(中国电建集团吉林省电力勘测设计院有限公司 130022)
摘要：近年来社会用电需求的不断增大，电力工程建设数量也逐渐增多。在变电站的运营过程中，需要对变电站进行检修控制，结合变电站输出电力特征的智能分析，采用三维定位方法，进行变电站的检修和智能预警，提高变电站的智能控制能力，研究变电站检修安全预警方法具有重要意义。本文就基于三维定位的变电站检修安全预警系统设计展开探讨。
关键词：三维定位；变电站；检修；安全预警系统
引言
变电站是我国电力系统重要的组成部分，变电检修是对电力系统的可靠性进行一次预防性检测与维护。变电检修工作存在一定的安全问题，有可能对检修工人和生产设备造成严重威胁。基于三维实景的检修推演解决方案，通过融合空间测量、吊车/登高车/卡车作业、设备拆卸吊放、设备装配、安措布置等功能，提供基于整个三维实景的变电站检修过程全程精细推演，支持人员培训、可视化方案制定、过程模拟和风险管控，提高检修推演过程实景化、精细化、可视化程度以及安全防护水平。
1变电站检修安全预警的图谱特征检测
采用确定性网络向分布式随机检测方法，对变电站检修安全预警的图谱特征点进行灰色不变矩检测，其表达式为:
.png)
式中，Vm表示轮廓曲线拐角点，Vn表示图谱透射率。基于双机系统检测模型，进行变电站检修过程中的安全预警图谱的特征检测，得到卷积稀疏自编码特征量在每个尺度σ(n)(1，2，…，n)上的统计分布特征量H(x，y，σ)的表达式为:
.png)
式中，J表示变电站检修安全预警图谱特征空间。以尺度值作为变电站检修安全预警图谱的负荷极大值点。为此，对变电站检修安全预警图谱的特征分布多项式进行求导运算:
.png)
式中，x，y分别为变电站检修安全预警图谱的横纵坐标，R为图谱分辨率。在特定图谱区域a，b，c，d，e内特征点三维图像特征式中，采用自适应加权算法进行变电站检修中电力系统受扰响应特性分析，电力安全预警的图谱提取过程的轮廓区域修正，修正过程描述为:
.png)
在最大值搜索区域内，求电力系统受扰响应特征分布的角点(x，y)的亚像素级坐标，进行多分辨变电站检修安全预警的图谱信息融合处理，得到故障类型，完成变电站检修安全预警图谱特征检测。
2基于三维定位的变电站检修安全预警系统设计
2.1系统功能需求分析
系统的功能需求有：变电所场景漫游、对设备的控制操作、常见事故处理、主要元器件的拆装学习与训练。（1）变电所场景漫游。变电站内设备众多，器件复杂。培训学员只有熟悉工作环境，对复杂的设备建立直观印象，才能确保工作不出错。设计虚拟现实变电站场景漫游功能，可以使学员在虚拟的变电站场景里漫游，并观察变电所的架构及其设备的结构、尺寸。（2）对设备的控制操作。掌握操作设备的基本流程并且熟练操作这些机器设备，对变电站培训人员来说至关重要。该功能突破了实际设备在培训时间、场地、安全方面的限制，缩减了高昂的训练成本和避免了样机的损坏。（3）常见的事故处理。由于种种不可控因素，现实工作中常需面对突发事故。处理事故是变电所工作人员不可回避的课题。针对这种情况，需要特别设计一项功能来传递突发事故的处理信息，以使培训学员直观地掌握这些知识。（4）主要元器件的拆装学习与训练。如果想真正地认识一件事物，就必须了解它的内部细节。了解重要元器件的构造对更好地理解整套变电站运行具有重要意义。
2.2系统功能设计
