面向物聯網與三維可視化的智能變電站運行輔助管理系統研究與設計

龐思睿，許鴻飛，杜劍雯，李雪梅

（國網冀北電力有限公司信息通信分公司 北京100053）

1 引言

當前，變電站中存在多個子系統，這些子系統為相應的上層系統提供基礎的信息及數據，但由于上層系統分別隸屬于不同的部門，站端一般也存在多個系統與之對應。因此，不同系統間存在數據源不一致、數據維護不統一的問題。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、業務流沒有形成統一的智能電網計算分析高級軟件平臺，使得變電站成為智能電網三流合一的匯聚點，而不是一個斷點。智能變電站應當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的重要組成部分，采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級功能，實現與相鄰變電站、電網調度、變電站用戶運行部門、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，在監控中心通過現有的電力通信網對所屬變電站實現遠程實時視頻監控、遠程故障和意外情況告警接收處理，可提高變電站運行和維護的安全性及可靠性，并可逐步實現電網的可視化監控和調度，使電網調控運行更為安全、可靠，提高變電站的智能化管理水平。

2 智能變電站系統總體架構

根據智能變電站分層結構體系，系統整體構架如圖1所示，主要包括過程層、間隔層和站控層，具體介紹如下。

·過程層對應物聯網中的感知層，主要通過各種傳感設備實現設備狀態監測，數據通信支持以太網、RS485總線、無線等方式。

·間隔層的主要功能為匯集監測數據及控制信息。變電站巡檢及詳細監控數據通過過程層傳送到站控層。

·站控層對應物聯網中的應用層。監控數據及傳輸的信息由站控層接入系統平臺進行分析、管理及三維可視化展現。站控層接入系統平臺通過正向隔離網關實現與綜合自動化系統的互通，為智能變電站提供服務支持。

3 變電站智能運行輔助管理系統

3.1 智能巡視

運用物聯網和三維可視化技術，通過數據智能分析實現人工巡視和自動巡視相結合的智能巡視，主要有基于手持Pad的現場巡視、自動巡視兩種模式，可根據運行習慣制定合適的巡視方式。

（1）現場巡視

通過對站內相關設備采用統一的RFID標簽進行編碼，實現對設備本體、位置的一體化識別，并可通過手持智能終端即時讀取設備狀態信息的功能，實現資產的互動化、可視化管理。

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

圖1 網絡架構

現場巡視系統流程如圖2所示。

（2）自動巡視

通過三維模擬場景，工作人員可對設備的狀態信息進行巡視，并可根據預設路線對變電站進行模擬巡視，能夠實時生動地展現變電站的設備狀態信息，并可回放巡視路線。

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

自動巡視系統流程如圖3所示。

在三維場景中進行巡檢時本系統通過收集各種傳感器數據，如溫度、濕度、視頻、殼體變形等，同時聯動待巡檢設備周邊攝像頭、燈光進行視頻圖像采集，接收其他系統的設備運行狀態信息，巡檢完成后統一生成巡檢報告。在三維場景中可以進行巡檢任務的執行與歷史重現，與PMS（生產管理系統）對接后可以根據PMS中巡檢任務生成系統內相應巡檢任務（巡檢設備信息、巡檢工作內容、巡檢開始工作時間、巡檢人員、缺陷描述、缺陷時間、缺陷結果等），也可以上傳巡檢結果（巡視人員、巡視設備、巡視內容、巡檢結論、巡檢開始/結束時間等）。

圖2 現場巡視系統流程

圖3 自動巡視系統流程

3.2 工作遙視

在人員遠程遙控操作后，通過視頻監視、相關設備狀態數據收集、三維模擬的手段確認現場情況。加強作業現場的視頻監控（作業過程有錄像），記錄工作人員作業軌跡，遠程提取保護動作信息，減少了運行人員進入變電站現場檢查確認的次數，提升了事故異常分析效率，明顯降低了故障平均處理時間。工作遙視業務流程如圖4所示。

圖4 工作遙視業務流程

系統通過隔離網關實現向自動化系統的數據獲取，得到所需的開關操作、倒閘操作及保護動作等所需數據，根據事件發生位置聯動相應攝像頭，向用戶推送相關視屏監控畫面，并根據需要進行錄像保存，做到工作內容的全息記錄；如事件發生在夜晚，則需照明系統配合進行錄像工作。

同時，由系統接口獲取PMS中關于兩票（工作票、操作票）的詳細信息，根據安放在各通道處的讀卡器記錄工作人員的出入情況，并根據需要與視頻系統、照明系統進行聯動。

3.3 日常工作信息化

（1）計劃管理輔助

合理利用PMS計劃管理數據（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、操作票數據、值班日志、運行簿冊結合，完成變電站內人員工作內容的甄別，實現變電站內有工作人員進站后，遠程監控人員能夠甄別當前人員的工作內容，能夠遠程實時監控工作狀態。

（2）設備缺陷處理輔助

通過站內智能設備的自檢信息、告警信息和故障信息，自動生成設備缺陷信息，設備運行維護中發現的設備缺陷可人工輸入。可與PMS進行信息交互，合理利用PMS缺陷記錄數據，實現通過遠程視頻等手段完成缺陷的現場確認及正常運行后一段時間內的運行數據追蹤。

4 結束語

基于物聯網、三維可視化、云計算、空間地理信息技術，在已有的軟件系統的可行性研究和需求分析的基礎上，明確系統平臺需求、優化設計平臺架構及功能，構建互動化、全景化及信息化的智能變電站運行輔助管理系統，為智能變電站的研究奠定基礎。

1 樊陳，倪益民，竇仁輝.智能變電站過程層組網方案分析.電力系統自動化,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標準的500 kV三層結構數字化變電站建設.電力系統自動化,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 胡學浩.智能電網——未來電網的發展態勢.電網技術,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.智能電網熱點問題探討.電網技術,2009,33(18):9～16 Wang M J.Some highlights in relation to smart grid.Power System Technology,2009,33(18):9～16