特高壓換流站智能運維系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

金鑫， 王吉靈， 吳非， 汪輝， 鄭大威

(1. 國網(wǎng)安徽省電力有限公司信息通信分公司， 安徽 合肥 230022；2. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院 新媒體研究院， 安徽 合肥 230088)

0 引言

特高壓換流站的設(shè)備數(shù)量較多，涉及到大量的日常運維工作，一旦設(shè)備發(fā)生狀況造成停電事故，會造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，給電網(wǎng)帶來較為嚴(yán)重的功率震蕩，甚至?xí)饏^(qū)域電網(wǎng)崩潰[1]。通信系統(tǒng)作為支撐電力通信網(wǎng)絡(luò)運維和業(yè)務(wù)管理的核心，其安全穩(wěn)定依賴各類通信設(shè)備及監(jiān)控設(shè)備的正常運行[2-3]。

普通的智能變電站在線監(jiān)測以三大類在線監(jiān)測系統(tǒng)為主，分別有油色譜、SF6在線監(jiān)測非電量和電氣絕緣在線監(jiān)測電氣量，各類系統(tǒng)均出自于不同廠家，每套監(jiān)控系統(tǒng)都有獨自的電腦主機(jī)[4-5]。其中大部分都在孤立運行，各自具有獨立的監(jiān)測界面，但需要更多的人力來監(jiān)控、分析以及處理各種類型設(shè)備的監(jiān)控參數(shù)。根據(jù)換流站的雙重監(jiān)視配置的要求，如果上述監(jiān)測系統(tǒng)沒有被合理集成，將至少需要6套系統(tǒng)和6臺主機(jī)才可以完成主要參數(shù)的監(jiān)控，這不能滿足集中式特高壓換流站智能監(jiān)控的要求。

隨著特高壓電網(wǎng)以及計算機(jī)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，對高壓設(shè)備實施在線狀態(tài)監(jiān)測及檢修是未來電力通信系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，不僅可以提升管理及維修的水平，而且?guī)砻黠@經(jīng)濟(jì)效益的同時，為高壓設(shè)備運行的安全性和穩(wěn)定性提供了強(qiáng)力的技術(shù)支持[6]。近年來，在線監(jiān)測系統(tǒng)在一些變電站推廣應(yīng)用，并取得了一定的成效，然而，由于各系統(tǒng)的獨立性，沒有統(tǒng)一的通信協(xié)議，缺乏統(tǒng)一的支撐平臺以及有效的數(shù)據(jù)挖掘機(jī)制，對各種系統(tǒng)的監(jiān)控信息無法綜合匯總分析，形成數(shù)據(jù)服務(wù)可供其他系統(tǒng)使用，造成了大量資源浪費，而且也增加了現(xiàn)場操作和維護(hù)工作的難度[7]。

目前，在通信設(shè)備運維方面主要依靠動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)、各類網(wǎng)管軟件、通信管理系統(tǒng)以及人工現(xiàn)場巡視等方法，設(shè)備運維的實時、直觀、高效方面需要進(jìn)一步提升。為此，文中設(shè)計一個特高壓換流站智能運維管理系統(tǒng)。

1 智能運維系統(tǒng)設(shè)計思想

目前±1 100 kV特高壓古泉換流站通信運維智能化應(yīng)用主要使用TMS系統(tǒng)設(shè)備信息的管理和動環(huán)監(jiān)測系統(tǒng)對通信系統(tǒng)的動力環(huán)境監(jiān)測，需要進(jìn)行集成開發(fā)，建設(shè)統(tǒng)一的智能運營管理平臺。

(1) 智能化運維管理：將目前的機(jī)房建設(shè)結(jié)構(gòu)信息、設(shè)備硬件信息、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模，實現(xiàn)三維可視化展現(xiàn)，在國網(wǎng)安徽省電力有限公司本部運營監(jiān)控中心實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)的聲、光預(yù)警、報警。

(2) 遠(yuǎn)程指導(dǎo)：通過音視頻及AR技術(shù)，實現(xiàn)專家對通信系統(tǒng)現(xiàn)場作業(yè)的遠(yuǎn)程在線指導(dǎo)工作，未來該技術(shù)在全省各個基站充分利用的情況下，減少專家差旅行程，提高應(yīng)急故障處理時間，提升專家工作效率。

(3) 虛擬現(xiàn)實應(yīng)用：通過VR技術(shù)應(yīng)用，解決通信系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)、設(shè)備應(yīng)用布置完全依賴圖紙的現(xiàn)狀，通過沉浸式交互體驗，可對通信系統(tǒng)目前基建各項參數(shù)進(jìn)行直觀了解，對通信系統(tǒng)的改造建設(shè)提供有效的直接的數(shù)據(jù)。

(4) AR巡檢輔助：在通信系統(tǒng)巡檢過程中，通過AR技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備的識別及數(shù)據(jù)的同步傳輸，幫助作業(yè)人員快速獲取檢修設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù)和運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

