胡明曜
深圳供电局有限公司 广东省深圳市 518000
摘 要：基于智能变电站中的UWB定位系统，开发出了一个变电站作业人员安全管控软件。介绍了UWB定位系统原理和应用现状，阐述了系统组成结构、软件设计思路，并根据以往的工作票进行测试，通过工作票中的工作地点描述语句，自动分析工作范围，根据工作范围自动划定电子围栏区域，并自动绑定相关现场作业人员。若人员超出其工作范围系统就发出告警信号，实现对现场作业人员的智能安全管控。为提高智能变电站的安全管控水平提供了新思路。
关 键 词：UWB 智能变电站 安全管控
1课题背景
UWB定位系统是智能变电站的重要组成模块，可是目前在变电站内UWB定位系统只用于定位站内人员位置，从定位系统中获得信息的很单一。然而随着智能变电站的逐步发展，单纯的利用UWB定位系统定位人员信息，显然不能够充分发挥智能变电站的智能运行平台功能，所以我们必须寻求改革和突破，去探索和发现更多UWB定位系统在智能变电站中的新思路，充分利用UWB定位系统。
2 UWB定位技术研究及应用现状
2.1 UWB 定位原理介绍
UWB 是一种无线载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲波来做近距离精确定位，其定位精度可达厘米级。UWB 定位系统主要包含定位基站、定位标签、定位引擎三大部分。利用UWB 技术可以给变电站做人员定位系统，预先在该变电站安装好定位基站。给待定位的设备或人员安装定位标签，标签发射 UWB 信号，与基站相互通信，使标签自身被定位。基站实时通过网络发送数据至本地服务器或云端定位引擎，定位引擎运行定位算法，实现计算标签的坐标位置。
2.2 定位需求分析
变电站场地现场作业种类很多，主要有设备巡视、设备检修、设备预试等， 很多工作范围旁边就是带电间隔，若不严格按照作业方案、监管措施等要求开展工作，很容易导致人身伤亡事故。
变电站对作业人员的安全管控主要体现在作业人员是否在“两票”规定区域工作、与带电设备安全距离是否满足要求。这些安全管控要求需要较为精确的定位才能实现，通过对500kV鹏城站的UWB定位系统进行测试，现场定位精度最低为30cm，能够满足安全管控对定位精度的要求。
2.3 UWB定位技术应用现状
目前通过在场地内划定电子围栏，运用人员定位系统在对现场工作人员的工作地点、行动轨迹进行安全管控，如果人员跨过电子围栏则告警。目前此功能需要运行人员为每一份工作票划定属于该工作票工作地点的的电子围栏，操作复杂，耗时较长，增加运行人员的工作量。
3 变电站作业人员安全管控软件开发
3.1 软件结构
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变电站作业人员安全管控软件中的数据库包括：规则、关键字数据库、电子围栏数据库及管理系统。首先软件会从生产管理系统中导出执行中的工作票，提取工作票号、工作地点、现场作业人员，传递到工作地点分析程序进行识别判断，得到现场作业人员名字及该工作票的工作范围。然后作业人员安全管控程序通过读取UWB系统传递的作业人员定位实时坐标进行判定，若判定现场人员离开了工作范围或道路时，程序发出告警提醒该人员已跨越工作范围。
该软件只需要运行人员、领域专家通过人机接口制定规则、关键字和电子围栏的坐标，从导入工作票到输出工作范围判定结果都不需要人工参与，减少了运行人员的工作量。
3.2 工作地点分析程序
工作地点分析程序首先提取工作票的票号、现场作业人员和工作地点描述内容，根据数据库中的数据进行分析，得出与工作地点描述内容相对应的所有电子围栏数据形成该工作票的工作范围，并将该工作票的现场作业人员与工作范围绑定，传递给作业人员安全管控程序，对作业人员的行为进行实时判断。
以500kV鹏城站从2016年1月-2020年11月的所有工作票为数据，一共1693份工作票，编写数据清洗程序对工作票内的工作地点描述语句进行清洗，删除不必要的标点符号，由于针对的作业现场主要为户外现场，所以筛选出户外现场的工作地点，工作地点主要为开关本体、CT本体、开关机构箱、刀闸机构箱等。
工作地点分析程序对工作地点描述内容进行拆分，以常用分隔符号分隔工作地点，将工作地点拆分为n个工作范围。对于已经拆分的n个工作范围。然后给电子围栏分配关键字，设备的编号作为关键字之一，然后提取关键字“主变”、“刀闸”等，最后通过对n个工作范围进行关键字匹配及识别，如果工作范围与电子围栏名称相匹配则进行绑定。
通过对1693份工作票进行测试，识别准确率约为94.3%，导致识别错误的主要原因为鹏城站在进行综自改造时，许可了大量工作地点与电缆沟有关的工作票，由于电缆沟非常复杂且没有统一编号，无法进行识别，其他设备均能识别。
3.3 作业人员安全管控程序
作业人员行为判定程序对传输得到的人员定位实时坐标、现场作业人员信息、工作范围进行判断，若作业人员定位不在该人员的工作范围内，系统就会提醒该人员已偏离工作范围。
电子围栏采用一个X轴、Y轴表示的平面四方形作为相对于变电站的工作地点位置，通过定位算法，UWB定位系统将实时坐标（x,y）发送到作业人员行为判断程序中通过海伦公式判断作业人员是否在指定工作地点工作，根据等面积法，若人员定位点E在四边形ABCD，则存在4个三角形面积之和等于四边形ABCD的面积。
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海伦公式：公式中a，b，c分别为三角形三边长，p为半周长，S为三角形的面积。
同时对站内的道路也进行区域划定，若现场作业人员坐标不在工作范围和道路里面，则认为该作业人员没有在指定工作范围内工作，系统会提醒现场作业人员偏离工作范围。
3.4 基于UWB定位的变电站作业人员安全管控软件的优点
该系统的优势是相较于目前应用在智能变电站中的UWB人员定位系统，能够直接从生产管理系统中导入相关的工作票数据，并自行分析工作地点，关联相应的现场作业人员及工作范围，只要给现场作业人员佩戴具有防拆卸功能的UWB定位手环，就能对在站内工作的作业人员进行实时的安全管控功能。若作业人员偏移工作范围能够及时发出告警，保障现场作业人员的安全。电子围栏可围成任意形状的四边形，相比于目前只能够围成矩形的电子围栏，能够实现精确定位工作范围。
胡明曜，华北电力大学，大学本科，500kV鹏城巡维中心，指导师傅：万华舰