方潤 王奕 溫晉玲

（1.上海欣能信息科技發(fā)展有限公司 2.國網(wǎng)上海市電力公司）

基于三維電網(wǎng)模型的運檢管控應用

方潤1王奕2溫晉玲1

（1.上海欣能信息科技發(fā)展有限公司 2.國網(wǎng)上海市電力公司）

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，社會用電需求迅速增長，電網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量和規(guī)模變得越來越龐大。借助先進的計算機技術(shù)，對電網(wǎng)設(shè)備進行可視化管理成為一種趨勢。本文介紹了電網(wǎng)運檢管理的發(fā)展現(xiàn)狀，對電網(wǎng)的主要設(shè)備進行了三維建模，并詳細描述了電網(wǎng)三維模型在電網(wǎng)管控中的應用實例，最后對基于三維模型的運檢管控系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀進行了總結(jié)與展望。

三維電網(wǎng)模型；運檢管理；智能運檢

0 引言

近年來，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心、以德國“工業(yè)4.0”和美國“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”為代表的新一輪科技變革正在深刻影響傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國于2015年7月提出包含智慧能源在內(nèi)的11項“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，并將行動計劃上升至國家戰(zhàn)略層面。國家電網(wǎng)公司順應潮流，從2015年下半年起大力推進 “互聯(lián)網(wǎng)+”與運維檢修等公司核心業(yè)務深度融合，大力提倡并發(fā)展智能運檢的理念，通過基于三維技術(shù)的智能管控平臺對智能運檢業(yè)務的開展付諸實踐活動。

1 運檢管理發(fā)展現(xiàn)狀

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電網(wǎng)設(shè)備數(shù)量與電網(wǎng)檢修人員數(shù)量的配置比在逐步擴大，電網(wǎng)規(guī)模增長與運檢人員配置的矛盾日益突出；特高壓骨干網(wǎng)的快速發(fā)展，“強直弱交”的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)給安全運行帶來巨大壓力。輸電線路跨越高速鐵路、高速公路、重要線路等事關(guān)公共安全和電網(wǎng)安全大計，在特高壓長距離輸電通道沿途，雷電、覆冰、大風、山火、泥石流等自然災害和外力破壞引發(fā)大面積停電的風險因素將長期存在；設(shè)備狀態(tài)感知仍以停電檢修、離線試驗為主；在線監(jiān)測、帶電檢測、機器人、無人機等先進手段及數(shù)據(jù)利用率不高。

針對這些現(xiàn)狀，積極探索智能運檢技術(shù)，提升人員素質(zhì)，提高技術(shù)水平，抓住“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代機遇，是電網(wǎng)運檢專業(yè)發(fā)展的必由之路。將三維技術(shù)、虛擬現(xiàn)實及計算機信息集成技術(shù)應用到電網(wǎng)運檢業(yè)務中，對電網(wǎng)設(shè)備，包括變電站、輸電走廊及地下電纜管網(wǎng)等進行三維掃描建模；通過集成現(xiàn)有的生產(chǎn)管理系統(tǒng)、調(diào)度管理系統(tǒng)、運維監(jiān)控系統(tǒng)，并且引進氣象數(shù)值，接入雷、冰、風、火等專業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)環(huán)境預警數(shù)據(jù)、立體巡檢數(shù)據(jù)、不停電檢測數(shù)據(jù)、設(shè)備評價大數(shù)據(jù)的深度融合分析；提高運檢效益，保障電網(wǎng)設(shè)備安全運行成為了運檢業(yè)務的主流發(fā)展方向。

2 三維電網(wǎng)模型技術(shù)

2.1 電網(wǎng)設(shè)備建模需求

電網(wǎng)系統(tǒng)主要由輸電設(shè)備、變電設(shè)備及配電設(shè)備組成，輸變配為一個不可分割的整體。針對電網(wǎng)系統(tǒng)的建模，首先覆蓋范圍要全面，不僅要覆蓋輸變配三大類電網(wǎng)設(shè)備，而且也要覆蓋到電網(wǎng)設(shè)備的通道環(huán)境。其次設(shè)備的建模需要有針對性，三大類設(shè)備及其通道有其共有的相同屬性，也分別有個性化的建模需求，在建模時需要分別進行考慮。

