無人值守，智能變電站可視化管控系統

前言

當前，進入“十四五”時期，在市場需求、技術創新與公共政策的協同推動下，我國數字經濟發展規模將進一步擴大。電網作為與人民生活息息相關的領域也正加快着前進的步伐，以適應智能社會的發展。變電站作為電網的核心環節，智慧變電站的出現改變着傳統變電站運維模式，實現變電站智能化、綠色化的轉變，加快構建“無人值守+集中管控”的變電運維新模式的轉型升級，亦推進了智慧電網的發展。

今天將采用 Hightopo 的 HT for Web 產品來構建輕量化的 3D 可視化場景，建立動態的數字化變電站模型，數字孿生變電站可視化系統。多維度呈現變電站運維場景，實現變電站運行狀態實時監測，運維設備、控制系統和信息系統的互聯互通。加強變電站設備的全狀態感知力與控制力，增強變電站安全生產保障能力，提高運檢精益管理水平。

 

效果展示

以三維中國地圖為背景，突出展示福建省超高壓輸電網效果。500kV 變電站為樞紐站，主要用於跨區域輸電。樞紐站在 2009 年以前以敞開式為主，2010 年以后以 GIS 站為主，體積大且數量有限，整個福建省有 26 座，閩南片區 13 座，其中在建的有兩座。

采用人工手動擺放變電站點位的方式，呈現出福建省中 500kV 超高壓變電站在三維電網地圖上的位置，同時繪制出具有動態流動效果的輸電網，生動形象的展示出輸電網的運作狀態。

 

然而福建省所有超高壓、高壓、中壓和低壓變電站共上千座，采用人工手動擺放的方式顯然不切實際。如果有經緯的信息，亦可利用投影算法，將經緯度坐標轉換為平面坐標，動態生成站點。

HT 也提供結合 GIS 地圖展示所有變電站點位的解決方案，HT for Web GIS 產品的定位在於運用產品強大的可視化技術，將地理信息系統（Geographic Information System，GIS）的數據進行豐富的可視化展示，實現將數量龐大的變電站點位數據呈現在三維地圖上。使用 GIS 的好處是可以通過多細節層次（ Levels of Detail , LOD ）的方式加載出更多地圖細節，可以直接了解到每座變電站所處具體位置。

采用輕量化三維建模技術，根據變電站現場的 CAD 圖、鳥瞰圖、設備三視圖等資料進行還原外觀建模，通過 HT 實現可交互式的 Web 三維場景，可進行縮放、平移、旋轉，場景內各設備可以響應交互事件。

 

系統分析

運行狀態全局監控

通過多源數據的綜合分析，在地圖上實時展示變電站正常、警戒、告警等狀態信息，可快速的定位發出預警的變電站。將電網負荷信息展示在頁面面板上，可直觀得知當前負荷數據及歷史負荷數據，實現整個輸電網管控的可視、可知、可控。

 

 

電壓電流回路可視化

通過 3D 可視化技術，展示電壓互感器和電流互感器供電的全部回路走向，結合科技感元素模擬電流流動效果，實現對一次設備（變壓器、斷路器、隔離開關等直接用於生產和使用電能的設備）運行工況的監視、測量、控制及調節等。

 

 

智能巡檢

變電站日常維護需要大量的巡檢人員對設備進行檢查，不僅效率低下也十分危險，且高溫、暴雨、大霧等嚴酷天氣頻發，為人工巡檢帶來許多阻礙。配合戶外巡視機器人的智能巡檢系統代替人工巡視，實現變電站的自主監測、監控預警和數據遠程集控管理，使得巡檢更安全、更精益且更及時。通過智能的巡檢系統，根據報警設備發出報警信息，第一時間到達目標位置，能夠實時查看巡檢視頻及報警信息，工作人員可及時知曉並作出相應的處理。智能巡檢的運用，不僅提高了工作效率，減輕運維人員勞動強度，降低運維成本，同時，有效提高了無人值守變電站的安全監控管理。

 

 

設備實時監控

在變電站可視化系統中將一次設備規模和感知設備規模顯示在頁面面板中，便於運維人員統計相關設備數量。

在頁面中展示重點關注設備狀態，利用不同顏色的圖標代表不同的設備狀態，即正常[藍色]、異常[黃色]、重症故障[紅色]。一旦設備狀態異常，則會出現在該區域，而重症設備需要馬上進行維修。實現此功能，是根據設備監測傳感器閾值判斷的情況，由后台給前台推送狀態參數，前台根據狀態參數，將對應設備圖標放入該位置。數字孿生變電站系統的設備監控，利用人工智能分析等技術對設備實時數據以及歷史數據進行分析研判，進行實時診斷，告知設備的健康狀態，由人工預防檢修轉換為智能預測檢修。