(5) 雙控門禁：目前的門禁系統(tǒng)無法滿足國網(wǎng)安徽電力有限公司本部運維管理中心對±1 100 kV特高壓古泉換流站通信運維智能化應(yīng)用巡檢維護(hù)的出入進(jìn)行有效管控，需要升級改造成雙控門禁，現(xiàn)場一次授權(quán)，運維管理中心二次授權(quán)，兩次授權(quán)成功后方可進(jìn)入。

2 特高壓換流站智能運維系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)整體框架

完成通信運維三維可視化系統(tǒng)、AR/VR虛擬場景應(yīng)用、現(xiàn)場作業(yè)遠(yuǎn)程指導(dǎo)模塊、通信系統(tǒng)雙控門禁模塊等設(shè)計內(nèi)容，如圖1所示。

圖1 一體化智能運維系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

通信運維智能化應(yīng)用由運維管理大屏、管理后臺組成、VR應(yīng)用、AR應(yīng)用、雙控門禁以及由數(shù)據(jù)集成構(gòu)成的業(yè)務(wù)底層構(gòu)成。

運維管理大屏在可視化界面直觀對信息分析及數(shù)據(jù)瀏覽，系統(tǒng)也通過運維管理大屏實現(xiàn)對值守人員的預(yù)警、報警，運維值守人員可在管理后臺實現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)的管理、處理等操作，管理后臺主要實現(xiàn)角色、站點、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、事件日志、指揮調(diào)度等在線管理業(yè)務(wù)。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計架構(gòu)

1 100 kV特高壓古泉換流站通信運維智能化應(yīng)用將支撐網(wǎng)數(shù)據(jù)(TMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)、動環(huán)監(jiān)控數(shù)據(jù))、3D建模數(shù)據(jù)(基建設(shè)計數(shù)據(jù)、設(shè)備部署參數(shù)數(shù)據(jù))融合為一體，以滿足智能化運維需求。具體架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)

2.3 三維可視化數(shù)據(jù)流程

通信運維智能化是本設(shè)計的核心功能，主要實現(xiàn)對±1 100 kV特高壓古泉換流站通信系統(tǒng)的設(shè)備硬件進(jìn)行可視化、智能化運營管理，系統(tǒng)通過TMS集成接口獲取通信設(shè)備數(shù)據(jù)，通過動環(huán)監(jiān)測集成接口獲取環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)，依據(jù)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)、設(shè)備部署等參數(shù)進(jìn)行3D建模，這三部分?jǐn)?shù)據(jù)分別在VR、AR、運營大屏不同業(yè)務(wù)場景中進(jìn)行交互反映。其具體流程圖，如圖3所示。

圖3 三維可視化數(shù)據(jù)流程圖

2.4 雙門禁系統(tǒng)改造

對現(xiàn)有的門禁系統(tǒng)授權(quán)進(jìn)入數(shù)據(jù)節(jié)點進(jìn)行改造，增加向通信智能化應(yīng)用授權(quán)請求節(jié)點，授權(quán)公司成功完成授權(quán)，作業(yè)人員刷卡可進(jìn)入通信系統(tǒng)。若授權(quán)公司拒絕授權(quán)，作業(yè)人員則無法進(jìn)入通信系統(tǒng)。無論授權(quán)是否成功，系統(tǒng)都會記錄授權(quán)日志，以滿足系統(tǒng)管理過程中的日志查詢需要。改造后的拓?fù)鋱D，如圖4所示。

圖4 雙門禁系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.5 一體化智能運維系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

基于Java開發(fā)、MySQL數(shù)據(jù)庫軟件以及應(yīng)用服務(wù)器，實現(xiàn)了特高壓換流站一體化智能運維系統(tǒng)的設(shè)計，具體實現(xiàn)功能如下。

(1) 系統(tǒng)管理。開發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)參數(shù)配置、角色管理、日志管理、通知管理、任務(wù)管理等功能；

(2) 三維可視化。開發(fā)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析與可視化展示等功能；

(3) 全景建模。開發(fā)三維機(jī)房VR建模、實時信息瀏覽、沉浸式在線漫游、設(shè)備信息觀察；

(4) AR巡檢。開發(fā)沉浸式體驗、三維場景漫游、事故演練仿真、設(shè)備拆分組裝等功能。

(5) 遠(yuǎn)程指導(dǎo)。開發(fā)位置定位、數(shù)據(jù)處理顯示、點位跟蹤等功能；

(6) 雙控門禁。開發(fā)進(jìn)出請求管理、進(jìn)出請求授權(quán)、進(jìn)出請求維運提示等功能。

3 總結(jié)

±1 100 kV特高壓古泉換流站通信運維智能化應(yīng)用充分利用“大云物移智”等泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的前沿核心技術(shù)，通過對現(xiàn)有的TMS系統(tǒng)以及動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成開發(fā)，實現(xiàn)通信系統(tǒng)三維可視化、VR虛擬現(xiàn)實場景應(yīng)用、AR增強(qiáng)場景應(yīng)用、遠(yuǎn)程指導(dǎo)場景應(yīng)用、雙控門禁應(yīng)用，通過三維建模與生產(chǎn)數(shù)據(jù)相融合，實現(xiàn)通信系統(tǒng)在運維管理方面的視覺可視化，提升通信系統(tǒng)運維管理水平和效率。