CN115313658A - 一种数字孪生变电站智能运维系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数字孪生变电站智能运维系统，包括运维工作站、服务器、交换机、信息建模模块、主设备监控模块、辅助设备监控模块、立体安全管控模块和三维虚拟巡视模块；信息建模模块用于生成变电站的三维模型，将三维模型反馈到服务器并在运维工作站的操作电脑上完成变电站三维孪生可视化建模，主设备监控模块和辅助设备监控模块用于实时的监控变电站的运行情况，将监控到的信息反馈给服务器并对应显示在变电站三维孪生可视化模型上；立体安全管控模块在三维模型中预演操作票的操作流程，并反馈出每一步操作之后引起的设备带电状态变化、边界划分变化和作业预警变化及变化的时间，并生成操作指导视屏并标注操作路线及操作时间。

Description

一种数字孪生变电站智能运维系统
技术领域
本发明涉及电力智能运维系统领域，尤其涉及一种数字孪生变电站智能运维系统。
背景技术
随着新一代信息技术与实体经济的加速融合，电网数字化、网络化智能化演进趋势日益明显，新型电力系统发展要求中，展望了数字电网的发展方向，并提出了“数字孪生创新计划”，夹块推进电网数字孪生标注指定，构建电网三维数字模型服务库，探索构建电网数字孪生数理模型和机理模型库体系，引领电网设备数字化撰写，支撑新型电力系统温度运行已经成为未来发展的必然趋势。
在上述背景下，变电站的数字孪生构建方法已经得以实现，先构建三维模型，然后再结合监控设备将设备的运行状态反馈在三维模型上，进而形成变电站数字孪生三维模型，可以通过观察数字孪生三维模型监控整个变电站的运行及安排人员进行检修，能够在一定程度上减少巡查检修的工作量，并且降低一定程度的安全隐患，然后现有的数字孪生变电站运维系统存在一定的缺陷，主要体现在对工作人员的指导方面，现有的情况最多是模拟操作票进行虚拟操作，对检修工作人员起到操作指导，然而无法提供实时的操作路线，无法对操作后可能产生危险区域起到预警提醒。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字孪生变电站智能运维系统，通过立体安全管控模块实现设备带电状态、边界划分、作业预警和模拟预演，在三维模型中预演操作票的操作流程，并反馈出每一步操作之后引起的设备带电状态变化、边界划分变化和作业预警变化及变化的时间，并生成操作指导视屏并标注操作路线及操作时间，对检修人员的安全进行全方位的模拟及展示。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种数字孪生变电站智能运维系统，包括通过电力专网连接的变电站模组和集控站模组，集控站模组包括运维工作站、服务器和交换机；变电站模组包括信息建模模块、主设备监控模块、辅助设备监控模块、立体安全管控模块和三维虚拟巡视模块；交换机用于将变电站模组和集控站模组的信号直接转换交换，信息建模模块用于生成变电站的三维模型，将三维模型反馈到服务器并在运维工作站的操作电脑上完成变电站三维孪生可视化建模，主设备监控模块和辅助设备监控模块用于实时的监控变电站的运行情况，将监控到的信息反馈给服务器并对应显示在变电站三维孪生可视化模型上；立体安全管控模块用于三维孪生可视化模型中显示设备的带电状、模拟预演、边界划分和作业预警，为工作人员提供精准的检修步骤指导和检修路线指导。
优选的，信息建模模块以激光点云建立的三维模型为基础，在运维工作站的操作电脑上完成变电站三维孪生可视化建模，且完成的三维孪生可视化建模支撑无插件浏览器快速加载三维场景，实现三维全景浏览和沉浸式漫游，具备设备模型监测定位及台账信息点击查看功能，融合呈现设备台账信息及告警异常信息。
优选的，立体安全管控包括立体空间防误拓扑与校核、操作票三维模拟预演、检修作业边界划分和作业安全风险预警，立体空间防误拓扑与校核为根据设备连接关系拓扑分析出电器设备带电状态，作为空间安全边界校核的依据，并在可视化三维模型中动态着色显示；操作票三维模拟预演基于倒闸操作票操作序列，自动匹配设备的三维模型及动作动画，通过自动或单步预演操作票操作序列，在操作前基于实景对作业全过程进行危险分析和应对措施的提前准备；检修作业边界划分依据当前检修设备的状态、连接关系和操作顺序，智能形成三维展示界面，通过带电着色功能进行区分隔离边界、检修区域、安全区域和带电设备区域；作业安全风险预警对三维空间中个设备对应区域进行空间关系计算，得到隔离边界、检修区域、带电范围等空间安全边界，对作业人员行为和轨迹进行实时监测和预警，支持对越界进入带电区域和危险区域、超出作业时间在作业区域逗留、进入非工作区域等危险行为进行预警提示。
