220kV升压站可视化巡检系统应用与研究

中电大丰风力发电有限公司 杨成虎 曹少春 卞 俊

随着电力系统的发展，升压站数量越来越多，升压站内设备种类也越来越多。变电站巡检是一项日常工作，主要目的是保证设备的运行安全，防止设备事故发生。现有的巡检方式存在巡检不到位、巡检人员工作效率低等问题，已不能满足变电站的发展要求。基于GIS 和GPS 技术的可视化巡检系统能够实现变电站内设备巡视和故障定位，以数字化方式对变电站运行状态进行实时监测，通过提高巡检人员工作效率，解决巡视人员工作强度大、工作环境差等问题，实现变电站故障提前预判、预警。本文主要介绍了一种220kV 升压站可视化巡检系统的应用与研究[1]。

1 变电站可视化巡检系统总体设计

随着我国电力系统的发展，电力设备数量迅速增长，如何保证电力设备的安全稳定运行是电力部门亟须解决的问题。当前在国内，传统变电站的巡检方式不仅存在工作量大、效率低、人员紧张、安全隐患等问题，而且对巡检人员的专业技能要求较高，存在一定程度上的人力资源浪费。在智能电网技术创新与开发背景下，基于智能终端和物联网技术的变电站可视化巡检系统应运而生。通过将GIS系统与智能终端、无线传输等物联网技术相结合，实现了对变电站内设备的实时监控与管理，提高了变电站巡检工作效率和巡检人员专业技能水平，有效降低了变电站运行维护成本。

1.1 需求分析

传统的变电站巡检方式主要是人工操作，人工记录，巡检人员不能及时掌握设备状态变化情况，如此不仅会造成数据记录的滞后性，还会导致变电站运行过程中出现一些人为因素，如人为操作失误等情况，进而造成设备故障。另外，人工记录巡检数据的方式还会造成巡检不到位的现象，存在一定程度上的安全隐患。为有效解决上述问题，电力企业要基于GIS 系统和智能终端技术的变电站可视化巡检系统方案，通过对GIS 系统功能模块的二次开发，实现对变电站设备信息的录入、查询、修改和删除等操作，对变电站设备进行可视化管理，同时结合智能终端设备，将巡检数据实时上传到服务器上，便于管理人员及时掌握设备状态变化情况[2]。

1.2 系统总体设计

系统基于GIS 和GPS 技术，采用B/S 模式。变电站可视化巡查系统主要由GIS 管理平台、巡检管理平台和移动端App 三部分组成。GIS 管理平台通过GIS 软件实现了对变电站的信息管理、视频监控以及应急预案等功能；巡检管理平台通过智能巡检App 实现了对巡检人员的智能派工、设备实时监控以及故障预警等功能；移动端App 则采用B/S模式，通过手机客户端软件实现了对设备的可视化巡检以及故障预警等功能。系统具有以下特点：一是通过GIS 实现设备信息管理。二是采用B/S 模式，移动端App 通过服务器端配置下发数据，无须客户端支持。三是设备故障预警功能。

1.3 系统运行原理

在系统中，每一个巡检工作人员都有一个唯一的身份识别码，并且在系统中有一个唯一的身份识别码与巡检任务相对应，当巡检任务执行时，系统自动扫描设备上的RFID 电子标签，并将扫描到的信息通过网络实时上传至监控中心。当巡检人员的巡检工作结束后，系统自动将巡检结果与电子标签信息进行对比，并将巡检结果通过无线网络传至监控中心。监控中心可根据管理需要设置巡检点和巡检路线等信息，并对各巡检工作人员的工作情况进行记录。系统还可根据设定的条件自动判断巡检人员是否到岗，并发出预警通知。

2 变电站可视化巡检系统应用

2.1 系统概述

变电站巡检工作是变电站运维工作的重要组成部分，传统的变电站巡检方式是通过人工巡检，通过记录设备的巡检数据来分析设备出现故障的原因和及时对设备进行维护，但存在较多缺点：一是人力成本高、效率低、安全性差；二是现场环境复杂、巡检过程无法实时监控；三是数据记录不完整、不准确，无法及时进行分析和处理；四是人工记录数据易出错、记录时间长，数据统计困难；五是无法及时掌握设备运行及健康状况。

为了解决上述问题，要将人工智能技术引入变电站巡检管理中，通过在变电站内部署智能巡检机器人，对变电站内设备进行可视化巡检，采用人工智能技术对设备进行自动识别和分析，可实现缺陷诊断、智能巡检、异常告警、报表统计等功能，并可通过App 软件进行数据查看和分析，及时掌握设备运行状况、及时发现设备隐患和缺陷，提高设备运维管理效率。

2.2 系统功能

该系统功能主要有以下几个方面：一是实时视频监控。实时监控变电站的各个区域，包括人员、设备等，可通过手机App 或电脑端查看；二是红外测温。可通过手机App 或电脑端查看设备温度等信息；三是智能巡检机器人。巡检人员可以通过手机App 或电脑端查看机器人的工作状态和巡检路线等信息；四是智能分析管理。可通过智能分析管理模块实现对设备的实时分析和管理；五是设备实时状态报警。通过设备实时状态报警模块实现对设备的实时报警。

图1 系统的功能

2.3 系统优势

一是远程可视化的巡检方式，提升了变电站巡检的效率和质量，减少了工作人员的劳动强度，降低了运行维护成本；二是提高了变电站运维管理水平，可以有效地预防事故，降低事故发生的频率；三是系统对数据进行分类存储、统计分析等功能，为领导决策提供可靠依据；四是系统具有高精度的定位功能，可在设备故障发生前识别故障点、提前预警，做到早预防、早控制；五是系统可实现远程可视化、实时监控等功能。通过将人工智能技术与变电站运维管理相结合，不仅可以减少工作人员的工作量，还可以对变电站进行实时监控，及时发现设备异常情况，提前做好预防措施。

