前言
當前，進入“十四五”時期，在市場需求、技術(shù)創(chuàng)新與公共政策的協(xié)同推動下，我國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模將進一步擴大。電網(wǎng)作為與人民生活息息相關(guān)的領(lǐng)域也正加快著前進的步伐，以適應智能社會的發(fā)展。變電站作為電網(wǎng)的核心環(huán)節(jié)，智慧變電站的出現(xiàn)改變著傳統(tǒng)變電站運維模式，實現(xiàn)變電站智能化、綠色化的轉(zhuǎn)變，加快構(gòu)建“無人值守+集中管控”的變電運維新模式的轉(zhuǎn)型升級，亦推進了智慧電網(wǎng)的發(fā)展。
今天將采用 Hightopo 的 HT for Web 產(chǎn)品來構(gòu)建輕量化的 3D 可視化場景，建立動態(tài)的數(shù)字化變電站模型，數(shù)字孿生變電站可視化系統(tǒng)。多維度呈現(xiàn)變電站運維場景，實現(xiàn)變電站運行狀態(tài)實時監(jiān)測，運維設(shè)備、控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通。加強變電站設(shè)備的全狀態(tài)感知力與控制力，增強變電站安全生產(chǎn)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(wǎng)效果。500kV 變電站為樞紐站，主要用于跨區(qū)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(shù)量有限，整個福建省有 26 座，閩南片區(qū) 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(xiàn)出福建省中 500kV 超高壓變電站在三維電網(wǎng)地圖上的位置，同時繪制出具有動態(tài)流動效果的輸電網(wǎng)，生動形象的展示出輸電網(wǎng)的運作狀態(tài)。
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(jīng)緯的信息，亦可利用投影算法，將經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換為平面坐標，動態(tài)生成站點。
HT 也提供結(jié)合 GIS 地圖展示所有變電站點位的解決方案，HT for Web GIS 產(chǎn)品的定位在于運用產(chǎn)品強大的可視化技術(shù)，將地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）的數(shù)據(jù)進行豐富的可視化展示，實現(xiàn)將數(shù)量龐大的變電站點位數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在三維地圖上。使用 GIS 的好處是可以通過多細節(jié)層次（ Levels of Detail , LOD ）的方式加載出更多地圖細節(jié)，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(shù)，根據(jù)變電站現(xiàn)場的 CAD 圖、鳥瞰圖、設(shè)備三視圖等資料進行還原外觀建模，通過 HT 實現(xiàn)可交互式的 Web 三維場景，可進行縮放、平移、旋轉(zhuǎn)，場景內(nèi)各設(shè)備可以響應交互事件。
系統(tǒng)分析
運行狀態(tài)全局監(jiān)控通過多源數(shù)據(jù)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(tài)信息，可快速的定位發(fā)出預警的變電站。將電網(wǎng)負荷信息展示在頁面面板上，可直觀得知當前負荷數(shù)據(jù)及歷史負荷數(shù)據(jù)，實現(xiàn)整個輸電網(wǎng)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(shù)，展示電壓互感器和電流互感器供電的全部回路走向，結(jié)合科技感元素模擬電流流動效果，實現(xiàn)對一次設(shè)備（變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等直接用于生產(chǎn)和使用電能的設(shè)備）運行工況的監(jiān)視、測量、控制及調(diào)節(jié)等。
智能巡檢
變電站日常維護需要大量的巡檢人員對設(shè)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(fā)，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(tǒng)代替人工巡視，實現(xiàn)變電站的自主監(jiān)測、監(jiān)控預警和數(shù)據(jù)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(tǒng)，根據(jù)報警設(shè)備發(fā)出報警信息，及時到達目標位置，能夠?qū)崟r查看巡檢視頻及報警信息，工作人員可及時知曉并作出相應的處理。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(jiān)控管理。
設(shè)備實時監(jiān)控
在變電站可視化系統(tǒng)中將一次設(shè)備規(guī)模和感知設(shè)備規(guī)模顯示在頁面面板中，便于運維人員統(tǒng)計相關(guān)設(shè)備數(shù)量。