优选的，主设备监控模块经正向隔离装置采集变电站原有主设备监控系统的运行数据，包括不限于一次设备状态、二次设备状态和超流信息，并传输到变电站三维孪生可视化模型上，完成数字模型和三维模型的物理映射，以三维立体呈现方式实现主设备电器参量的实时监测和设备台账管理。
优选的，辅助设备监控模块包括设备在线监测、安全防范监测、动环监控、消防监测和视屏监控，设备在线监测以实时数据、分析数据、历史数据和趋势分析展示形式，实现变压器类、开关类、兼容设备及避雷器设备运行状态的在线监测功能；安全防范监测包括实时监测电子围栏、红外对射、红外双鉴及门禁设备的布防/撤防状态信息、运行工况信息、防区告警信息和故障告警信息，并实现防入侵设备报警确认和布防/撤防操作；动环监测对变电站环境参数、运行状态、通信状态和故障告警信息实时监测，并根据设定的阈值和告警实现对空调、风机就地闭环自动控制，并支持远方遥控；消防监测将变电站的消防主机采用modbus协议接入规约转化装置，用DL/T860送至辅助设备监控模块，实现对变电站火灾自动报警系统动作及状态信息的监控，并实现与视屏监测的视屏进行联动；视屏监控用于实现变电站设备、环境和运维作业的多维度视屏监测，通过视屏智能分析识别技术，实现智能化应用，包括不限于变电站区域安全检测和人员管理；且视屏监测与安全、消防、环境及主设备联动，及时跟踪现场状态变化，推送画面并拍照和录像，为后续分析提供依据。
优选的，三维虚拟巡视模块基于规划路径实施全站自动巡视和手动自由巡视，立体呈现巡视结果，巡视点位与视屏资源自动匹配，点击可推送关联画面，具备巡视点位的巡视资源覆盖分析，直管呈现已覆盖点位和未覆盖点位，并对未覆盖点位提供新增视屏布点策略。
优选的，还包括告警管理模块，支持告警信息分级、独立视窗监视和告警抑与恢复；支持拓扑图方式监视系统状态、报警点位平面图定位和设备故障平面图定位；支持自动弹出告警窗、弹出联动信息和告警提醒，告警提醒方式包括但不限于语音警示、图元变色警示和闪烁警示。
优选的，还包括数据统计分析模块，数据统计分析模块包括异常越界分析与告警、告警信息统计、作业违规信息统计和设备运行统计，异常越界分析与告警具体是通过设置SF6压力表、避雷器泄露电流表、温湿度、水位、电流和电压等测量值告警阈值，对于越过一级阈值的给予提示报警，越过二极阈值则推送严重告警，使运维人员及时发现设备运行异常情况；告警信息统计具体是按照电压等级对变电站分别统计告警总数量，并按告警类型进行分类统计；作业违规信息统计具体是对作业过程中的各类人员违规行为分类统计；设备运行统计具体是对变电站端设备运行情况分类统计，按设备在线率、故障率和故障时间统计。
优选的，视屏监测包括固态视屏监测设备和动态视屏监测设备，固态视屏监测设备持续视屏监测，动态视屏监测设备的运行路线与变电站的排水槽重合，且动态视屏监测设备定时巡视或者在SF6压力表、避雷器泄露电流表、温湿度、水位、电流和电压等测量值越过一级阈值的给予提示报警时进行巡视，巡视的动态视屏传递给服务器并显示在可视化三维模型中并保持到下次巡视后更新。
优选的，变电站的地面上开设有环形的主水槽和支路水槽，主水槽的四个角落为主垃圾收集槽，主垃圾收集槽配合有主盖板，支路水槽和主水槽连接的部位为支路垃圾收集槽，支路垃圾收集槽配合有支路盖板，且主垃圾收集槽和支路垃圾收集槽的深度均低于主水槽和支路水槽，主水槽和支路水槽均配合有水槽网，水槽网的内底面与主垃圾收集槽和支路垃圾收集槽的底面高度一致，且水槽网包括处于水槽内的网筒和网筒外的网筒安装块，网筒安装块下部安装有竖直走向且能插入到地面内开设的安装孔内的网筒插柱，动态视屏监测设备为处于正环形主水槽和支路水槽上的巡检小车，巡检小车包括在地面上直线行驶的小车主体，小车主体上设置有巡检摄像器，小车主体下设置有插入到网筒内且与网筒侧壁及底板间隙配合的清扫块，且配合间隙小于10mm。
优选的，还包括权限管理模块，具体包括角色、用户组和权限定义，按用户角色授予不同权限，各级权限的用户同时对设备进行操作时，按照权限等级优先高权限用户使用；还包括用户登陆、操作权限查验，所有操作如登陆、控制、退出、告警确认和系统设置等操作，均有详细操作记录，操作记录以人机界面方式展示，可进行查询、统计和备份。
本发明的技术效果为：