同时，基于人工智能技术的变电站可视化巡检系统将变电站巡检工作简单化、自动化、智能化，实现了数据采集自动化、数据传输网络化、数据存储集中化、数据分析智能化、预警响应一体化，并构建了多层次的电网运维管理体系，为电力系统的稳定运行提供更加可靠和高效的保障[3]。

3 GIS 与GPS 相结合的变电站巡检系统

3.1 GIS 与GPS 技术在变电站巡检系统中的应用

我国电网建设的不断发展，变电站的数量和规模都在迅速扩大，而变电站作为整个电力系统的重要组成部分，其设备状态的好坏直接影响着电力系统的安全、稳定运行。因此，为及时发现变电站设备运行过程中存在的问题，须及时进行处理，采用GPS 技术进行变电站巡检具有重要意义。然而由于GPS 在户外工作时，受各种天气因素和人为因素的影响，难以实现实时、准确地定位。

所以将GIS 系统与GPS 相结合实现实时、准确地对变电站巡检过程进行定位和记录是必要而又可行的，利用GIS 系统对GPS 进行定位时，要通过卫星定位和网络数据传输两种方式将GPS 的位置信息传送给GIS 服务器，然后GIS 服务器再通过网络数据传输将实时数据传送给GIS 终端。要把采集到的GPS 原始数据进行预处理，然后将数据通过网络传送给GIS 服务器，在GIS 服务器中将数据存储起来。当巡检人员完成巡检工作时，要把采集到的GPS 原始数据和巡检表通过网络传输到GIS 服务器中，将采集到的巡检表内容保存下来。

此外，采用RFID 射频识别技术和卫星定位技术实现变电站内设备巡视和故障定位，通过手机App 将巡检点和巡视内容上传至服务器，通过后台数据库进行数据统计与分析；结合GIS 地图可视化操作界面，能实现巡检点与巡视线路的定位操作，将信息发送至终端设备；采用GPS 卫星定位技术可实现定位跟踪、导航数据的获取，利用GIS 系统将所获得的信息进行数据分析，可实现设备故障点快速定位、故障原因及部位分析、历史运行轨迹查询等功能。

3.2 系统的组成及特点

系统主要由服务器端和客户端两部分组成，服务器端由通信设备和GIS 软件构成，客户端由无线数据终端、GPS 定位终端和控制中心组成。其中，通信设备主要负责与服务器端的通信，以保证系统的正常运行；GIS 软件主要负责对巡检数据进行存储、管理和查询；控制中心通过GPS 定位终端实现对巡检数据的定位，将数据存入数据库。此外，控制中心可以通过无线数据终端对变电站进行无线数据通信，实现对变电站的监控[4]。系统功能主要包括以下几方面。

一是变电站巡检管理。在GIS 系统中设置变电站的相关信息，并将其显示在屏幕上；二是设备信息管理。利用GIS 系统将巡检设备信息和所巡检设备的详细信息录入到数据库中；三是巡检任务管理。对巡检任务进行分配，并根据每个任务的不同要求设定不同的巡检方式和完成时间；四是巡检过程管理。对巡检人员进行身份验证，并根据巡检内容的不同的权限；五是报表分析功能。通过分析巡检数据报表，了解设备运行情况、存在问题以及处理情况；六是日志管理功能。根据巡检人员提出的要求自动生成相应的日志，以供日后查阅。

GIS 系统与GPS 相结合的变电站巡检系统将GIS、GPS 和网络技术有效地结合起来，既能有效地利用GPS 在户外工作时受天气因素和人为因素的影响较大这个缺陷，又能充分利用GIS 的数据管理功能对变电站设备的状态信息进行统计、分析、管理和维护，同时还能在设备发生故障时通过网络及时地将故障信息传递给相关人员，从而使相关人员能够在第一时间掌握设备的运行状况，作出合理的判断和处理，提高变电站设备故障处理效率。

因此，在变电站设备巡检过程中加入GIS 系统与GPS 相结合这一技术后，能够有效地提高变电站设备故障处理效率、节约成本，使电力系统的运行更加安全、稳定、可靠[5]。

3.3 系统的工作流程

变电站设备巡检工作的开展是保证变电站安全稳定运行的重要环节，为保证巡检工作的顺利进行，GIS与GPS 相结合的变电站巡检系统，必须建立在巡检工作全过程监控和管理的基础上。若想保证GIS 系统与GPS 相结合的变电站巡检系统能正常运行，必须建立起一套完善、可靠的巡视制度，包括检查制度和管理制度是保证巡检点、路线可靠运行的前提条件。

根据变电站巡检工作的实际需要，结合GIS 系统和GPS 技术特点，变电站巡检系统主要由以下几个部分组成：GIS 系统、GPS 设备、巡检点、巡检员。GIS 系统：GIS 是由地理信息数据库、地图服务及管理程序组成。利用地理信息数据库为GIS 系统提供了丰富的地图资源和数据资源；利用地图服务程序为GIS 系统提供了地理信息管理，包括：数据库、图形对象、空间操作对象及属性对象等功能。

4 结语

总之，设计开发的变电站可视化巡检系统，能够通过在变电站内部署RFID 智能标签，对巡检过程中的设备进行实时监控与管理，实现了对变电站内设备的可视化、智能化管理。但目前所设计开发的变电站可视化巡检系统还存在一些不足之处，例如在系统集成和设备布置方面有待进一步改进。因此，要不断完善系统功能，加强与GIS 系统的融合，以提高系统的可用性。