在頁面中展示重點關(guān)注設(shè)備狀態(tài)，利用不同顏色的圖標代表不同的設(shè)備狀態(tài)，即正常[藍色]、異常[黃色]、重癥故障[紅色]。一旦設(shè)備狀態(tài)異常，則會出現(xiàn)在該區(qū)域，而重癥設(shè)備需要馬上進行維修。實現(xiàn)此功能，是根據(jù)設(shè)備監(jiān)測傳感器閾值判斷的情況，由后臺給前臺推送狀態(tài)參數(shù)，前臺根據(jù)狀態(tài)參數(shù)，將對應設(shè)備圖標放入該位置。數(shù)字孿生變電站系統(tǒng)的設(shè)備監(jiān)控，利用人工智能分析等技術(shù)對設(shè)備實時數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)進行分析研判，進行實時診斷，告知設(shè)備的健康狀態(tài)，由人工預防檢修轉(zhuǎn)換為智能預測檢修。
HT 三維可視化系統(tǒng)支持跨平臺瀏覽，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(jiān)控，使得以往運維人員必須在主控室內(nèi)進行管控的局限迎刃而解。
設(shè)備管理
變電站部署了溫濕度等智能感知元件，實現(xiàn)了變壓器、氣體絕緣變電站（Gas Insulated Substation，GIS）、開關(guān)柜等設(shè)備及環(huán)境信息的全面實時感知。在設(shè)備實時感知列表中，設(shè)備的報警、故障、空閑、在線等狀態(tài)信息以不同顏色展示，實現(xiàn)一次設(shè)備的實時狀態(tài)監(jiān)測與評估。通過智能分析，自動對設(shè)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(shè)備做出不同的配置，使得設(shè)備管理決策不再盲目，建立從設(shè)備、現(xiàn)場到企業(yè)管理之間的高效地橋梁。
人員定位之作業(yè)安全預警
實時跟蹤人員的位置，根據(jù)后臺傳回的位置信息，在三維場景中進行標識，實現(xiàn)對工作人員位置的監(jiān)控。依據(jù)系統(tǒng)中的安全操作區(qū)域，結(jié)合工作人員的定位信息，判斷其是否在安全區(qū)內(nèi)工作，若超出安全區(qū)則向作業(yè)人員發(fā)出安全告警。結(jié)合三維實景中預設(shè)的電子防護欄，當人員誤入設(shè)定的危險區(qū)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(shè)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(gòu)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(fā)的這套 3D 可視化系統(tǒng)，可作為變壓器現(xiàn)場安裝及維護工作的仿真培訓資料，高效而又靈便的實現(xiàn)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(jiān)測變壓器中溫濕度傳感器的信息數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，可更加快速且精確的定位變壓器具體部件的發(fā)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(shè)備實操
采用 HT 創(chuàng)新的 3D 可視化建模技術(shù)，搭建隔離開關(guān)設(shè)備可交互式環(huán)境，提供全方位與實操式的培訓體驗，較好地解決了專業(yè)的大型復雜設(shè)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(guān)操作機構(gòu)的操作面板、主刀閘、左側(cè)地刀、右側(cè)地刀等部件，讓用戶直觀操作設(shè)備，了解其動作原理，真正地實現(xiàn)三維交互仿真演示培訓。
感知數(shù)據(jù)實時監(jiān)測
每一種傳感器根據(jù)實際安裝位置分布點位，將 GIS 等一次設(shè)備的在線監(jiān)測點一一標識出來，每個點位的傳感器狀態(tài)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(xiàn)。當鼠標滑到傳感器點位上，展示其實時狀態(tài)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(shù)據(jù)及趨勢曲線。同時，可以方便的根據(jù)傳感器菜單切換查詢其他位置的傳感器歷史數(shù)據(jù)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(shè)備電力接線圖，利用 HT 技術(shù)繪制的 2D 組態(tài)圖，也可升級為 3D 組態(tài)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(shè)備的狀態(tài)皆可以通過 3D 組態(tài)圖的形式展現(xiàn)，使得非專業(yè)人士所不能理解的連接關(guān)系，通過圖形、動畫等形式顯示在 Web 場景中，實現(xiàn)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(shù)據(jù)，當系統(tǒng)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(jié)點，用戶可自行查閱歷史檢修記錄，并且導出相應的自檢報告。智慧檢修，能夠?qū)崟r檢測設(shè)備健康狀態(tài)和監(jiān)控設(shè)備預警，幫助人工識別與定位設(shè)備故障，從而以更高的效率生成更優(yōu)的檢修方案。
總結(jié)
圖撲軟件的變電站 3D 可視化系統(tǒng)將多種復雜的管理系統(tǒng)信息聚集在虛擬仿真環(huán)境下，搭建變電站全場景的呈現(xiàn)，通過智能數(shù)據(jù)分析，人工智能巡檢、實時監(jiān)控告警等功能的結(jié)合，使運維人員更高效的集中監(jiān)控管理，達到降本增效的目的。基于多年項目經(jīng)驗積累和夯實的可視化技術(shù)支持，可根據(jù)業(yè)務需求進行高效的定制化設(shè)計與開發(fā)，為行業(yè)建設(shè)添磚加瓦。