1、通过立体安全管控模块实现设备带电状态、边界划分、作业预警和模拟预演，在三维模型中预演操作票的操作流程，并反馈出每一步操作之后引起的设备带电状态变化、边界划分变化和作业预警变化及变化的时间，并生成操作指导视屏并标注操作路线及操作时间，对检修人员的安全进行全方位的模拟及展示。
2、信息建模支持无插件浏览器快速加载三维场景，并能够对点击对象自动匹配视屏资源，能够实现三维模型和视屏无缝融合，并且能够实时的将主设备、辅助设备和环境状态的变化反馈到可视化三维模型中。
3、立体安全管控的四个部分协调工作，能够将显示实时的检修区域、安全区域和带电设备区域，并且能够对操作票进行模拟，模拟的每个步骤中都会显示模拟运作的分离边界、检修区域、安全区域和带电设备区域的模拟变化及变化的时间，如此既能够对操作票的安全性能进行模拟验证，同时还能得出每一步操作的安全路线及安全路线持续的时间，方便检修操作人员在安全路线的持续时间中进行安全操作。
4、辅助设备监控模块除了变电站原有的辅助监测设备外，新增了避雷器在线监测、铁芯/夹件接地电流监测、局部放电监测及SF6气体数字表监测，以及实时监视电子围栏、红外对射、红外双鉴及门禁等设备的布防/撤防状态、运行工况、防区告警、故障告警等信息，可以确保模拟时的安全监控处于全面覆盖，在进行模拟时不会出现纰漏，操作票模拟出的安全操作指导和安全操作路径指导具有可靠性。
5、三维虚拟巡视能够实现自动巡视和手动自由巡视，确保视屏资源的全面覆盖。
6、数据统计分析模块可以根据测量类数据的阈值进行相应的告警，进而进行相应的巡查，而数据的统计，不仅可以统计设备的信息，还能够统计各类人员在变电站的操作行为，对违规行为、违规类型及违规数量进行统计，方便指定相应的教育措施，进一步杜绝安全事故的发生。
7、配合数据统计分析模块，将视屏监控分为动态视屏监控和固态视屏监控，固态视屏监控为持续工位，主要监控重要的设备信息，提供持续的视屏信息，而动态视屏监控则为间隔或者接收数据统计分析模块的信息而操作，主要监控一些线路等非重要设备的信息，确保可视化三维模型可靠性的同时避免了过多的视屏监控设备的布置。
8、对变电站的水槽进行设备，并将动态视屏监控设备与水槽进行结合，使动态视屏监控设备沿着水槽移动，如此能够实现动态视屏监控的同时不会干涉到变电站的运行，并且巡查小车通过清扫块确保运行路线的同时还能将网筒内的垃圾扫到主垃圾收集槽和支路垃圾收集槽内，方便垃圾清洗，使网筒不至于被堵死，起到良好的排水效果。
附图说明
图1为实施例1的一种数字孪生变电站智能运维系统示意图。
图2为实施例2的一种数字孪生变电站智能运维系统示意图。
图3为变电站的水槽分布图。
图4为安装水槽网和巡检小车后的示意图。
图5水槽网的剖视图。
图中所示文字标注表示为：10、地面；11、主水槽；12、支路水槽；13、主盖板；14、支路盖板；15、水槽网；16、巡检小车；21、网筒；22、网筒安装块；23、网筒插柱；24、小车主体；25、巡检摄像器；26、清扫块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种数字孪生变电站智能运维系统，包括通过电力专网连接的变电站模组和集控站模组，集控站模组包括运维工作站、服务器和交换机；变电站模组包括信息建模模块、主设备监控模块、辅助设备监控模块、立体安全管控模块和三维虚拟巡视模块；交换机用于将变电站模组和集控站模组的信号直接转换交换，信息建模模块以激光点云建立的三维模型为基础，在运维工作站的操作电脑上完成变电站三维孪生可视化建模，且完成的三维孪生可视化建模支撑无插件浏览器快速加载三维场景，实现三维全景浏览和沉浸式漫游，具备设备模型监测定位及台账信息点击查看功能，融合呈现设备台账信息及告警异常信息；立体安全管控包括立体空间防误拓扑与校核、操作票三维模拟预演、检修作业边界划分和作业安全风险预警，立体空间防误拓扑与校核为根据设备连接关系拓扑分析出电器设备带电状态，作为空间安全边界校核的依据，并在可视化三维模型中动态着色显示；操作票三维模拟预演基于倒闸操作票操作序列，自动匹配设备的三维模型及动作动画，通过自动或单步预演操作票操作序列，在操作前基于实景对作业全过程进行危险分析和应对措施的提前准备；检修作业边界划分依据当前检修设备的状态、连接关系和操作顺序，智能形成三维展示界面，通过带电着色功能进行区分隔离边界、检修区域、安全区域和带电设备区域；作业安全风险预警对三维空间中个设备对应区域进行空间关系计算，得到隔离边界、检修区域、带电范围等空间安全边界，对作业人员行