基于物联网与三维可视化技术的智能辅助系统在变电站的应用

潘国华

（浙江省桐乡市供电局，浙江 桐乡 314500）

物联网技术是通过射频识别（RFΙD）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

三维可视化技术是描绘和理解模型的先进手段，是数据体的直观表征形式。它利用空间信息资源，融合多维信息，进行全方位信息描述，通过动态信息的高阶异构数据挖掘及智能分析，实现虚拟现实的全域、全景信息展示。

新生变是浙江省第一座110kV 智能变电站，其智能辅助系统首次实现了物联网、三维可视化技术、云计算技术在变电站辅助控制系统中的集成应用。极大的丰富了智能变电站辅助控制系统的内涵，提升了智能变电站全站全景全息的信息化水平，实现了安防消防监控、环境监控、动力监测、运行辅助、检修辅助、运行状态监视、预报警等系统的集成应用和联动控制、资产管理等功能，提高了变电站的智能化水平，为电网安全运行提供决策技术支撑。

1 系统基本结构及功能

110kV 新生变电站智能辅助控制系统主要通过物联网、通信与传感网络、三维可视与虚拟仿真、智能分析与多维联动、云计算与GΙS 空间信息等最新技术的联合应用，依托各种感知识别设备完成了对变电站环境、动力、设备热点的实时监测、数据分析、报警联动及三维可视化展示，真正搭建起包括智能建筑、运行辅助、检修辅助、资产管理等功能在内的智能变电站一体化信息管理系统，实现与变电站一体化监控系统的数据交互与共享，为变电站的“大运行”、“大检修”提供重要的辅助支撑，该系统还将完成与SG-ERP、GΙS、调控一体化以及“三集五大”体系的对接，并不断深化应用，最终实现电网潮流、信息流、业务流完全融合。

本系统基于三维可视化与物联网技术，以智能传感器、高清网络视频探头、FRΙD 标签为等为主要物质基础组建成变电站智能状态监测系统。系统结构图如下图1所示。

图1 系统结构图

2 各子系统的基本功能

1）变电站大门门禁系统

使用发卡机进行卡片初始化，利用系统后台进行权限设置，刷外部或内部读卡器，大门开启，通过系统界面可远程开关大门

2）通道式门禁系统

站内设备（配RFΙD 标签）及人员进出记录，可以关联工作票，配置人员巡视房间，现场有灯光及语音提示。

3）安防系统

通过接入电子围栏系统，获取电子围栏报警信息和运行状态信息，系统界面以绿色显示电子围栏运行正常，红色显示有入侵警告，报警时弹出FLASH 动画，并可鼠标点击定位到变电站全景，联动四周全部摄像头，监控人员可以查看具体报警位置，可通过110 联动系统自动报警。

4）消防系统

系统界面以绿色显示运行正常，红色显示有烟感或收报报警，联动报警点附近摄像头进行录像，监控人员可以查看具体报警位置。

5）空调系统

获取变电站内空调信息（含运行状态、当前模式、设定数值等），远程设定空调工作模式（含制冷模式、除湿模式、通风模式），根据不同报警信息自动开启（或关闭）空调并切换至相应适合工作模式

6）灯光系统

对灯光进行本地和远程分组开关控制，报警发生在夜间时，联动灯光开启协助录像。

7）站用电及直流监测系统

获取站用交流电源系统信息（所用变高低压侧电流、电压），获取站用蓄电池信息（电池组电压、充放电电流），获取站用UPS 等动力设备的相关信息（输出电流、电压、工作状态）。

8）智能工器具柜检测系统

监测工器具柜中接地线、绝缘手套、绝缘靴、验电器等在位状态，监测工器具柜内的温湿度信息，自动调节温湿度环境，获取人员的开柜门信息，记录工器具的取用、归还事件。

9）无线传感状态监测系统

热点检测。对开关、接头、电容器等设备的温度在线监测，发出预/报警信号，对站内各房间、保护柜、开关柜、开关机构箱、端子箱内的环境进行温湿度监测，过高的报警，联动空调等设备降温。

有害气体检测。检测 GΙS 室内SF6 浓度和氧气含量，定时开启通风装置。

水浸检测。监测主控室与电缆层水浸情况。

避雷器在线检测：检测避雷器泄漏电流大小及雷击动作次数。

壳体变形。监测电容器壳体变形程度，根据设定的数据安全阈值范围，判断监测数据的正常与否。

上述无线传感状态信息在三维场景中的展示，报警时能快速定位。

3 110kV 新生变电站辅助系统功能的深化应用

1）故障报警快速定位、信息联动及分析辅助

以整体图示（一次接线图、辅助系统图）显示当前报警（含综自系统传送报警以及辅助系统报警），伴有声光电提示；点击某报警图标做如下动作，显示如下内容：

快速定位：以可视化形式展示出是哪个设备的哪个位置出现了报警，及相关信息。

当前状态：该报警点的当前运行状态。

2）站内关键设备各类数据的可视化展示

关键设备指变压器、电抗器、电容器、组合电器（如GΙS），断路器、避雷器等。站内关键设备数据的主要包括相关设备的运行信息、检修信息、台账信息等。在二维三维层面使用GΙS、三维仿真等技术手段对设备基本信息、实时运行信息进行展示，运行数据包括一定时间内的最大值、最小值、及当前值。

3）趋势预测及预警

通过对关键设备运行数据、外围监测数据（电流、电压、温度等数据）的统计，进行数据的趋势分析，展示中数据以曲线等形式展示，展示中注意与设备台账信息、历史报警信息等综合显示；为运行提供必要的预警提示功能。

