基于三維可視化的變電站運檢技術(shù)研究及應(yīng)用

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以一種基于三維可視化的變電站運檢技術(shù)在的實際應(yīng)用中，通過將變電站進行全站精細(xì)化建模，建設(shè)一個與真實變電站完全一樣的虛擬變電站，并將變電站數(shù)據(jù)采用多種可視化方式在三維模型上動態(tài)展示，著力解決目前變電站監(jiān)控系統(tǒng)不夠直觀、難以把握重要數(shù)據(jù)的問題。此外，通過Web瀏覽方式，實現(xiàn)遠(yuǎn)程巡視，大大減輕了運維人員巡視壓力。

一、電站三維建設(shè)方案

變電站三維模型的制作，一般有以下幾個步驟：對變電站進行激光掃描，生成點云數(shù)據(jù)；部分裝置使用高清相機、無人機進行圖像采集；使用三維建模工具制作模型；使用Unity3D工具制作動畫；嵌入監(jiān)控系統(tǒng)后臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。而在此次三維監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)過程中，為了得到更加精細(xì)的模型、更好的展示體驗，采取了一些特殊的方案，主要有：采取精細(xì)化建模方式。設(shè)備建模精確到最小檢修單元，如開關(guān)柜建模，精確到開關(guān)柜艙室、面板指示燈狀態(tài)；GIS組合電器建模，精確到氣室；單體采集裝置，均獨立建模。通過這種精細(xì)化建模，能夠?qū)崿F(xiàn)三維模型與運檢作業(yè)相關(guān)聯(lián)。

（一）三維模型關(guān)聯(lián)變電站視頻監(jiān)控攝像頭

通過增設(shè)固定點巡檢攝像頭，已實現(xiàn)全站無死角監(jiān)控。站端增設(shè)視頻分析服務(wù)器，對實時視頻進行圖像分析、視頻動態(tài)分析。視頻分析服務(wù)器會把分析的結(jié)果圖像，連同攝像頭ID，云臺參數(shù)、聚焦距離等參數(shù)一并傳給三維系統(tǒng)，經(jīng)過運算，能夠在三維模型上相應(yīng)坐標(biāo)上顯示分析的圖像、視頻，并高亮顯示。

（二）細(xì)化模型信息管理

使用多重關(guān)系模型，對模型進行關(guān)系樹梳理，包括地理關(guān)系模型、子系統(tǒng)關(guān)系模型、電壓等級關(guān)系模型等。巡視時，用戶可以根據(jù)不同的分類條件，分別檢視不同類型下的設(shè)備及數(shù)據(jù)。

二、三維展示的優(yōu)勢

目前的變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)，主要采用光字牌、遙測曲線、組態(tài)接線圖等方式展示變電站數(shù)據(jù)。而隨著變電站裝設(shè)的傳感設(shè)備越來越多，數(shù)據(jù)量倍數(shù)增長，難免出現(xiàn)“一個界面堆疊太多數(shù)據(jù)”“一旦數(shù)據(jù)變化，檢視人員眼花繚亂”“無法體現(xiàn)數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)”的情況。而三維變電站模型，能夠解決現(xiàn)在展示方案的痛點。

1.利用三維模型能做到故障點實際位置定位，能指導(dǎo)檢修人員精準(zhǔn)檢修。

2.三維變電站模型是以空間為信息載體，符合大多數(shù)人的認(rèn)知習(xí)慣。

3.三維模型中能夠提供豐富的展示效果，包括閃爍動畫、熱點圖、粒子效果、疊加圖片視頻等，能夠更加直觀地使運維人員注意到重點數(shù)據(jù)。因此，在顧家變電站改造項目中，選取建設(shè)三維變電站模型的方案，升級現(xiàn)有的變電站監(jiān)控系統(tǒng)。

三、三維巡視方案

在三維監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中，深化三維模型與運檢業(yè)務(wù)的聯(lián)系，使運檢人員能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程巡視、精準(zhǔn)檢修。三維監(jiān)控系統(tǒng)采用BS架構(gòu)，使用Web方式，可以遠(yuǎn)程加載站端的三維模型，獲取站端實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對變電站的遠(yuǎn)程巡視。在此次遠(yuǎn)程三維巡檢方案中，所能覆蓋的巡視點包括：

（一）在線監(jiān)測實時數(shù)據(jù)

變電站裝設(shè)的在線監(jiān)測設(shè)備，包括：GIS局放、開關(guān)柜局放、開關(guān)柜測溫、變壓器油色譜、機構(gòu)機械特性等，主要通過采集局部放電、溫度、變壓器油中氣體含量、機構(gòu)動作曲線等數(shù)據(jù)，檢測一次設(shè)備的狀態(tài)。在線監(jiān)測設(shè)備將數(shù)據(jù)傳送給三維監(jiān)控系統(tǒng)。三維系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)據(jù)的類型，選擇不同的展示方式，如：溫度采用熱力圖方式，局部放電采用閃絡(luò)動畫，裝置告警采用裝置模型整體閃爍等。

（二）輔助監(jiān)控實時數(shù)據(jù)

變電站安裝的輔助監(jiān)控傳感器主要包括：溫濕度傳感器、SF6氣體濃度、水浸傳感器、風(fēng)速傳感器、門禁傳感器、紅外雙鑒傳感器、燈管控制器等。輔控主機把輔控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳送給三維系統(tǒng)。三維系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)備id及測點id，獲取對應(yīng)的設(shè)備與關(guān)聯(lián)測點，調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備動畫效果來展示相應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)。

（三）軌道機器人巡檢結(jié)果

機器人巡檢系統(tǒng)已設(shè)定巡檢任務(wù)，每天執(zhí)行3次，按時讀取各開關(guān)柜、GIS電器、保護裝置的運行狀態(tài)，并將結(jié)果推送給三維監(jiān)控系統(tǒng)。三維系統(tǒng)解析巡視結(jié)果，解析出每個指示燈、壓板、開關(guān)位置、表記讀數(shù)，調(diào)用三維模型動畫接口，把異常數(shù)據(jù)用閃爍動畫的方式展示出來，使巡視結(jié)果一目了然。

（四）視頻分析的結(jié)果

變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)開啟圖像、視頻分析功能，分析包括表記讀數(shù)、異物識別、人員闖入、未戴安全帽、工作違章、小動物識別、車輛、煙火、裝置漏油等。若現(xiàn)場有異常情況觸發(fā)了視頻識別告警，視頻系統(tǒng)會抓取告警圖片，并連同觸發(fā)告警的相機ID、云臺參數(shù)傳送至三維系統(tǒng)。三維系統(tǒng)計算云臺參數(shù)，獲取事件發(fā)生的真實坐標(biāo)，在三維模型對應(yīng)的坐標(biāo)上以閃爍圖片或視頻的方式展示出來。

四、結(jié)束語

綜上所述，傳統(tǒng)的變電站巡視，需要變電站運維人員對所轄范圍內(nèi)的眾多變電站進行逐一的巡視與數(shù)據(jù)收集，工作量繁重，且效率低下。而近年來，隨著各種信息采集傳感器、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳技術(shù)的發(fā)展，運維人員已經(jīng)可以遠(yuǎn)程檢視變電站的基本數(shù)據(jù)、圖像，能夠大大減輕巡視人員跑現(xiàn)場的壓力。而隨著計算機技術(shù)發(fā)展，各種數(shù)據(jù)可視化手段不斷被開發(fā)出來，利用現(xiàn)在先進的可視化展示手段，升級變電站監(jiān)控系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)的利用率，是很有必要的。