为和轨迹进行实时监测和预警，支持对越界进入带电区域和危险区域、超出作业时间在作业区域逗留、进入非工作区域等危险行为进行预警提示；主设备监控模块经正向隔离装置采集变电站原有主设备监控系统的运行数据，包括不限于一次设备状态、二次设备状态和超流信息，并传输到变电站三维孪生可视化模型上，完成数字模型和三维模型的物理映射，以三维立体呈现方式实现主设备电器参量的实时监测和设备台账管理；辅助设备监控模块包括设备在线监测、安全防范监测、动环监控、消防监测和视屏监控，设备在线监测以实时数据、分析数据、历史数据和趋势分析展示形式，实现变压器类、开关类、兼容设备及避雷器设备运行状态的在线监测功能；安全防范监测包括实时监测电子围栏、红外对射、红外双鉴及门禁设备的布防/撤防状态信息、运行工况信息、防区告警信息和故障告警信息，并实现防入侵设备报警确认和布防/撤防操作；动环监测对变电站环境参数、运行状态、通信状态和故障告警信息实时监测，并根据设定的阈值和告警实现对空调、风机就地闭环自动控制，并支持远方遥控；消防监测将变电站的消防主机采用modbus协议接入规约转化装置，用DL/T860送至辅助设备监控模块，实现对变电站火灾自动报警系统动作及状态信息的监控，并实现与视屏监测的视屏进行联动；视屏监控用于实现变电站设备、环境和运维作业的多维度视屏监测，通过视屏智能分析识别技术，实现智能化应用，包括不限于变电站区域安全检测和人员管理；且视屏监测与安全、消防、环境及主设备联动，及时跟踪现场状态变化，推送画面并拍照和录像，为后续分析提供依据；三维虚拟巡视模块基于规划路径实施全站自动巡视和手动自由巡视，立体呈现巡视结果，巡视点位与视屏资源自动匹配，点击可推送关联画面，具备巡视点位的巡视资源覆盖分析，直管呈现已覆盖点位和未覆盖点位，并对未覆盖点位提供新增视屏布点策略。
上述数字孪生变电站智能运维系统的具体运作如下：信息建模模块以激光点云建立的三维模型为基础，在运维工作站的操作电脑上完成变电站三维孪生可视化建模，主设备监控模块主设备监控模块经正向隔离装置采集变电站原有主设备监控系统的运行数据，包括不限于一次设备状态、二次设备状态和超流信息，并传输点映到变电站三维孪生可视化模型上，辅助设备监控模块进行设备在线监测、安全防范监测、动环监控、消防监测和视屏监控，设备在线监测包括避雷器在线监测、铁芯/夹件接地电流监测、局部放电监测及SF6气体数字表监测；安全防范监测包括实时监测电子围栏、红外对射、红外双鉴及门禁设备的布防/撤防状态信息、运行工况信息、防区告警信息和故障告警信息，并实现防入侵设备报警确认和布防/撤防操作；动环监测对变电站环境参数、运行状态、通信状态和故障告警信息实时监测，并根据设定的阈值和告警实现对空调、风机就地闭环自动控制，并支持远方遥控；消防监测将变电站的消防主机采用modbus协议接入规约转化装置，用DL/T860送至辅助设备监控模块，实现对变电站火灾自动报警系统动作及状态信息的监控，视屏监控用于实现变电站设备、环境和运维作业的多维度视屏监测，通过视屏智能分析识别技术，实现智能化应用，包括不限于变电站区域安全检测和人员管理；辅助设备监测到的各类信息同样点映到可视化三维模型中，可视化三维模型 支撑无插件浏览器快速加载三维场景，实现三维全景浏览和沉浸式漫游，具备设备模型监测定位及台账信息点击查看功能，融合呈现设备台账信息及告警异常信息，如此点变电站的三维孪生可视化模型可以对变电站进行实时监测，在进行检修或者操作票操作时，则通过立体安全管控模块进行模拟及规划指导，具体表现在，先在运维工作站的电脑上点击模拟的操作步骤，如某个电闸的拉闸操作，然后可视化三维模型中会进行相应的预演，在预演的过程中，设备的带电状态，检修区域及安全区域均会出现相应的变化，且变化所需的时间也会直观反馈，并形成单步操作预演视屏，通过观察预演视屏，可以明确的得知此操作步骤的安全性和进行此步骤操作的安全路线，后续的预演也会出现相应的预演视屏，如此即可按照操作票的操作步骤进行预演，验证操作票的步骤安全性，同时还能够对每个步骤的操作进行操作路径指引，避免检修人员在进行操作时进入到危险区域，同时还能够通过虚拟三维巡视按照设定路线或手动巡视，立体呈现巡视结果，巡视点位与视屏资源自动匹配，点击可推送关联画面，具备巡视点位的巡视资源覆盖分析，直管呈现已覆盖点位和未覆盖点位，并对未覆盖点位提供新增视屏布点策略。
实施例2