4）操作遥视

协助人员进行可视化的远程操作，支持对现场操作的远程监管。为变电站远程操作提供监控摄像机及三维场景辅助，在系统中支持如下形式调用摄像机（摄像机可点击放大显示、可云镜控制）：

指定设备，点关键设备和预置位名称（在界面中直接显示预置位名称），自动调出对应摄像机及预置位。

指定工作，根据特定工作（配置定义好）需要，调出多个监控摄像机组合。

由工作票信息产生，由工作票信息延伸出关联视频监控点位，并在执行工作票过程中实现调控中心对执行工程的远程监视。

5）自动巡视功能

三维场景中指定路径，参考人工巡检路径及模式，巡视中沿指定路径自动漫游巡视，最后形成报告。巡视过程摄像机联动。在三维场景巡视过程中，某场景所涉及摄像机随着巡视过程自动调用预置位（多个），对于支持点间巡航的监控设备，可利用设备的点间巡航功能实现巡视联动（注：有多个摄像机关联时，以某摄像机为主，其他辅助）支持巡视暂停，增加操作人员意见。巡视过程中可随时暂停，并允许操作人员输入该点位巡视意见，将操作人员因素加入到巡检过程，最后巡视结果中将操作人员意见加入巡检报告；巡视过程数据显示。巡视过程中，操作人员可鼠标悬停等方式或者直接显示等方式进行数据的显示，以配合巡视暂停及操作意见加入；巡视报告可编辑可打印。巡视报告支持编辑，修正，并自动保存原始报告和修正报告，巡视报告支持打印输出（物理打印机及pdf 格式）；支持人工定义巡视路径点与要巡视的设备。

6）现场人员行迹及操作跟踪记录

结合目前最新的物联网技术（主要包含远距离RFΙD 技术和无线传输技术），通过视频对现场工作人员的工作进行跟踪和记录，实现操作留痕，对历史记录的保留可以为事故发生后追查和分析事提供重要依据，同时历史记录也是知识和经验的积累的重要元素。通过多种技术手段配合，实现进展人员行进轨迹跟踪；系统可通过PMS 系统中的两票信息，与进站人员的RFΙD 卡号进行绑定，通过站内设备的读取，结合图像智能分析，记录人员行进轨迹。通过页面展示人员在站内所经区域与具体点位的动态连接线，以时间为坐标，回放工作动态。

7）资产管理基础数据的获取

与PMS 系统的对接获取到生产类设备的台账信息，实现生产设备的接入，自有设备的统一编码，作为非生产设备。

8）建筑与人之间的互动

变电站建筑与进展人员之间的互动化、自动化水平人员行进过程中，声光电等类型的自动提醒。人员进入站内与远端监控人员的互动，可通过语音对讲、视频图像等一体式的交流。人员进入某一区域时，根据现场安全要求自动开启或关闭现场可控设备，如进入GΙS 室前，自动开启风机进行排风15分钟；自动开启现场灯光照明；自动将人员所处位置上传至系统进行记录。

9）各子系统与视频监控的联动

子系统的联动以视频监控为基础，在监控镜头覆盖到的区域，结合图像分析功能，监控过程中出现的状态或人员异常时均通过预警、报警提出声光电警告。摄像头覆盖区域内，任一子系统发生报警，相邻布设摄像头自动调整角度至报警发生区域，并将监控图像优先显示在监控主机上，提醒管理人员关注该区域报警，并配合三维全景显示，对整个变电站进行全面管控，并进行30s 的视频录像，

运行监控人员可以根据抓拍类型、记录类型、联动类型、触警条件、抓拍区域以及时间等各种条件，对抓拍录像进行查询。

4 三维全景展示

以模型、数据库、图纸、文件等形式为载体建立变电站以及设备的三维模型，实现变电站三维全景展示。根据三维模型提供的接口，经过汇总和二次加工的状态信息以三维可视化的方式进行展现。集三维立体模型、安防信息（监控图像、门禁、电子围栏等）、自动化检测信息、环境动力监控信息、电网运行数据等于一体，进行三维或二维可视化的状态信息展示。通过站内一层、站内二层、站内三层、室外区域帮助用户快速熟悉变电站虚拟场景，直观的了解整个变电站的布置情况。

例如图2为变电站110kV 设备的三维模型，在系统自动巡检时自动展示，运行人员可以实时了解传感器上传的各种信息，掌握设备运行情况。

图2 变电站110kV 设备的三维模型

5 结论

综上所述，110kV 新生 智能变电站的基于物联网与三维可视化技术的变电站智能辅助系统以“智能控制”为核心，该系统定位于变电站一体化信息管理平台，在满足智能变电站标准规范的基础上，首创性地利用通信技术、物联网技术、三维可视化技术、云计算技术和视频控制技术等实现了变电站分布式监控、集中式管理和智能设备的无缝接入，实现了变电站设备状态监测、智能分析、多维互动和资产管理，提高了变电站的智能化水平，为国网公司打造具有示范意义的智能变电站、推进智能电网建设起到了积极作用，为智能变电站信息全覆盖的研究和应用奠定了基础。

[1] 吴京雷,马学智.智能化变电站辅助设施监控方案[J].农村电气化,2011(7).

[2] 王红光.变电站智能辅助监控系统[J].电子产品世界,2011(10).

[3] 简宏丰.智能变电站辅助系统优化整合的探讨[J].电力技术,2010(10).