基于UWB定位技術(shù)的變電站安全管控系統(tǒng)應(yīng)用

劉牛 徐波 陳亞新 朱劍

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鎮(zhèn)江供電分公司 江蘇省鎮(zhèn)江市 212000）

變電站是發(fā)輸變配中的重要環(huán)節(jié)，站內(nèi)的安全與否影響著整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，對非法入侵人員進(jìn)行有效識(shí)別，對進(jìn)入變電站工作的人員進(jìn)行有效定位，可以提升變電站安全管理水平。為實(shí)現(xiàn)人員身份及位置可知，本文提出利用UWB定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)對人員位置信息的掌控，并利用定位標(biāo)簽[1]卡和人臉識(shí)別技術(shù)對人員進(jìn)行辨識(shí)。通過定位標(biāo)簽卡和物的綁定，同樣可以定位管控變電站內(nèi)檢修小車、絕緣梯等物的位置信息，有效管控好變電站內(nèi)的設(shè)施，防止人員誤操作或登高觸電等。

1 變電站安全管控現(xiàn)狀

目前，變電站主要通過電子圍欄、門上紅外對射等實(shí)現(xiàn)人員闖入報(bào)警，當(dāng)人員通過開啟門鎖進(jìn)入變電站時(shí)，遠(yuǎn)方無法收到相應(yīng)信號，特別是非允許人員進(jìn)入變電站時(shí)，遠(yuǎn)方不會(huì)有報(bào)警信息發(fā)出。這對變電站現(xiàn)場的安全管控是非常不利的。

同樣，對于變電站內(nèi)的工作人員，目前也只是通過布置安全圍欄和紅布幔進(jìn)行警示，未有有效措施實(shí)時(shí)掌握人員位置信息，人員進(jìn)入非工作區(qū)域，不會(huì)向本人和遠(yuǎn)方發(fā)出報(bào)警提示。

為改善變電站安全管控水平，現(xiàn)在有些項(xiàng)目探索在變電站現(xiàn)場設(shè)置安全布控球，通過該裝置可以對現(xiàn)場人員進(jìn)行身份識(shí)別、行為識(shí)別并進(jìn)行有效的安全提示，可以一定程度上改善站內(nèi)人員的隨意行為。但由于室外變電站場地大，可能需要許多該裝置才能掌控現(xiàn)場，而且對于室內(nèi)變電站，由于設(shè)備較多，視線范圍受到很多限制。

2 變電站安全管控系統(tǒng)

隨著室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展，一種基于UWB定位技術(shù)的變電站安全管控系統(tǒng)可用于變電站室內(nèi)定位[2]，實(shí)現(xiàn)人與物的位置信息可掌控。

2.1 定位背景

對于人員誤入、逾越進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域或限制區(qū)域等問題，最根本的原因是人員的狀態(tài)不可控，即使目前已經(jīng)有監(jiān)控?cái)z像頭與紅外線偵測等技術(shù)存在，但這些常規(guī)防護(hù)手段的共同特點(diǎn)是在事情發(fā)生時(shí)或發(fā)生后才會(huì)起到作用。鑒于此類情況的解決方式便是在人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)之前需要知道位置并在接觸到距離危險(xiǎn)區(qū)一定距離時(shí)產(chǎn)生報(bào)警與通知相關(guān)管理人員進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)。因此，需要對人員在站內(nèi)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的精確地定位。

2.2 定位技術(shù)

實(shí)時(shí)定位模塊是變電站安全管控系統(tǒng)的核心。該定位模塊有多個(gè)定位單元組成，每個(gè)單元由4 個(gè)定位基站組成?；緦?shí)時(shí)獲取區(qū)域內(nèi)定位標(biāo)簽的距離，發(fā)送至定位服務(wù)器，由服務(wù)器進(jìn)行計(jì)算標(biāo)簽位置并發(fā)送至安全管控平臺(tái)服務(wù)器，最后在3D 數(shù)字地圖模塊中體現(xiàn)出來。UWB 超寬帶定位技術(shù)則利用已知基站來定位移動(dòng)點(diǎn)的位置，并加以收集、統(tǒng)計(jì)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位、軌跡、區(qū)域管理等功能，具有定位精度高[3]，距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，能夠較好的將人員、設(shè)備在站內(nèi)的運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)軌跡及歷史軌跡展現(xiàn)出來?？啥嘤蚣?、跨區(qū)域漫游、多樓層定位，自適應(yīng)的實(shí)現(xiàn)一到三維定位[4]。滿足變電站內(nèi)部的各種工業(yè)場景的人員、設(shè)備安全管理工作。如圖1所示。

圖1：系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.3 安全管控系統(tǒng)功能

基于UWB定位技術(shù)的變電站安全管控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)人員和物體實(shí)時(shí)位置查詢、歷史軌跡查詢、虛擬圍欄設(shè)置等功能。

（1）實(shí)時(shí)位置查詢：能夠?qū)崟r(shí)的通過定位單元（基站與標(biāo)簽）對現(xiàn)場內(nèi)部的設(shè)備、人員進(jìn)行精確定位，達(dá)到位置監(jiān)控，人員或設(shè)備分布等目的；

（2）歷史軌跡查詢：隨時(shí)可以根據(jù)不同權(quán)限對不同的管理目標(biāo)進(jìn)行歷史位置軌跡查詢，對考勤、責(zé)任劃分等情況有相當(dāng)大幫助；

