基于UWB定位技術(shù)的變電站安全管控系統(tǒng)應用

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系統(tǒng)的可靠運行，對非法入侵人員進行有效識別，對進入變電站工作的人員進行有效定位，可以提升變電站安全管理水平。為實現(xiàn)人員身份及位置可知，本文提出利用UWB定位技術(shù)實現(xiàn)對人員位置信息的掌控，并利用定位標簽[1]卡和人臉識別技術(shù)對人員進行辨識。通過定位標簽卡和物的綁定，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、門上紅外對射等實現(xiàn)人員闖入報警，當人員通過開啟門鎖進入變電站時，遠方無法收到相應信號，特別是非允許人員進入變電站時，遠方不會有報警信息發(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行警示，未有有效措施實時掌握人員位置信息，人員進入非工作區(qū)域，不會向本人和遠方發(fā)出報警提示。

為改善變電站安全管控水平，現(xiàn)在有些項目探索在變電站現(xiàn)場設置安全布控球，通過該裝置可以對現(xiàn)場人員進行身份識別、行為識別并進行有效的安全提示，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、逾越進入危險區(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)控攝像頭與紅外線偵測等技術(shù)存在，但這些常規(guī)防護手段的共同特點是在事情發(fā)生時或發(fā)生后才會起到作用。鑒于此類情況的解決方式便是在人員進入危險區(qū)之前需要知道位置并在接觸到距離危險區(qū)一定距離時產(chǎn)生報警與通知相關(guān)管理人員進行遠程干預。因此，需要對人員在站內(nèi)位置進行實時的精確地定位。

2.2 定位技術(shù)

實時定位模塊是變電站安全管控系統(tǒng)的核心。該定位模塊有多個定位單元組成，每個單元由4 個定位基站組成。基站實時獲取區(qū)域內(nèi)定位標簽的距離，發(fā)送至定位服務器，由服務器進行計算標簽位置并發(fā)送至安全管控平臺服務器，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點的位置，并加以收集、統(tǒng)計進而實現(xiàn)實時定位、軌跡、區(qū)域管理等功能，具有定位精度高[3]，距離遠等特點，能夠較好的將人員、設備在站內(nèi)的運動實時軌跡及歷史軌跡展現(xiàn)出來。可多域級、跨區(qū)域漫游、多樓層定位，自適應的實現(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、設備安全管理工作。如圖1所示。

圖1：系統(tǒng)拓撲圖

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)可實現(xiàn)人員和物體實時位置查詢、歷史軌跡查詢、虛擬圍欄設置等功能。

（1）實時位置查詢：能夠?qū)崟r的通過定位單元（基站與標簽）對現(xiàn)場內(nèi)部的設備、人員進行精確定位，達到位置監(jiān)控，人員或設備分布等目的；

（2）歷史軌跡查詢：隨時可以根據(jù)不同權(quán)限對不同的管理目標進行歷史位置軌跡查詢，對考勤、責任劃分等情況有相當大幫助；

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

3 變電站安全管控系統(tǒng)應用

室內(nèi)定位應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)場就是對工作負責人（監(jiān)護人）、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)室進行中捷1Y41 開關(guān)小修預試的工作。

傳統(tǒng)安全管控措施有以下幾點：

（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)護制度、工作間斷、轉(zhuǎn)移、終結(jié)制度。

（2）技術(shù)措施：停電、驗電、接地、懸掛標示牌和裝設遮攔（圍欄）。

傳統(tǒng)安全管控措施有以下不足：

（1）工作時，不能及時知道現(xiàn)場監(jiān)護人員是否離開；

（2）工作時，不能及時掌控被監(jiān)護人員的作業(yè)范圍；

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

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

圖2：人員軌跡

圖3：電子圍欄

案例2：某日某運維班組長巡視某變電站時發(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，值班員表示當日巡視時未發(fā)現(xiàn)該主變有滲漏油情況。

傳統(tǒng)的運維管理模式為：

（1）檢查PMS 系統(tǒng)中當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入1 號主變室查看。

傳統(tǒng)的運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日記錄已經(jīng)維護，不能表示巡視人員是否巡視到位；

（2）由于主變室內(nèi)存在大型設備，往往攝像頭不能看到各個角落情況，有人進入容易被遮擋，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簽卡，然后將定位標簽卡發(fā)放巡視人員，可實時監(jiān)測巡視人員在變電站內(nèi)的巡視軌跡，主變室內(nèi)移動軌跡也一目了然，人員是否圍繞主變四周查看過也能知曉。可定性人員巡視質(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，保證設備缺陷能及時被發(fā)現(xiàn)，提高設備安全運行水平。

4 總結(jié)

隨著國網(wǎng)公司“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標的提出，除了變電站內(nèi)的電氣設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)時也能及時上傳報警，比如：監(jiān)護人員離開，作業(yè)人員離開工作區(qū)域，作業(yè)人員擅自移動圍欄、巡視人員巡視不到位等。從而實現(xiàn)變電站全方位的安全管控，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。