无人值守，智能变电站可视化管控系统

前言

当前，进入“十四五”时期，在市场需求、技术创新与公共政策的协同推动下，我国数字经济发展规模将进一步扩大。电网作为与人民生活息息相关的领域也正加快着前进的步伐，以适应智能社会的发展。变电站作为电网的核心环节，智慧变电站的出现改变着传统变电站运维模式，实现变电站智能化、绿色化的转变，加快构建“无人值守+集中管控”的变电运维新模式的转型升级，亦推进了智慧电网的发展。

今天将采用 Hightopo 的 HT for Web 产品来构建轻量化的 3D 可视化场景，建立动态的数字化变电站模型，数字孪生变电站可视化系统。多维度呈现变电站运维场景，实现变电站运行状态实时监测，运维设备、控制系统和信息系统的互联互通。加强变电站设备的全状态感知力与控制力，增强变电站安全生产保障能力，提高运检精益管理水平。

效果展示

以三维中国地图为背景，突出展示福建省超高压输电网效果。500kV 变电站为枢纽站，主要用于跨区域输电。枢纽站在 2009 年以前以敞开式为主，2010 年以后以 GIS 站为主，体积大且数量有限，整个福建省有 26 座，闽南片区 13 座，其中在建的有两座。

采用人工手动摆放变电站点位的方式，呈现出福建省中 500kV 超高压变电站在三维电网地图上的位置，同时绘制出具有动态流动效果的输电网，生动形象的展示出输电网的运作状态。

 

然而福建省所有超高压、高压、中压和低压变电站共上千座，采用人工手动摆放的方式显然不切实际。如果有经纬的信息，亦可利用投影算法，将经纬度坐标转换为平面坐标，动态生成站点。

HT 也提供结合 GIS 地图展示所有变电站点位的解决方案，HT for Web GIS 产品的定位在于运用产品强大的可视化技术，将地理信息系统（Geographic Information System，GIS）的数据进行丰富的可视化展示，实现将数量庞大的变电站点位数据呈现在三维地图上。使用 GIS 的好处是可以通过多细节层次（ Levels of Detail , LOD ）的方式加载出更多地图细节，可以直接了解到每座变电站所处具体位置。

采用轻量化三维建模技术，根据变电站现场的 CAD 图、鸟瞰图、设备三视图等资料进行还原外观建模，通过 HT 实现可交互式的 Web 三维场景，可进行缩放、平移、旋转，场景内各设备可以响应交互事件。

系统分析

运行状态全局监控

通过多源数据的综合分析，在地图上实时展示变电站正常、警戒、告警等状态信息，可快速的定位发出预警的变电站。将电网负荷信息展示在页面面板上，可直观得知当前负荷数据及历史负荷数据，实现整个输电网管控的可视、可知、可控。

 

电压电流回路可视化

通过 3D 可视化技术，展示电压互感器和电流互感器供电的全部回路走向，结合科技感元素模拟电流流动效果，实现对一次设备（变压器、断路器、隔离开关等直接用于生产和使用电能的设备）运行工况的监视、测量、控制及调节等。

 

智能巡检

变电站日常维护需要大量的巡检人员对设备进行检查，不仅效率低下也十分危险，且高温、暴雨、大雾等严酷天气频发，为人工巡检带来许多阻碍。配合户外巡视机器人的智能巡检系统代替人工巡视，实现变电站的自主监测、监控预警和数据远程集控管理，使得巡检更安全、更精益且更及时。通过智能的巡检系统，根据报警设备发出报警信息，第一时间到达目标位置，能够实时查看巡检视频及报警信息，工作人员可及时知晓并作出相应的处理。智能巡检的运用，不仅提高了工作效率，减轻运维人员劳动强度，降低运维成本，同时，有效提高了无人值守变电站的安全监控管理。

 

设备实时监控

在变电站可视化系统中将一次设备规模和感知设备规模显示在页面面板中，便于运维人员统计相关设备数量。

在页面中展示重点关注设备状态，利用不同颜色的图标代表不同的设备状态，即正常[蓝色]、异常[黄色]、重症故障[红色]。一旦设备状态异常，则会出现在该区域，而重症设备需要马上进行维修。实现此功能，是根据设备监测传感器阈值判断的情况，由后台给前台推送状态参数，前台根据状态参数，将对应设备图标放入该位置。数字孪生变电站系统的设备监控，利用人工智能分析等技术对设备实时数据以及历史数据进行分析研判，进行实时诊断，告知设备的健康状态，由人工预防检修转换为智能预测检修。