（1）变电所场景漫游。变电所场景漫游主要是通过3DSMAX三维建模软件对实际的变电空间、场景、设备等进行虚拟建设，通过一定的贴图营造出真实的运作环境，然后利用VRP平台将模拟场景进行平面投放，以此完成了变电所的场景漫游。（2）对设备的控制操作。要对变电设备的具体尺寸、信号、结构以及各参数进行信息资料的整合，并按照实际数据进行设备控制操作的虚拟现实反馈。在VRP平台中进行编辑设置，进而实现在虚拟环境下的交互操作。（3）常见的事故处理。对实际设备在运作过程中容易发生的事故进行操作流程备份，并依照事故发生的具体状态在VRP平台中进行模拟还原，并对模拟事故进行特效处理。（4）主要元器件的拆装学习与训练。获取主要元器件结构、参数和拆装顺序信息等资料后，利用3DS,MAX三维建模软件对对象建模、指定材质贴图、设定光效并贴图烘焙。然后在VRP中进行按钮编辑、相机编辑，以完成对虚拟元器件的拆装学习与交互操作训练。
2.3系统的模块化设计
在DSP和FPGA集成处理环境中实现变电站检修安全预警系统的硬件设计，采用132Mb/s的总线传输方法进行变电站检修安全预警的传输链路总线设计，采用嵌入式的硬件设计技术，构建变电站检修安全预警系统的图像信息采集模块。采用交叉编译控制技术进行变电站检修安全预警系统的程序加载设计和自适应控制，采用4路联合Cache进行变电站检修安全预警中的模块化设计，在ADSP21160处理器环境下进行变电站检修安全预警系统硬件设计。
2.4对变电站检修点推演危险点预测、预控、预防
变电检修工作的场地是安全问题的一个重要来源。工作场地所具有的高空、带电等特点对工作人员人身安全产生巨大威胁。在检修的工作场地，很多设备是带电的，有的甚至电压很高。如果发生失误，检修工作将会严重威胁员工的生命安全。变电检修工作需要根据电网运行中存在的不安全因素，事先做好风险的防范工作。提高变电工作人员对工作中危险点的分析能力。在检修工作过程中，员工要对变电站的危险点进行分析，将危险扼杀在萌芽状态。对现场危险点进行预测、预控、预防，只有防范措施到位，提高控制现场的能力和水平。基于变电站三维实景的检修预演平台可以实现在逼真场景中进行对危险点的预测、预演，继而实现在现场作业时有效地预防、预控。(1)基于精确坐标的三维激光点云建模技术，1:1真实还原变电站场景，场景中的每一个电气设备均有精确的空间坐标。(2)为电力系统定制的三维引擎与实景建模技术进行无缝融合，通过系统下发的指令，反向定位三维场景中的电气设备,直观地展现设备所处场景位置和外观,以及直观地了解设备周边环境。(3)平台中任意点与周边带电设备精确测距。
结语
在变电站的运营过程中，需要对变电站进行检修控制，结合变电站的输出电力特征的智能分析，采用三维定位方法，进行变电站的检修和智能预警，提出一种基于三维定位的变电站检修安全预警系统设计方法。采用三维成像技术进行变电站检修安全预警的图谱特征分析，采用活动轮廓检测方法进行变电站检修安全预警的图谱异常区域特征点定位，在变电站检修安全预警图谱的分块区域内进行动态特征分析和灰度直方图提取，采用三维定位和特征重构方法，实现变电站检修安全预警的视觉特征分析。在DSP和FPGA集成处理环境中实现变电站检修安全预警系统的硬件设计。研究得知，采用该方法进行变电站检修安全预警的精准度较高，自适应性较好，检修的安全预警性较好。
参考文献：
［1］张毅，胡俊华，彭晨光．基于精确坐标的特高压变电站三维实景现场作业人员定位系统研究［J］．科技创新导报，2019，(21):1－2．
［2］叶海峰，宋祥春，陈存林，等．变电站三维实景的检修预演平台的开发应用［J］．科技创新导报，2018，15，435(03):41－42．
［3］陶松梅．三维可视化技术在变电设备检修培训中的应用［J］．广西电力，2018，(4):38－42．
［4］杨西银，刘江，田锋，等．变电站三维可视化安全管理［J］．电力安全技术，2018，18(8):4－6．