云南电网有限责任公司普洱供电局 云南 普洱 665000
摘要：随着电网的增速发展，信息量迅速的增大，电网工程规划、设计、施工、移交、运行过程中形成各类庞大的、异构的数据在实际生产过程中难以有效利用，在生产运行的工作效率和经济效益上已无法满足当前及未来电网供电公司追求管理精益化、降本增效的战略发展需要。本文论述了通过建设输变电三维可视化智能信息管理平台，实现电网基建、生产、运行过程的数字化和智能化，利用信息的高度集成技术服务于生产和运维管理，打破信息孤岛，形成协同的智能生产效应。并以工业4.0的理念，研究基于异构数据的变电站三维可视化运维辅助应用研究，形成输变电设备信息集成的三维可视化智能信息管理平台，为变电站可视化运维提供辅助支撑。
关键词：变电站异构数据；可视化运维
一、引言
随着电网行业信息化的建设，各种集成的通讯系统，生产信息化系统，业务网络系统庞大而复杂，给变电站的运维管理部门带来了新的难题。业务运行环境越来越复杂，各种业务系统越来越多，系统对相关资源的依赖性高；运维工作繁重，缺少自动化工具和手段，维护人员每天面临大量的重复性的手动数据检索工作，不仅费时费力，而且容易出错，亟需自动化的手段帮助提升效率；由于数据源的分散、数据源的不规范，无法有效实现不同数据源之间的数据相互校验，数据源的可靠性、准确性、一致性无法得到保障。这些问题对输变电业务的持续维护运行埋下了众多隐患。因此没有实现唯一、完整的数据源管理这是困扰电网作业安全开展、高效率开展的主要障碍。供电可靠性对电网企业数据质量提出了更高的要求，安全更是电网企业必须严格把守的底线。
基于异构数据的变电站可视化运维可以从两方面分析数据来源，分别为变电站工程静态数据以及生产运维过程中的动态数据。变电站工程静态数据又包括：变电站三维模型、竣工图纸、主接线图、文档资料、视频、图片等。生产运维过程中的动态数据如：SCADA系统的实时数据、生产管理系统数据、GIS地理信息数据等。工程静态数据与生产运维动态数据，两种截然不同的异构数据，需要统一转化形成统一处理的系统数据，因此电网企业对数据和信息的管理应该以业务对象为单元，实现数据和信息的对象化管理。通过以三维可视化的变电站，将异构的工程静态数据以及生产运维动态数据实现统一集成管理，建设变电站三维可视化智能信息管理平台。
输变电可视化智能信息管理平台中，以建立全电压等级的三维变电站信息化模型，形成与现场一致的全专业全范围三维变电站信息化模型和完整的变电站基础信息数据库，通过该平台在电网运维期可以方便的对所有工程资料进行信息浏览，导航，检索，变更，并集成运维期各运维系统包括：生产管理系统、SCADA实时数据系统、GIS地理信息系统，形成涵盖整个变电站的三维可视化智能数据管理、检索中心。基于三维对象化信息模型为中心的，多系统数据集成的基础上，建立虚拟培训系统以及手持终端APP，“静态数据”与“动态数据”将变电站的运维管理贯穿于现场变电管理与运行业务相结合，实现与变电站的区域电网变电站设备三维智能应用，并可以借助系统集成的实时数据以及台账数据通过异构数据分析，为变电站实现三维可视化的运维辅助决策提供数据支撑。
二、实现功能构架
三维可视化智能信息管理平台，基于异构数据分析的变电站三维可视化运维辅助决策主要分为四个管理层次，分别包含基础数据层、数据储存层、功能层、以及展现层。
基础数据层主要涵盖了变电站文本、图片、文档、音频、视频、竣工图纸、设备说明文档、用户使用手册、运规等基础静态资料，以及运行管理过程中从SCADA及生产管理系统等业务系统中集成的动态数据。
数据储存层，主要通过静态的文档资料数据的导入以及SCADA实时数据及生产管理系统等动态数据集成，在数据存储的过程中通过各种来源数据的对象化，以及数据库的编码映射实现数据的对象化管理和相互关联。
功能层包括了三维可视化智能信息管理平台中的基本功能，主要有三维模型管理、数据关联、数据校验、数据检索、数据浏览、报表管理、权限控制。
数据展现层，在平台功能的基础上实现数据功能展示，包括以三维模型为基础数据建设三维虚拟仿真系统，实现设备管理工作中可视化运维管理、建设以异构数据为基础的移动端管理应用、以及通过结构化及非结构化的数据关联，实现系统数据集，通过数据挖掘分析为三维可视化设备的智能管理提供辅助支持。