HT 三維可視化系統支持跨平台瀏覽，任何移動終端都可進行瀏覽，即使不在工位上的運維人員也可以通過手機或 IPad 進行監控，使得以往運維人員必須在主控室內進行管控的局限迎刃而解。

 

 

設備管理

變電站部署了溫濕度等智能感知元件，實現了變壓器、氣體絕緣變電站（Gas Insulated Substation，GIS）、開關櫃等設備及環境信息的全面實時感知。在設備實時感知列表中，設備的報警、故障、空閑、在線等狀態信息以不同顏色展示，實現一次設備的實時狀態監測與評估。通過智能分析，自動對設備壽命、負載等進行評估，進行智能化實時計算，針對不同負載的設備做出不同的配置，使得設備管理決策不再盲目，建立從設備、現場到企業管理之間的高效地橋梁。

 

人員定位之作業安全預警

實時跟蹤人員的位置，根據后台傳回的位置信息，在三維場景中進行標識，實現對工作人員位置的監控。依據系統中的安全操作區域，結合工作人員的定位信息，判斷其是否在安全區內工作，若超出安全區則向作業人員發出安全告警。結合三維實景中預設的電子防護欄，當人員誤入設定的危險區域時，可進行相應的告警。

 

 

變壓器拆裝演示

通過三維虛擬仿真的變壓器組裝動畫，介紹變壓器設備的工作原理以及裝配過程，直觀展示變壓器主要部件的構成及安裝位置，配以文字說明介紹其主要特性，逼真且具有科技感帶入。由 HT 自主研發的這套 3D 可視化系統，可作為變壓器現場安裝及維護工作的仿真培訓資料，高效而又靈便的實現新員工的變壓器工作原理教學。

 

溫度場分布可視化

通過實時監測變壓器中溫濕度傳感器的信息數據，利用三維熱力圖的方式將變壓器的溫度場實時展示，且當鼠標懸浮在位置時可顯示當前位置的實時溫度數據，可更加快速且精確的定位變壓器具體部件的發熱情況，及時作出應對措施，高效的解決或避免不可控問題。

 

設備實操

采用 HT 創新的 3D 可視化建模技術，搭建隔離開關設備可交互式環境，提供全方位與實操式的培訓體驗，較好地解決了專業的大型復雜設備在員工培訓上面臨的諸多困難和問題。通過控制隔離開關操作機構的操作面板、主刀閘、左側地刀、右側地刀等部件，讓用戶直觀操作設備，了解其動作原理，真正地實現三維交互仿真演示培訓。

 

感知數據實時監測

每一種傳感器根據實際安裝位置分布點位，將 GIS 等一次設備的在線監測點一一標識出來，每個點位的傳感器狀態都具有相應的展示效果，如告警以紅色標注、異常以紅色閃爍的形式展現。當鼠標滑到傳感器點位上，展示其實時狀態信息面板，點擊傳感器點位時，進入其詳情列表，查看該傳感器的歷史數據及趨勢曲線。同時，可以方便的根據傳感器菜單切換查詢其他位置的傳感器歷史數據及趨勢曲線。

 

 

電力接線圖展示

主控室大屏上展示的變電站一次設備電力接線圖，利用 HT 技術繪制的 2D 組態圖，也可升級為 3D 組態圖，更加炳若觀火。變電站的電壓電流進出回路以及各一次設備的狀態皆可以通過 3D 組態圖的形式展現，使得非專業人士所不能理解的連接關系，通過圖形、動畫等形式顯示在 Web 場景中，實現大眾易理解的展示目的。

 

智慧檢修

時間軸展示最近30條自檢數據，當系統開始自檢時，所有傳感器將會以動畫的形式展示檢測情況，時間軸將自動插入一個時間節點，用戶可自行查閱歷史檢修記錄，並且導出相應的自檢報告。智慧檢修，能夠實時檢測設備健康狀態和監控設備預警，幫助人工識別與定位設備故障，從而以更高的效率生成最優的檢修方案。

 

總結

圖撲軟件的變電站 3D 可視化系統將多種復雜的管理系統信息聚集在虛擬仿真環境下，搭建變電站全場景的呈現，通過智能數據分析，人工智能巡檢、實時監控告警等功能的結合，使運維人員更高效的集中監控管理，達到降本增效的目的。基於多年項目經驗積累和夯實的可視化技術支持，可根據業務需求進行高效的定制化設計與開發，為行業建設添磚加瓦。

更多行業應用實例可以參考圖撲軟件官網案例鏈接：https://www.hightopo.com/demos/index.html