如图2所示，一种数字孪生变电站智能运维系统，包括通过电力专网连接的变电站模组和集控站模组，集控站模组包括运维工作站、服务器和交换机；变电站模组包括信息建模模块、主设备监控模块、辅助设备监控模块、立体安全管控模块和三维虚拟巡视模块；交换机用于将变电站模组和集控站模组的信号直接转换交换，信息建模模块以激光点云建立的三维模型为基础，在运维工作站的操作电脑上完成变电站三维孪生可视化建模，且完成的三维孪生可视化建模支撑无插件浏览器快速加载三维场景，实现三维全景浏览和沉浸式漫游，具备设备模型监测定位及台账信息点击查看功能，融合呈现设备台账信息及告警异常信息；立体安全管控包括立体空间防误拓扑与校核、操作票三维模拟预演、检修作业边界划分和作业安全风险预警，立体空间防误拓扑与校核为根据设备连接关系拓扑分析出电器设备带电状态，作为空间安全边界校核的依据，并在可视化三维模型中动态着色显示；操作票三维模拟预演基于倒闸操作票操作序列，自动匹配设备的三维模型及动作动画，通过自动或单步预演操作票操作序列，在操作前基于实景对作业全过程进行危险分析和应对措施的提前准备；检修作业边界划分依据当前检修设备的状态、连接关系和操作顺序，智能形成三维展示界面，通过带电着色功能进行区分隔离边界、检修区域、安全区域和带电设备区域；作业安全风险预警对三维空间中个设备对应区域进行空间关系计算，得到隔离边界、检修区域、带电范围等空间安全边界，对作业人员行为和轨迹进行实时监测和预警，支持对越界进入带电区域和危险区域、超出作业时间在作业区域逗留、进入非工作区域等危险行为进行预警提示；主设备监控模块经正向隔离装置采集变电站原有主设备监控系统的运行数据，包括不限于一次设备状态、二次设备状态和超流信息，并传输到变电站三维孪生可视化模型上，完成数字模型和三维模型的物理映射，以三维立体呈现方式实现主设备电器参量的实时监测和设备台账管理；辅助设备监控模块包括设备在线监测、安全防范监测、动环监控、消防监测和视屏监控，设备在线监测以实时数据、分析数据、历史数据和趋势分析展示形式，实现变压器类、开关类、兼容设备及避雷器设备运行状态的在线监测功能；安全防范监测包括实时监测电子围栏、红外对射、红外双鉴及门禁设备的布防/撤防状态信息、运行工况信息、防区告警信息和故障告警信息，并实现防入侵设备报警确认和布防/撤防操作；动环监测对变电站环境参数、运行状态、通信状态和故障告警信息实时监测，并根据设定的阈值和告警实现对空调、风机就地闭环自动控制，并支持远方遥控；消防监测将变电站的消防主机采用modbus协议接入规约转化装置，用DL/T860送至辅助设备监控模块，实现对变电站火灾自动报警系统动作及状态信息的监控，并实现与视屏监测的视屏进行联动；视屏监控用于实现变电站设备、环境和运维作业的多维度视屏监测，通过视屏智能分析识别技术，实现智能化应用，包括不限于变电站区域安全检测和人员管理；且视屏监测与安全、消防、环境及主设备联动，及时跟踪现场状态变化，推送画面并拍照和录像，为后续分析提供依据；三维虚拟巡视模块基于规划路径实施全站自动巡视和手动自由巡视，立体呈现巡视结果，巡视点位与视屏资源自动匹配，点击可推送关联画面，具备巡视点位的巡视资源覆盖分析，直管呈现已覆盖点位和未覆盖点位，并对未覆盖点位提供新增视屏布点策略；还包括告警管理模块，支持告警信息分级、独立视窗监视和告警抑与恢复；支持拓扑图方式监视系统状态、报警点位平面图定位和设备故障平面图定位；支持自动弹出告警窗、弹出联动信息和告警提醒，告警提醒方式包括但不限于语音警示、图元变色警示和闪烁警示；还包括数据统计分析模块，数据统计分析模块包括异常越界分析与告警、告警信息统计、作业违规信息统计和设备运行统计，异常越界分析与告警具体是通过设置SF6压力表、避雷器泄露电流表、温湿度、水位、电流和电压等测量值告警阈值，对于越过一级阈值的给予提示报警，越过二极阈值则推送严重告警，使运维人员及时发现设备运行异常情况；告警信息统计具体是按照电压等级对变电站分别统计告警总数量，并按告警类型进行分类统计；作业违规信息统计具体是对作业过程中的各类人员违规行为分类统计；设备运行统计具体是对变电站端设备运行情况分类统计，按设备在线率、故障率和故障时间统计；还包括权限管理模块，具体包括角色、用户组和权限定义，按用户角色授予不同权限，各级权限的用户同时对设备进行操作时，按照权限等级优先高权限用户使用；还包括用户登陆、操作权限查验，所有操作如登陆、控制、退出、告警确认和系统设置等操作，均有详细操作记录，操作记录以人机界面方式展示，可进行查询、统计和备份。