图1系统构架图
三、主要功能实现
1、变电站三维全景可视化
三维输变电信息化的建设是以基建过程的图纸资料为基础（包含设备厂家、设计院、施工单位及其他涉及的图纸资料），以现场实际线路、建筑及相关设备为准，实现输变电智能化可编辑的三维信息化模型建立；设备模型实现直观性、三维立体化、局部微观精确化表达，满足全部对象的可编辑性要求，达到以三维模型为核心的数字化信息（三维模型、工程图纸和文件等）的集成化和关联性管理要求。
输变电三维信息化模型的建设，对输变电所有对象包括：土建结构、电气一次、电气二次、水工、设备以及输电线路等各专业进行一一对应建模。在本项目实施过程中通过三维模型信息化、对象化，构建元件库并采用模块化建设方式，不仅实现快速的变电站三维信息化模型创建，并有利于快速推广和后期维护。变电站三维信息化模型还需要满足建立虚拟交互式培训场景的需要，满足后期普洱局建立虚拟培训体系的要求。在完成一次性建模后，多种应用场景均能使用，避免重复性建设。
以对象化可视化技术为基础的变电站三维信息化模型，其显著的特点是并不是“以图形为中心（Graphic Centric）”而是“以数据为中心（Data Centric）”，这一特点可以确保设计过程中形成的三维模型和保存在数据库中的数据保持完全统一，对三维模型做出的任何修改，都会在相应的数据库得到保存中，这样就保证了数据和模型的一致性。因此三维信息化变电站建设能够通过完成项目的数据库的建立，为后续相关工作提供有利于管理的电子化信息数据，以及后续工作设备台账管理、运行检修等。最终通过变电站三维对象化模型，实现多源异构数据的集成关联。
2、异构数据统一集成管理
以三维模型为载体，集成来自变电站全生命周期的各种来源的数据。可以支持实现B/S查看和浏览各类文件，包括常用的平面和3D绘图软件、工程计算软件、工艺流程设计软件以及输变电建设全生命周期中涉及到的相关软件或平台的结果文件。
输变电项目相关人员通过变电站三维可视化智能信息管理平台可以实现零风险地基于权限的信息共享，并实现真正基于工程信息、基于互联网的项目全周期受控协同工作，从而有效提高数据质量和一致性，降低风险。平台架构基于ISO15926标准，定位于为工程人员提供不基于具体应用程序的信息访问，提供技术最先进的通用一体化数据集成途径，满足用户在三维数字化输变电中各类可视化信息查询及信息共享需求。
通过建设输变电三维智能化信息管理平台实现变电站的设备三维模型与图纸资料、设备三维模型与业务系统数据的二、三维集成关联，形成设备运行管理的数据中心，为设备的管理、维护提供智能化的安全管理手段。
在以往的变电站设备运行管理中，受限于电网的信息化规划建设，涉及到设备维护、运行、管理的业务信息，散落于不同的业务系统中，各种数据缺乏有效的集成和快速利用手段。通过输变电三维可视化智能信息管理平台的建设，利用平台的二、三维集成关联技术，集成了SCADA、生产管理系统、视频监控系统、爱数文档管理平台等不同数据源的信息，覆盖了设备全生命周期过程中产生的各种图纸文档和信息数据，实现了设备信息的集成和便捷利用。
信息查询更快捷。例如通过点击设备三维模型，可快速查看设备的具体信息，包括设备台账、设备运行状态、设备的图纸资料、检修记录等等。同时，通过平台的智能报表工具，一线人员根据不同专业的需求自行定义报表，而无需通过软件开发，就可以穿透几个业务系统的数据，获得所需要的数据报表。
3、可视化安全运维培训
传统变电站运维安全培训教育，内容以学习规章制度为主，内容枯燥，形式呆板。导致培训效果不理想。培训信息资源严重匮乏且质量低下，大部分是些文字资料，枯燥无味。多媒体课件所具有的声音、图像、动画和人机对话特点得不到体现。实验教学（主要指模型教学）成本高、教学效果不明显、不易于变电站各业务部门自行开展周期性的培训工作。电化教学缺乏双向交流，教学手段单一，教学效果一般，很多场面无法真正实现。
受限于地理条件、现场环境和技术条件，一线班组人员缺少针对性、实战性强的业务培训，操作技能培训和应急演练培训亟需提高。例如无法便捷地进行重要设备的精细化拆解、安装培训，无法在模拟真实电网运行状态的情况下针对某类业务操作或某类安全事故进行单人或多人协同作业的虚拟仿真演练。
