特高压换流站智能运维系统的设计与实现

金鑫， 王吉灵， 吴非， 汪辉， 郑大威

(1. 国网安徽省电力有限公司信息通信分公司， 安徽 合肥 230022；2. 中国科学技术大学先进技术研究院 新媒体研究院， 安徽 合肥 230088)

0 引言

特高压换流站的设备数量较多，涉及到大量的日常运维工作，一旦设备发生状况造成停电事故，会造成极大的经济损失，给电网带来较为严重的功率震荡，甚至会引起区域电网崩溃[1]。通信系统作为支撑电力通信网络运维和业务管理的核心，其安全稳定依赖各类通信设备及监控设备的正常运行[2-3]。

普通的智能变电站在线监测以三大类在线监测系统为主，分别有油色谱、SF6在线监测非电量和电气绝缘在线监测电气量，各类系统均出自于不同厂家，每套监控系统都有独自的电脑主机[4-5]。其中大部分都在孤立运行，各自具有独立的监测界面，但需要更多的人力来监控、分析以及处理各种类型设备的监控参数。根据换流站的双重监视配置的要求，如果上述监测系统没有被合理集成，将至少需要6套系统和6台主机才可以完成主要参数的监控，这不能满足集中式特高压换流站智能监控的要求。

随着特高压电网以及计算机技术的持续发展，对高压设备实施在线状态监测及检修是未来电力通信系统发展的必然趋势，不仅可以提升管理及维修的水平，而且带来明显经济效益的同时，为高压设备运行的安全性和稳定性提供了强力的技术支持[6]。近年来，在线监测系统在一些变电站推广应用，并取得了一定的成效，然而，由于各系统的独立性，没有统一的通信协议，缺乏统一的支撑平台以及有效的数据挖掘机制，对各种系统的监控信息无法综合汇总分析，形成数据服务可供其他系统使用，造成了大量资源浪费，而且也增加了现场操作和维护工作的难度[7]。

目前，在通信设备运维方面主要依靠动环监控系统、各类网管软件、通信管理系统以及人工现场巡视等方法，设备运维的实时、直观、高效方面需要进一步提升。为此，文中设计一个特高压换流站智能运维管理系统。

1 智能运维系统设计思想

目前±1 100 kV特高压古泉换流站通信运维智能化应用主要使用TMS系统设备信息的管理和动环监测系统对通信系统的动力环境监测，需要进行集成开发，建设统一的智能运营管理平台。

(1) 智能化运维管理：将目前的机房建设结构信息、设备硬件信息、实时监测数据进行三维建模，实现三维可视化展现，在国网安徽省电力有限公司本部运营监控中心实现动态数据的声、光预警、报警。

(2) 远程指导：通过音视频及AR技术，实现专家对通信系统现场作业的远程在线指导工作，未来该技术在全省各个基站充分利用的情况下，减少专家差旅行程，提高应急故障处理时间，提升专家工作效率。

(3) 虚拟现实应用：通过VR技术应用，解决通信系统设计结构、设备应用布置完全依赖图纸的现状，通过沉浸式交互体验，可对通信系统目前基建各项参数进行直观了解，对通信系统的改造建设提供有效的直接的数据。

(4) AR巡检辅助：在通信系统巡检过程中，通过AR技术实现设备的识别及数据的同步传输，帮助作业人员快速获取检修设备的系统参数和运行状态数据。

(5) 双控门禁：目前的门禁系统无法满足国网安徽电力有限公司本部运维管理中心对±1 100 kV特高压古泉换流站通信运维智能化应用巡检维护的出入进行有效管控，需要升级改造成双控门禁，现场一次授权，运维管理中心二次授权，两次授权成功后方可进入。

2 特高压换流站智能运维系统的设计与实现

2.1 系统整体框架

完成通信运维三维可视化系统、AR/VR虚拟场景应用、现场作业远程指导模块、通信系统双控门禁模块等设计内容，如图1所示。

图1 一体化智能运维系统架构示意图

通信运维智能化应用由运维管理大屏、管理后台组成、VR应用、AR应用、双控门禁以及由数据集成构成的业务底层构成。

运维管理大屏在可视化界面直观对信息分析及数据浏览，系统也通过运维管理大屏实现对值守人员的预警、报警，运维值守人员可在管理后台实现对各类数据的管理、处理等操作，管理后台主要实现角色、站点、数据收集、数据分析、事件日志、指挥调度等在线管理业务。

2.2 数据库设计架构

1 100 kV特高压古泉换流站通信运维智能化应用将支撑网数据(TMS系统数据、动环监控数据)、3D建模数据(基建设计数据、设备部署参数数据)融合为一体，以满足智能化运维需求。具体架构图如图2所示。

图2 系统数据架构

2.3 三维可视化数据流程

通信运维智能化是本设计的核心功能，主要实现对±1 100 kV特高压古泉换流站通信系统的设备硬件进行可视化、智能化运营管理，系统通过TMS集成接口获取通信设备数据，通过动环监测集成接口获取环境状态数据，依据通信系统基础建设、设备部署等参数进行3D建模，这三部分数据分别在VR、AR、运营大屏不同业务场景中进行交互反映。其具体流程图，如图3所示。

图3 三维可视化数据流程图

2.4 双门禁系统改造

对现有的门禁系统授权进入数据节点进行改造，增加向通信智能化应用授权请求节点，授权公司成功完成授权，作业人员刷卡可进入通信系统。若授权公司拒绝授权，作业人员则无法进入通信系统。无论授权是否成功，系统都会记录授权日志，以满足系统管理过程中的日志查询需要。改造后的拓扑图，如图4所示。

图4 双门禁系统拓扑图

2.5 一体化智能运维系统实现的功能

基于Java开发、MySQL数据库软件以及应用服务器，实现了特高压换流站一体化智能运维系统的设计，具体实现功能如下。

(1) 系统管理。开发系统的基础参数配置、角色管理、日志管理、通知管理、任务管理等功能；

(2) 三维可视化。开发数据的采集、数据存储、数据分析与可视化展示等功能；

(3) 全景建模。开发三维机房VR建模、实时信息浏览、沉浸式在线漫游、设备信息观察；

(4) AR巡检。开发沉浸式体验、三维场景漫游、事故演练仿真、设备拆分组装等功能。

(5) 远程指导。开发位置定位、数据处理显示、点位跟踪等功能；

(6) 双控门禁。开发进出请求管理、进出请求授权、进出请求维运提示等功能。

3 总结

±1 100 kV特高压古泉换流站通信运维智能化应用充分利用“大云物移智”等泛在电力物联网的前沿核心技术，通过对现有的TMS系统以及动环监控系统数据进行集成开发，实现通信系统三维可视化、VR虚拟现实场景应用、AR增强场景应用、远程指导场景应用、双控门禁应用，通过三维建模与生产数据相融合，实现通信系统在运维管理方面的视觉可视化，提升通信系统运维管理水平和效率。