上述数字孪生变电站智能运维系统的具体运作如下：信息建模模块以激光点云建立的三维模型为基础，在运维工作站的操作电脑上完成变电站三维孪生可视化建模，主设备监控模块主设备监控模块经正向隔离装置采集变电站原有主设备监控系统的运行数据，包括不限于一次设备状态、二次设备状态和超流信息，并传输点映到变电站三维孪生可视化模型上，辅助设备监控模块进行设备在线监测、安全防范监测、动环监控、消防监测和视屏监控，设备在线监测包括避雷器在线监测、铁芯/夹件接地电流监测、局部放电监测及SF6气体数字表监测；安全防范监测包括实时监测电子围栏、红外对射、红外双鉴及门禁设备的布防/撤防状态信息、运行工况信息、防区告警信息和故障告警信息，并实现防入侵设备报警确认和布防/撤防操作；动环监测对变电站环境参数、运行状态、通信状态和故障告警信息实时监测，并根据设定的阈值和告警实现对空调、风机就地闭环自动控制，并支持远方遥控；消防监测将变电站的消防主机采用modbus协议接入规约转化装置，用DL/T860送至辅助设备监控模块，实现对变电站火灾自动报警系统动作及状态信息的监控，视屏监控用于实现变电站设备、环境和运维作业的多维度视屏监测，通过视屏智能分析识别技术，实现智能化应用，包括不限于变电站区域安全检测和人员管理；辅助设备监测到的各类信息同样点映到可视化三维模型中，可视化三维模型 支撑无插件浏览器快速加载三维场景，实现三维全景浏览和沉浸式漫游，具备设备模型监测定位及台账信息点击查看功能，融合呈现设备台账信息及告警异常信息，如此点变电站的三维孪生可视化模型可以对变电站进行实时监测，如监测到异常数据，会反馈给数据统计分析模块，数据统计分析模块进行相应的分析及统计分类，并进行相应的告警操作，如测量类的辅助设备的测量数值达到一级阈值时，进行提示告警，达到二极阈值时，则直接进行报警，其他的主设备监控模块或者其他的辅助设备监测模块监测到异常时，则进行相应的报警并将异常的类型进行统计，检修人员的违规操作，如越界、不带安全帽等行为，也进行分类统计，并将统计的数据进行分析，将分析结果反馈到运维工作站的电脑上显示，操作人员在运维工作站的电脑上能进行多项操作，在操作之前需要进行用户登陆，对不同的用户开放不同的权限，如权限高的操作员，可以进行检修模拟、操作票模拟、三维虚拟巡视和告警处理等，而权限低的操作员则智能进行三维虚拟巡视，通过三维虚拟巡视按照设定路线或手动巡视，立体呈现巡视结果，巡视点位与视屏资源自动匹配，点击可推送关联画面，具备巡视点位的巡视资源覆盖分析，直管呈现已覆盖点位和未覆盖点位，并对未覆盖点位提供新增视屏布点策略；告警处理则是出现告警时，及时查看告警信息的类型及位置，并调取告警位置处的视屏信息，而检修模拟和操作票模拟则是先在运维工作站的电脑上点击模拟的操作步骤，如某个电闸的拉闸操作，然后可视化三维模型中会进行相应的预演，在预演的过程中，设备的带电状态，检修区域及安全区域均会出现相应的变化，且变化所需的时间也会直观反馈，并形成单步操作预演视屏，通过观察预演视屏，可以明确的得知此操作步骤的安全性和进行此步骤操作的安全路线，后续的预演也会出现相应的预演视屏，数据统计分析模块会对操作票模拟的每个步骤的预演视屏进行统计分析，进而生成一个完整的操作票模拟指导视屏，视屏中包括每个步骤的安全时间及每个步骤操作的时间（具体为举例为在5min内通过第一段安全路线完成第一个电闸的操作，然后停留30s后进行下一个电闸的操作，并且规定了下一个电闸的操作安全路线和操作的时间），并将生成的指导视屏传输操作人员的手机，操作人员观看视屏后进行操作票的流程操作，而数据统计分析模块通过立体安全管控模块和视屏监测统计操作人员是否完全按照指导视屏进行流程操作，对违规行为进行统计并反馈，再次传输给操作人员的手机，告知操作人员的操作错误，如此能够通过模拟和反馈教育两方面提高操作人员的操作安全性。
如图3-5所示，视屏监测包括固态视屏监测设备和动态视屏监测设备，固态视屏监测设备持续视屏监测，动态视屏监测设备的运行路线与变电站的排水槽重合，且动态视屏监测设备定时巡视或者在SF6压力表、避雷器泄露电流表、温湿度、水位、电流和电压等测量值越过一级阈值的给予提示报警时进行巡视，巡视的动态视屏传递给服务器并显示在可视化三维模型中并保持到下次巡视后更新，变电站的地面10上开设有环形的主水槽11和支路水槽12，主水槽的四个角落为主垃圾收集槽，主垃圾收集槽配合有主盖板13，支路水槽12和主水槽11连接的部位为支路垃圾收集槽，支路垃圾收集槽配合有支路盖板14，且主垃圾收集槽和支路垃圾收集槽的深度均低于主水槽11和支路水槽12，主水槽11和支路水槽12均配合有水槽网15，水槽网15的内底面与主垃圾收集槽和支路垃圾收集槽的底面高度一致，且水槽网15包括处于水槽内的网筒21和网筒21外的网筒安装块22，网筒安装块22下部安装有竖直走向且能插入到地面10内开设的安装孔内的网筒插柱23，动态视屏监测设备为处于正环形主水槽11和支路水槽12上的巡检小车16，巡检小车16包括在地面10上直线行驶的小车主体24，小车主体24上设置有巡检摄像器25，小车主体24下设置有插入到网筒21内且与网筒21侧壁及底板间隙配合的清扫块26，且配合间隙小于10mm。
