù)據(jù)，預(yù)建立其模型備選項(xiàng)，如圖12所示。

(2)在變電站根據(jù)空間等比例測(cè)量模塊的基礎(chǔ)上，在VR視頻中設(shè)備添加“大型工器具”，系統(tǒng)自動(dòng)推薦尺寸合適的工器具備選。

(3)同時(shí)，平臺(tái)自動(dòng)生成距離信息，信息存檔，供檢修參考。

(4)施工中，技術(shù)人員可通過(guò)事先VR視頻進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)，防止出現(xiàn)觸電事故。

6　結(jié)束語(yǔ)

建立信息共享和流程賦權(quán)的智能運(yùn)檢VR可視化輔助平臺(tái)，設(shè)計(jì)研制平臺(tái)的工作原理圖，并利用VR視覺(jué)技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機(jī)互動(dòng)功能等開(kāi)發(fā)平臺(tái)的模塊化功能，并在可視化施工方案、運(yùn)維審議、安全管控方面有做了功能拓展，有利于形成技術(shù)和安全的多方管控流程，促進(jìn)變電站大型施工的檢修精益化、運(yùn)維智能化。

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