（3）虛擬圍欄設(shè)置：可對站內(nèi)環(huán)境中的任何位置在三維場景中進(jìn)行區(qū)域繪制以建立虛擬圍欄。繪制完成后的圍欄是基于真實(shí)環(huán)境中的地理信息進(jìn)行劃分的，當(dāng)帶有標(biāo)簽的人員靠近、接觸或進(jìn)入時(shí)都將在真實(shí)環(huán)境與虛擬環(huán)境中產(chǎn)生告警。危險(xiǎn)區(qū)域、設(shè)備檢修等情況中此功能會(huì)起著很大作用。

3 變電站安全管控系統(tǒng)應(yīng)用

室內(nèi)定位應(yīng)用場景分為對人的定位場景和對物體的定位場景[5]，具體到變電站現(xiàn)場就是對工作負(fù)責(zé)人（監(jiān)護(hù)人）、工作班成員、巡視人員、參觀人員等人以及對檢修小車、圍欄、絕緣梯、絕緣凳等物的定位。

案例1：某日某變電站10kV 開關(guān)室進(jìn)行中捷1Y41 開關(guān)小修預(yù)試的工作。

傳統(tǒng)安全管控措施有以下幾點(diǎn)：

（1）組織措施：現(xiàn)場勘查制度、工作票制度、工作許可制度、工作監(jiān)護(hù)制度、工作間斷、轉(zhuǎn)移、終結(jié)制度。

（2）技術(shù)措施：停電、驗(yàn)電、接地、懸掛標(biāo)示牌和裝設(shè)遮攔（圍欄）。

傳統(tǒng)安全管控措施有以下不足：

（1）工作時(shí)，不能及時(shí)知道現(xiàn)場監(jiān)護(hù)人員是否離開；

（2）工作時(shí)，不能及時(shí)掌控被監(jiān)護(hù)人員的作業(yè)范圍；

（3）工作時(shí)，現(xiàn)場圍欄被作業(yè)人員隨意移動(dòng)，無法及時(shí)獲知。

新增安全管控系統(tǒng)后，可彌補(bǔ)以上不足。工作前，向工作負(fù)責(zé)人與工作班成員發(fā)放不同的標(biāo)簽定位卡，可以實(shí)時(shí)定位監(jiān)護(hù)人員和被監(jiān)護(hù)人員的位置，開工后，對離開作業(yè)范圍的人員發(fā)出語音或振動(dòng)提示，并發(fā)送至遠(yuǎn)方管控平臺(tái)；當(dāng)定位卡一定時(shí)間內(nèi)無移動(dòng)信息時(shí)，將發(fā)送報(bào)警信息至安全管控平臺(tái)，提示人員可能丟棄定位卡或是人員身體不適等；圍欄內(nèi)置定位標(biāo)簽卡，可生成虛擬圍欄，當(dāng)人員移動(dòng)圍欄或者離開圍欄區(qū)域時(shí)，發(fā)出語音或振動(dòng)提示，并發(fā)送至遠(yuǎn)方管控平臺(tái)。如圖2 、圖3所示。

圖2：人員軌跡

圖3：電子圍欄

案例2：某日某運(yùn)維班組長巡視某變電站時(shí)發(fā)現(xiàn)1 號主變地面鵝暖石上有大量油跡，并判斷此現(xiàn)象已存在幾天。詢問近日巡視該站的值班員時(shí)，值班員表示當(dāng)日巡視時(shí)未發(fā)現(xiàn)該主變有滲漏油情況。

傳統(tǒng)的運(yùn)維管理模式為：

（1）檢查PMS 系統(tǒng)中當(dāng)日巡視記錄是否存在；

（2）調(diào)取攝像頭檢查巡視人員是否進(jìn)入1 號主變室查看。

傳統(tǒng)的運(yùn)維管理模式存在以下不足：

（1）PMS 系統(tǒng)中的巡視記錄只能代表當(dāng)日記錄已經(jīng)維護(hù)，不能表示巡視人員是否巡視到位；

（2）由于主變室內(nèi)存在大型設(shè)備，往往攝像頭不能看到各個(gè)角落情況，有人進(jìn)入容易被遮擋，巡視人員是否查看主變四周不能確定。

新增安全管控系統(tǒng)后，巡視前，在安全管控系統(tǒng)內(nèi)分配巡視人員定位標(biāo)簽卡，然后將定位標(biāo)簽卡發(fā)放巡視人員，可實(shí)時(shí)監(jiān)測巡視人員在變電站內(nèi)的巡視軌跡，主變室內(nèi)移動(dòng)軌跡也一目了然，人員是否圍繞主變四周查看過也能知曉?？啥ㄐ匀藛T巡視質(zhì)量，是巡視不到位還是巡視疏忽等，從而提高人員巡視質(zhì)量，保證設(shè)備缺陷能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，提高設(shè)備安全運(yùn)行水平。

4 總結(jié)

隨著國網(wǎng)公司“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，除了變電站內(nèi)的電氣設(shè)備需要具備在線狀態(tài)監(jiān)控等信息連接功能外，變電站內(nèi)的人員與輔助設(shè)施同樣也需要具備狀態(tài)聯(lián)網(wǎng)上傳功能，發(fā)生異常狀態(tài)時(shí)也能及時(shí)上傳報(bào)警，比如：監(jiān)護(hù)人員離開，作業(yè)人員離開工作區(qū)域，作業(yè)人員擅自移動(dòng)圍欄、巡視人員巡視不到位等。從而實(shí)現(xiàn)變電站全方位的安全管控，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。