将视屏监测分成动态视屏监测和固态视屏监测，固态视屏监测通过固定安装的摄像持续的监控重要设备，而动态视屏监测通过巡检小车进行移动，通过巡检小车上的巡检摄像器25进行巡检拍摄，主要是监测一些线缆等非重点设备的监测，动态视屏监测一般是间隔设定时间如6h运行一次，或者是在SF6压力表、避雷器泄露电流表、温湿度、水位、电流和电压等测量值越过一级阈值的给予提示报警时进行巡视，还有就是消防主机进行消防报警时进行巡视，每次巡视后的视屏信息用于可视化三维模型的点位视屏对应，且保留到下次巡检之后再在可视化三维模型中更新，而动态视屏监测的具体操作是通过小车主体24的行走轮运作，进而带动小车主体24直线行驶，在行驶的过程中，巡检摄像器25则会进行视屏拍摄，且在行进的过程中，清扫块26也会随着小车主体24行进，如此清扫块26就会在网筒21内进行移动，既能够确保小车主体24的行进方向不会出现偏移，保证巡检的路径，同时还能够对网筒21内可能存在的垃圾进行清扫推动，将垃圾推入到主垃圾收集槽或支路垃圾收集槽中，避免网筒21的网孔被堵死，确保水槽具有良好的排水功能，在进行垃圾清理时，只需要打开主盖板13和支路盖板14即可对主垃圾收集槽或支路垃圾收集槽中的垃圾进行清洗，实现了动态视屏监测和排水系统的完美结合，排水系统为动态视屏监测的行进路径进行限定，而动态视屏监测则为排水系统进行网筒上的垃圾清扫，确保顺利排水，使二者相互促进。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种数字孪生变电站智能运维系统，其特征在于，包括通过电力专网连接的变电站模组和集控站模组，集控站模组包括运维工作站、服务器和交换机；变电站模组包括信息建模模块、主设备监控模块、辅助设备监控模块、立体安全管控模块和三维虚拟巡视模块；交换机用于将变电站模组和集控站模组的信号直接转换交换，信息建模模块用于生成变电站的三维模型，将三维模型反馈到服务器并在运维工作站的操作电脑上完成变电站三维孪生可视化建模，主设备监控模块和辅助设备监控模块用于实时的监控变电站的运行情况，将监控到的信息反馈给服务器并对应显示在变电站三维孪生可视化模型上；立体安全管控模块用于三维孪生可视化模型中显示设备的带电状、模拟预演、边界划分和作业预警，为工作人员提供精准的检修步骤指导和检修路线指导。
2.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站智能运维系统，其特征在于，信息建模模块以激光点云建立的三维模型为基础，在运维工作站的操作电脑上完成变电站三维孪生可视化建模，且完成的三维孪生可视化建模支撑无插件浏览器快速加载三维场景，实现三维全景浏览和沉浸式漫游，具备设备模型监测定位及台账信息点击查看功能，融合呈现设备台账信息及告警异常信息。
3.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站智能运维系统，其特征在于，立体安全管控包括立体空间防误拓扑与校核、操作票三维模拟预演、检修作业边界划分和作业安全风险预警，立体空间防误拓扑与校核为根据设备连接关系拓扑分析出电器设备带电状态，作为空间安全边界校核的依据，并在可视化三维模型中动态着色显示；操作票三维模拟预演基于倒闸操作票操作序列，自动匹配设备的三维模型及动作动画，通过自动或单步预演操作票操作序列，在操作前基于实景对作业全过程进行危险分析和应对措施的提前准备；检修作业边界划分依据当前检修设备的状态、连接关系和操作顺序，智能形成三维展示界面，通过带电着色功能进行区分隔离边界、检修区域、安全区域和带电设备区域；作业安全风险预警对三维空间中个设备对应区域进行空间关系计算，得到隔离边界、检修区域、带电范围等空间安全边界，对作业人员行为和轨迹进行实时监测和预警，支持对越界进入带电区域和危险区域、超出作业时间在作业区域逗留、进入非工作区域等危险行为进行预警提示。