基于三維技術(shù)的電網(wǎng)建模需要考慮如下共性的基本需求。首先要具備設(shè)備的可視化展示功能，包括變電站及站內(nèi)設(shè)備、輸電走廊、地下管線等電網(wǎng)設(shè)備；要具備設(shè)備的全景展示功能，對電網(wǎng)構(gòu)架、潮流進行實時展示；要具備電網(wǎng)檢測預警信息展示功能，實時展示設(shè)備運行狀態(tài)的預警信息。其次要對通道進行可視化展示，主要是輸電通道和電纜通道，能夠展示通道圖像/視頻、隧道井蓋監(jiān)控、隧道環(huán)境監(jiān)測、振動、防火監(jiān)測、通道形變、海纜通道、通道內(nèi)氧氣含量、有毒氣體含量、照明、水位等環(huán)境監(jiān)控等信息，同時具備信息的三維GIS同步展示功能。

2.2 變電站內(nèi)部建模

目前，現(xiàn)有的電力生產(chǎn)管理系統(tǒng)對變電站設(shè)備管理停留在基于GIS的平面圖形管理層面，只能通過平面圖形方式對電站及站內(nèi)設(shè)備進行圖形繪制與展示，能夠顯示設(shè)備之間的邏輯路由關(guān)系，但是不能展示設(shè)備物理布局情況。對電站的實時監(jiān)控，則以攝像機監(jiān)視為主，一方面清晰度不高，不能對站內(nèi)所有設(shè)備細節(jié)進行呈現(xiàn)，另一方面對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的依賴度過高[1]。

隨著三維技術(shù)的發(fā)展，應用三維技術(shù)對變電站及內(nèi)部設(shè)備進行建模成為了可能。通過三維技術(shù)對電站及站內(nèi)設(shè)備進行建模，將電站及站內(nèi)設(shè)備的邏輯拓撲關(guān)系信息、站內(nèi)設(shè)備的基本技術(shù)參數(shù)信息、站內(nèi)設(shè)備運行參數(shù)、地理空間信息、周邊自然環(huán)境信息、站內(nèi)設(shè)備基本參數(shù)進行了集成。針對具體的電站及設(shè)備，能夠查看其設(shè)備臺帳信息、設(shè)備照片信息、設(shè)備缺陷記錄、巡視檢修記錄及設(shè)備的實時運行狀態(tài)。采用三維效果展示電站及站內(nèi)設(shè)備的外貌及設(shè)備布置情況。變電站之間及站內(nèi)設(shè)備間采用箭頭流動方式對電流的潮流及投運情況進行展示。在客戶端采用緩存技術(shù)，提高三維圖形瀏覽的速度。對于運檢人員來說，通過一套系統(tǒng)即可全方位地實現(xiàn)設(shè)備的管理與管控，提高了設(shè)備操作管理與設(shè)備分析控制的效率。

2.3 輸電走廊

電力架空線路是目前普遍使用的輸電線路之一。輸電線路具有十分明顯的地理特征，如輸電線路的縱向、跨度、經(jīng)過地區(qū)的自然狀況（地形、地貌、地質(zhì)、氣候條件等）、線路跨越區(qū)情況等。總體來講，架空輸電線路的特點是呈帶狀分布[2]，沿線有樹木、建筑物等設(shè)備，這些樹木、建筑物對線路的安全運行來說是極大的隱患。目前線路的巡視、監(jiān)控等還停留在以人工作業(yè)為主，監(jiān)控系統(tǒng)為輔的階段，作業(yè)效率低下，作業(yè)成本很高。通過人工對線路進行維護已經(jīng)是一件不易的事情，對建筑物、樹木數(shù)據(jù)采集測量與管理更是非常困難。因此對輸電線路及周邊樹木、建筑物進行三維管控也是近年來一個熱點話題。

基于此，以GIS為基礎(chǔ)平臺，結(jié)合三維技術(shù)及可視化技術(shù)，對架空走廊進行三維建模，將架空線路及其設(shè)備、沿途建筑物及樹木的基礎(chǔ)信息與空間信息相結(jié)合，實現(xiàn)了架空輸電走廊的三維信息管理與監(jiān)控。通過該三維模型，能夠瀏覽輸電線路的真實走向，能夠?qū)€路設(shè)備的運行情況、沿途樹木等進行監(jiān)控。通過閾值設(shè)定，當運行數(shù)據(jù)或者樹木生長情況異?；蛘邔€路運行有影響時，能夠提醒線路運行人員及時進行線路巡視、檢修及隱患排查。對架空走廊的地理信息、空間信息及其他技術(shù)參數(shù)進行集成管理與展示，實現(xiàn)輸電走廊的科學的信息化管理，為線路的安全運行提供了強有力的技術(shù)支撐。

2.4 地下管網(wǎng)

