艾澎
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摘要：变电站是电力系统的中枢，对电能的传输与分配起到至关重要的作用。提高变电站的安全管理水平，尽可能的降低停电事故，最大减少人员伤亡，是作为当前所有的电力公司需要做到的目标。当前电力生产与检修过程中主要通过规章制度、安全围栏、五防闭锁与现场人工安全监护等方式对作业人员的安全进行保障。在这样的背景下，本篇文章是基于UWB定位技术所提出针对变电站的安全监控的方案。并且通过对此定位技术的结构，以及软件层面的设计来制定出符合当前系统。同时也开发出能够运用在实际变电站当中的安全监控系统，取得了良好的应用效果。
关键词:UWB定位技术；变电站；安全监控系统；设计
引言：UWB定位技术由于具有定位精度高的特点，使得它能够在未来的能源安全生产中得到广泛使用。本文介绍了安全监控系统的结构，开发了安全监控系统的硬件架构和软件结构，并根据变电站发展的实际需要实施和完成了基于UWB定位技术的安全监控系统的相应算法和标准的制定。通过现场测量的数据结果表明，基于UWB定位技术的安全监控系统可以有效锁定，进一步验证了监控系统的正确性。
1UWB定位技术基本原理
UWB定位的其基本思想是测量距离和方向，并通过算法确定目标位置，一般有三种初始定位方法，例如使用基于到达时间的估计法、基于到达时间的估计法以及基于接收信号强度的估计法，其基本原理如下所示:由2个固定位置参考点获取的动态目标信号到达角度计算动态目标的位置。该种定位方式不需要与强制参考点天线同步。基于到达时间的定位方法具体可分为基于到达时间与基于到达时间差两种方法。基于到达时间的定位方法采用3个位置信号发射器向动态目标发射信号，根据信号的接收时间与位置信号发射器信号发射时间计算出3个位置距离计算动态目标的绝对位置。基于接收信号强度的定位方法主要依靠信号强度与特定的通信信道衰减模型估算参考点与动态目标之间的距离，由多个距离信息便可利用与基于到达时间相似的定位原理计算动态目标的绝对位置。方法实施起来较为复杂且影响因素众多，因而定位误差较大[1]。
2硬件架构及原理
2.1系统结构基于
UWB定位技术的变电站安全监控系统结构分为3层，包括感知层、平台层与应用层。感知层是最底层的硬件层，在前述基于UWB定位技术的基础上，通过对变电站施工与检修现场人员与机具信息的采集与处理，实现对现场目标对象位置的智能感知。平台层将相应数据进行储存、治理与配置，以方便后期的调用与分析。应用层是实现目标定位的高级应用层，它能够对数据库中的目标对象信息进行调用与分析，并借用预置的多种智能算法对目标位置进行实时判断，从而对相关越位对象进行管控，并及时发出预警信号，从而助力实现变电站的安全管理，提升管理效率与水平。
2.2硬件系统设计
基于UWB定位技术的变电站安全监控系统的硬件模块主要包括定位标签、定位终端、信号发射与接收器、定位配置器、预警系统以及服务器。定位器终端有一个小型的无线电发射器和接收器，用于产生和接收超宽带无线电信号。定位终端则利用上述信号结合定位算法完成对定位标签的定位，从而获得移动目标的具体位置，定位装置的有效工作范围为100m径向范围。
信号发射器和接收器将信号发回给定位终端，定位终端将与位置信息相关的数据打包后发送给服务器。服务器可以调用各种预设算法，在满足预警标准时与内置标准进行比较，则发出预警系统的预警信号。
3软件系统设计
本文采用扁平化设计方案，共设置3个等级的操作菜单，而所有的一级菜单均按照功能进行划分，并在其下设置分类明确与操作简洁的子菜单。在此当中的所有设计都是基于Wed技术下完成的，对变电站安全管理人员来说非常方便。软件设计采用经典的分布式处理模式来实现分配以及对任务管理功能、通信管理、数据管理和可视化控制等多项功能。主要包括任务分配与管理、客户管理系统、监控系统服务器、通信服务终端及ＲTLS中间件等模块。各个软件模块可以根据需要内置于不同的硬件上，或者直接集成于同一个硬件模块上[2]。
4现场应用与案例分析
4.1定位精度验证
在基于UWB定位技术的定位精度进行验证过程时，是需要在220KV的变电站进行了配电测试，对站内服务人员的位置进行实时定位。根据工作区域特点 对于服务人员来说，在没有电磁干扰和没有屏蔽的区域，封闭和电磁干扰的典型位置，或目标的定位距离和统计特征进行测试。可知，在无电磁干扰与无遮挡物的情况下，定位误差均在3cm以内。在有遮挡物与有电磁干扰这两种情况下，虽然定位误差均大于3cm且最大达到了25cm左右，但上述测试结果是在最严苛的测试条件下得到的。考虑到现场选点布置时可以将点尽量选在无大面积遮挡的地方，且实际施工或检修作业时总有大范围停电区域，电磁干扰也不会有测试时强。因此，可以认为实际应用的误差范围不会对现场作业人员的安全监控产生影响。
4.2系统功能验证
为了验证系统的功能正常，对该220kV变电站201开关间隔进行了模拟，201开关停电作业，但相邻的间隔是带电的。这需要作业人员离开停电作业的区域范围，并且也要求工作人员保持以正常的行走速度前往工作区间附近的外围区域。如果操作者靠近活动工作区的墙壁十厘米以内，系统会及时发出警告信号。测试结果表明，软件系统运行正常，指定的危险距离标准可以有效评估操作者的安全状况，并且留有一定的安全裕度，也为作业人员留有对预警信号的反应时间，同时进一步验证了基于UWB定位技术的定位准确性[3]。
结语
基于UWB定位技术的特性和变电站安全监控的要求，本文提出了一种基于UWB定位技术的道路安全监控系统，设计了监控系统的硬件系统和软件系统，并开发了基于UWB定位技术的变电站安全监控系统的相关人员与机具进行有效安全监控，有利于提高变电站设备运维与人员作业的安全水平，具有重要的工程实用价值与意义。
参考文献:
[1]赵俊蕾,李勇,刘海峰,王文轩.基于UWB定位技术的变电站安全监控系统设计[J].电气自动化,2021,43(02):13-15.
[2]周刚.基于UWB定位的变电站作业安全监控技术研究[J].中国安全生产科学技术,2016,12(08):125-129.
[3]刘志斌,赵桂军,梁雪梅.基于实时定位技术的变电站智能安全管理系统[J].电力系统及其自动化学报,2013,25(06):138-142.