4.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站智能运维系统，其特征在于，主设备监控模块经正向隔离装置采集变电站原有主设备监控系统的运行数据，包括不限于一次设备状态、二次设备状态和超流信息，并传输到变电站三维孪生可视化模型上，完成数字模型和三维模型的物理映射，以三维立体呈现方式实现主设备电器参量的实时监测和设备台账管理。
5.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站智能运维系统，其特征在于，辅助设备监控模块包括设备在线监测、安全防范监测、动环监控、消防监测和视屏监控，设备在线监测以实时数据、分析数据、历史数据和趋势分析展示形式，实现变压器类、开关类、兼容设备及避雷器设备运行状态的在线监测功能；安全防范监测包括实时监测电子围栏、红外对射、红外双鉴及门禁设备的布防/撤防状态信息、运行工况信息、防区告警信息和故障告警信息，并实现防入侵设备报警确认和布防/撤防操作；动环监测对变电站环境参数、运行状态、通信状态和故障告警信息实时监测，并根据设定的阈值和告警实现对空调、风机就地闭环自动控制，并支持远方遥控；消防监测将变电站的消防主机采用modbus协议接入规约转化装置，用DL/T860送至辅助设备监控模块，实现对变电站火灾自动报警系统动作及状态信息的监控，并实现与视屏监测的视屏进行联动；视屏监控用于实现变电站设备、环境和运维作业的多维度视屏监测，通过视屏智能分析识别技术，实现智能化应用，包括不限于变电站区域安全检测和人员管理；且视屏监测与安全、消防、环境及主设备联动，及时跟踪现场状态变化，推送画面并拍照和录像，为后续分析提供依据。
6.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站智能运维系统，其特征在于，三维虚拟巡视模块基于规划路径实施全站自动巡视和手动自由巡视，立体呈现巡视结果，巡视点位与视屏资源自动匹配，点击可推送关联画面，具备巡视点位的巡视资源覆盖分析，直管呈现已覆盖点位和未覆盖点位，并对未覆盖点位提供新增视屏布点策略。
7.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站智能运维系统，其特征在于，还包括告警管理模块，支持告警信息分级、独立视窗监视和告警抑与恢复；支持拓扑图方式监视系统状态、报警点位平面图定位和设备故障平面图定位；支持自动弹出告警窗、弹出联动信息和告警提醒，告警提醒方式包括但不限于语音警示、图元变色警示和闪烁警示。
8.根据权利要求5所述的一种数字孪生变电站智能运维系统，其特征在于，还包括数据统计分析模块，数据统计分析模块包括异常越界分析与告警、告警信息统计、作业违规信息统计和设备运行统计，异常越界分析与告警具体是通过设置SF6压力表、避雷器泄露电流表、温湿度、水位、电流和电压等测量值告警阈值，对于越过一级阈值的给予提示报警，越过二极阈值则推送严重告警，使运维人员及时发现设备运行异常情况；告警信息统计具体是按照电压等级对变电站分别统计告警总数量，并按告警类型进行分类统计；作业违规信息统计具体是对作业过程中的各类人员违规行为分类统计；设备运行统计具体是对变电站端设备运行情况分类统计，按设备在线率、故障率和故障时间统计。
9.根据权利要求8所述的一种数字孪生变电站智能运维系统，其特征在于，视屏监测包括固态视屏监测设备和动态视屏监测设备，固态视屏监测设备持续视屏监测，动态视屏监测设备的运行路线与变电站的排水槽重合，且动态视屏监测设备定时巡视或者在SF6压力表、避雷器泄露电流表、温湿度、水位、电流和电压等测量值越过一级阈值的给予提示报警时进行巡视，巡视的动态视屏传递给服务器并显示在可视化三维模型中并保持到下次巡视后更新。
10.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站智能运维系统，其特征在于，还包括权限管理模块，具体包括角色、用户组和权限定义，按用户角色授予不同权限，各级权限的用户同时对设备进行操作时，按照权限等级优先高权限用户使用；还包括用户登陆、操作权限查验，所有操作如登陆、控制、退出、告警确认和系统设置等操作，均有详细操作记录，操作记录以人机界面方式展示，可进行查询、统计和备份。
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