隨著城市現(xiàn)代化進程的推進，城市電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施逐步從地上轉(zhuǎn)入地下進行建設(shè)，從以往以架空線路為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐缘叵码娎|線路為主。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大，地下電纜線路的數(shù)量逐年增加，結(jié)構(gòu)也愈加復雜。且因其自身的特殊性，導致管理者對地下管線設(shè)備的進行空間排列與分布問題時困難重重[3]。提高管線運維管理技術(shù)手段，提升地下管線信息化水平，實現(xiàn)對地下管線的可視化管理成了一個必然的需求和發(fā)展趨勢。

通過對地下電纜、電纜段、電纜接頭、電纜溝、管道、工井等地下設(shè)備進行三維建模，借助先進的傳感器技術(shù)，實現(xiàn)對地下管線網(wǎng)絡的實時監(jiān)控與管理。通過與GIS結(jié)合，與現(xiàn)有電纜資源管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)地下管線系統(tǒng)空間信息與基礎(chǔ)信息的集成展示。通過批量導入三維測點數(shù)據(jù)的方式，結(jié)合必要的人工補充，能夠精確定位地下設(shè)備的地理位置。同時，通過對地下管道的建模及必要的信息維護，能夠直觀地展示該管道中的線路信息。電纜設(shè)備主人可以直觀監(jiān)控電纜的運行狀態(tài)，并且可以快速調(diào)取相關(guān)的信息，極大提高了地下管線的管理水平。

3 三維模型在電網(wǎng)管控中的應用

基于三維電網(wǎng)設(shè)備模型的智能管控平臺的建立，一方面提高了電網(wǎng)設(shè)備的可視化管理水平，另一方面通過與其他現(xiàn)有系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)集成與數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)了各專業(yè)系統(tǒng)的互聯(lián)互通及數(shù)據(jù)融合應用，促進運檢工作信息化、智能化，提高運檢工作效率，提升駕馭現(xiàn)代化大電網(wǎng)的能力。該智能管控平臺，通過大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)評價、風險預警、故障研判等運行狀態(tài)管控功能。

下面將介紹基于三維模型的智能管控平臺的四種典型應用場景。

3.1 電網(wǎng)運行狀態(tài)及預警信息的直觀展示

基于三維技術(shù)的智能運檢管控平臺能夠以三維方式展示電網(wǎng)的設(shè)備及電網(wǎng)運行狀態(tài)，以動態(tài)箭頭方式直觀展示電網(wǎng)潮流方向。對于基層作業(yè)人員，可以通過系統(tǒng)實時監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，保證設(shè)備的正常運行。

智能管控平臺能夠提供主要電網(wǎng)設(shè)備的預警信息。通過設(shè)置報警條件及報警閾值，當設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化時，能夠通過語音及彈出列表的方式提示并通知設(shè)備業(yè)主。設(shè)備業(yè)主收到預警信息后，通過管控平臺調(diào)取相應的詳細信息及報警原因，結(jié)合自身的實踐經(jīng)驗，采取相應的處理。目前智能管控平臺提供的預警信息主要有以下幾類：輸電狀態(tài)監(jiān)測信息；電纜狀態(tài)監(jiān)測信息；變電狀態(tài)監(jiān)測信息；電網(wǎng)氣象實況監(jiān)測信息；電網(wǎng)覆冰、山火、舞動、大風、雷電等監(jiān)測及預警信息。

對于電網(wǎng)管理人員，基于三維的智能管控平臺能夠提供全網(wǎng)信息統(tǒng)計，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)設(shè)備臺帳、運行狀態(tài)（運行、冷備用、熱備用、檢修）、狀態(tài)評價（正常、注意、異常、嚴重）、設(shè)備故障、缺陷等信息進行多維度統(tǒng)計；管控平臺可以展示電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)架歷史變化情況。按時間軸在電子地圖、電氣主接線圖上展示不同歷史時期的電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)架，為運檢管理人員制定檢修計劃及電網(wǎng)規(guī)劃提供了決策依據(jù)。

3.2 現(xiàn)場作業(yè)預判分析

電網(wǎng)的可靠運行事關(guān)所有用電的千家萬戶，但是隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大，電網(wǎng)設(shè)備的正常檢修及故障處理還是無法徹底避免。電網(wǎng)設(shè)備的現(xiàn)場作業(yè)，首先要考慮的就是人員的安全問題。為了保障現(xiàn)場作業(yè)人員的人身安全，除了按照標準的作業(yè)規(guī)范進行作業(yè)外，如果能夠進行可視化操作，那么安全系數(shù)就會大大提高。基于三維技術(shù)的智能管控系統(tǒng)正好滿足了此項需求。