HT 三维可视化系统支持跨平台浏览，任何移动终端都可进行浏览，即使不在工位上的运维人员也可以通过手机或 IPad 进行监控，使得以往运维人员必须在主控室内进行管控的局限迎刃而解。

 

设备管理

变电站部署了温湿度等智能感知元件，实现了变压器、气体绝缘变电站（Gas Insulated Substation，GIS）、开关柜等设备及环境信息的全面实时感知。在设备实时感知列表中，设备的报警、故障、空闲、在线等状态信息以不同颜色展示，实现一次设备的实时状态监测与评估。通过智能分析，自动对设备寿命、负载等进行评估，进行智能化实时计算，针对不同负载的设备做出不同的配置，使得设备管理决策不再盲目，建立从设备、现场到企业管理之间的高效地桥梁。

 

人员定位之作业安全预警

实时跟踪人员的位置，根据后台传回的位置信息，在三维场景中进行标识，实现对工作人员位置的监控。依据系统中的安全操作区域，结合工作人员的定位信息，判断其是否在安全区内工作，若超出安全区则向作业人员发出安全告警。结合三维实景中预设的电子防护栏，当人员误入设定的危险区域时，可进行相应的告警。

 

 

变压器拆装演示

通过三维虚拟仿真的变压器组装动画，介绍变压器设备的工作原理以及装配过程，直观展示变压器主要部件的构成及安装位置，配以文字说明介绍其主要特性，逼真且具有科技感带入。由 HT 自主研发的这套 3D 可视化系统，可作为变压器现场安装及维护工作的仿真培训资料，高效而又灵便的实现新员工的变压器工作原理教学。

 

温度场分布可视化

通过实时监测变压器中温湿度传感器的信息数据，利用三维热力图的方式将变压器的温度场实时展示，且当鼠标悬浮在位置时可显示当前位置的实时温度数据，可更加快速且精确的定位变压器具体部件的发热情况，及时作出应对措施，高效的解决或避免不可控问题。

 

设备实操

采用 HT 创新的 3D 可视化建模技术，搭建隔离开关设备可交互式环境，提供全方位与实操式的培训体验，较好地解决了专业的大型复杂设备在员工培训上面临的诸多困难和问题。通过控制隔离开关操作机构的操作面板、主刀闸、左侧地刀、右侧地刀等部件，让用户直观操作设备，了解其动作原理，真正地实现三维交互仿真演示培训。

 

感知数据实时监测

每一种传感器根据实际安装位置分布点位，将 GIS 等一次设备的在线监测点一一标识出来，每个点位的传感器状态都具有相应的展示效果，如告警以红色标注、异常以红色闪烁的形式展现。当鼠标滑到传感器点位上，展示其实时状态信息面板，点击传感器点位时，进入其详情列表，查看该传感器的历史数据及趋势曲线。同时，可以方便的根据传感器菜单切换查询其他位置的传感器历史数据及趋势曲线。

 

 

电力接线图展示

主控室大屏上展示的变电站一次设备电力接线图，利用 HT 技术绘制的 2D 组态图，也可升级为 3D 组态图，更加炳若观火。变电站的电压电流进出回路以及各一次设备的状态皆可以通过 3D 组态图的形式展现，使得非专业人士所不能理解的连接关系，通过图形、动画等形式显示在 Web 场景中，实现大众易理解的展示目的。

 

智慧检修

时间轴展示最近30条自检数据，当系统开始自检时，所有传感器将会以动画的形式展示检测情况，时间轴将自动插入一个时间节点，用户可自行查阅历史检修记录，并且导出相应的自检报告。智慧检修，能够实时检测设备健康状态和监控设备预警，帮助人工识别与定位设备故障，从而以更高的效率生成最优的检修方案。

 

总结

图扑软件的变电站 3D 可视化系统将多种复杂的管理系统信息聚集在虚拟仿真环境下，搭建变电站全场景的呈现，通过智能数据分析，人工智能巡检、实时监控告警等功能的结合，使运维人员更高效的集中监控管理，达到降本增效的目的。基于多年项目经验积累和夯实的可视化技术支持，可根据业务需求进行高效的定制化设计与开发，为行业建设添砖加瓦。

更多行业应用实例可以参考图扑软件官网案例链接：https://www.hightopo.com/demos/index.html