三維立體設(shè)備建模，能夠完全模擬設(shè)備的結(jié)構(gòu)及運行狀態(tài)，能夠按照設(shè)備構(gòu)造分部件調(diào)試設(shè)備的運行情況。在現(xiàn)場作業(yè)前，作業(yè)人員可以通過系統(tǒng)瀏覽查看設(shè)備的構(gòu)造及檢修部位相關(guān)信息，制定合適的作業(yè)指導書。在現(xiàn)場作業(yè)過程中，通過設(shè)備三維圖示的輔助信息，能夠快速、高效地完成設(shè)備的檢修作業(yè)。設(shè)備檢修結(jié)果后，填寫檢修的詳細過程及檢修結(jié)果，為下一次的設(shè)備檢修提供參考信息。

3.3 故障定位分析及修復

當電網(wǎng)發(fā)生故障時，首先是對用戶的正常用電造成影響而引起用戶報修。電力維修人員收到故障報修后，迅速判斷故障地點并隔離故障區(qū)域，及時轉(zhuǎn)移負荷，恢復供電，是電網(wǎng)正常運行最重要的功能之一。它對保證用戶供電可靠性、提高供電質(zhì)量具有重要意義。

基于三維技術(shù)的智能管控平臺，建立了基于GIS的電網(wǎng)絡模型，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)電網(wǎng)的網(wǎng)絡分析功能，主要有：電源點追溯、供電/停電范圍分析、緩沖區(qū)分析以及刀閘模擬操作等。為以后進行故障定位分析和搶修流程管理提供了良好的基礎(chǔ)。

當電網(wǎng)故障發(fā)生時，通過網(wǎng)絡分析功能快速進行故障點定位，并通過模擬操作確定影響范圍。通過分析備品備件儲備情況、搶修裝備配置、搶修人員與應急車輛情況，結(jié)合應急預案庫，針對故障類型、故障情況、故障點分布、交通狀況、天氣情況等提出搶修內(nèi)容、搶修方式、搶修資源需求、最優(yōu)搶修路徑等的建議。然后分配搶修班組進行作業(yè)派發(fā)，完成搶修任務。在搶修過程中，可以對搶修車輛、搶修人員進行實時定位。搶修完成后，及時更新?lián)屝迒蔚男畔⒉⑼秸故局翀D形頁面。

3.4 其他應用

除此之外，基于三維技術(shù)的運檢管控平臺可以快速直觀地了解高壓輸電線路的走向情況。輸電線路距離長，通道的地理環(huán)境復雜，通過該系統(tǒng)打破了線路巡視人員的視野局限，能夠?qū)旊娋€路、電網(wǎng)建設(shè)區(qū)域進行航行瀏覽，自定義巡視路線，把握輸電區(qū)域的總體情況，大幅度減少了運行人員戶外巡視的作業(yè)量。

管控系統(tǒng)實現(xiàn)二/三維地理信息、輸變電設(shè)備精細化三維模型、高清視頻監(jiān)控、無人機和機器人巡視畫面等的無縫融合，能夠真實展現(xiàn)現(xiàn)場場景，便于查看設(shè)備細節(jié)及周邊環(huán)境。

基于三維技術(shù)的智能運檢管控平臺集成了輸、變電力設(shè)備的監(jiān)控、自動化信息，將監(jiān)控、自動化等信息在平臺上集中展示將這些分散的信息有機地組織在一起。當有自然災害發(fā)生時，在應急指揮過程中，指揮人員能夠了解、查看各方面的信息，方便了應急指揮領(lǐng)導小組對信息的查閱和使用，便于決策。

4 結(jié)束語

目前基于三維技術(shù)的電網(wǎng)運檢智能化分析管控系統(tǒng)已成功上線，系統(tǒng)實現(xiàn)了二維、三維GIS的深度融合應用，引進氣象數(shù)值預報，融合接入雷、冰、風、火等專業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實現(xiàn)分層預警；系統(tǒng)實現(xiàn)了運檢工作“看得見、摸得著、管得透”，有效降低了設(shè)備風險，保障了人身安全，大幅提升了設(shè)備運行水平，保障了安全、可靠供電，具有深遠的社會效益。

[1] 胡常勝，黃昊，黃曉婧，等． 基于WebGIS的三維全景變電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應用[J]．科技創(chuàng)新導報，2016，11（3）：6-7．

[2] 殷萬玲，胡慶武．基于SMART的三維電網(wǎng)走廊高程平滑方法[J]． 南方電網(wǎng)技術(shù)， 2013，7（6）：118-121．

[3] 陳曉．基于三維 BC： 地下電力管線管理系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)研究[J]． 自動化與儀器儀表，2017（3）：69-73．