基于三维可视化的安全预防管理手段，通过三维变电站模型与SCADA系统中的实时数据集成，直观反映现场带电拓扑结构以及设备空间位置关系。利用变电站三维模型与各类业务系统的实时数据，结合虚拟现实技术开发的变电站三维虚拟仿真系统，可解决上述培训难题。通过三维仿真模拟培训可以让运行人员对变电站实际情况有更直观的了解，方便运行人员开展模拟倒闸操作，方便检修人员实现二次回路及二次端子的快速定位；另一方面，对于无人值班变电站的人员培训意义重大：让运行人员快速适应工作环境的同时规避作业风险，提高参培人员的事故处理能力，提高工作效率并减少不必要的停电时间。结合考核模式快速掌握学员的培训结果，通过回放功能分析学员的整个操作过程，找出疏漏之处，并给出正确的处理方法，进而提高培训人员的技术水平，为变电站的安全运维提供了辅助支持。
4、移动终端应用管理
结合互联网通讯标准和以对象为中心的信息管理技术。手持终端可登陆APP访问输变电三维可视化智能信息管理平台。为变电站一线运行操作人员提供正确的、一致的变电站图纸资料、实时数据、台账信息等数据，提供了有效的数据支撑。
基于平台的移动端功能，结合三维信息化模型，可用于变电站一线人员业务操作，系统运行，提供数据支持。变电站一线人员借助手持设备，轻松访问输变电三维可视化智能信息管理平台，随时查阅设备对象的三维空间位置、工程图纸、工程数据、工程文件和模型；实时读取对象的当前负荷、压力、温度、开关变位等实时信息，变电设备相关信息在移动终端上直观掌控。提高了工作效率，减少失误，可提升变电站安全运维整体水平。移动终端的实际应用，使得电网变电站运行更加高效、智能、安全。
结合三维可视化智能信息管理平台与现场手持移动终端业务逻辑应用，其主要目的是让现场作业人员能够实现通过手持设备，进行待办工作事项的预览，所需信息的远程查询，以及工作执行情况的反馈。
5、变电站大数据分析
在变电站SCADA实时数据生产运维系统中存在大量的关于设备的实时动态数据，通过对大量的异构数据的分析，可以对采集的数据进行标准化分类，制定元数据规范；建立科学的预警、报警指标体系，制定异常报警信息规范；制定统一的数据采集接口服务规范，简化数据采集的复杂度。平台支持不同来源的数据，降低数据接入成本。通过增加硬件资源配置来降低数据量增大引起的性能压力，通过插接式的功能升级来满足新的业务需求。
平台通过机器学习的相关算法，结合变电站设备运行的数据“门槛值”做设备运行的趋势分析，自动提醒设备运行管理人员，该设备需要进行检修或更换。这就为设备运行和电网的运行提供科学的决策，提高设备的运行可靠性。通过使用大数据分析直观地查看到变电站内各设备的总体安全指标，同时可以在三维模型中查询、浏览各测点的实时数据以及历史曲线；最重要的是进行设备状态预测，实现设备的状态的跟踪管理，为开展设备故障巡视及设备检修奠定基础。
通过对电网实时运行数据的大数据分析能够捕捉和发现潜在的事故隐患，建立设备评价体系，协助运维单位去掌握在网运行的输变电设备哪个产品的缺陷高，哪个品牌产品的常见问题是什么，哪类产品的运行寿命是多长，什么时候将会报废等等。这些数据对设备管理部门进行设备采购、维修、替换、报废的决策分析至关重要。通过基础数据分析能够实现设备运行状态评估，并能通过高级业务分析和商业智能，进一步实现数据挖掘算法，在历史数据的基础上实现对设备未来的运行趋势做出准确判断，为管理层提供有效的决策支持。
四、结束语
随着技术的不断发展及信息化及智能化变电站的不断改造，变电运维过程中所涉及相关系统将不断增加，生产过程中的各类文件资料数量也在不断的增长。通过建设变电站三维可视化智能信息管理平台，将变电站三维可视化、对象化管理，实现三维模型与设备信息、生产实时数据的实时关联。通过基于异构数据的变电站可视化运维的深度应用，实现变电站主要设备设施的资产管理数据中心、虚拟培训中心、大数据分析中心。输变电三维可视化智能信息管理平台通过异构数据的整合，为一线员工提供一站式工作平台，使一线员工能够快速获取数据，实现交互式培训并为检维修操作提供可视化指导。通过该平台提升了变电站工程资料的完整性、准确性与一致性，一旦发现故障隐患，运行、检修人员能迅速确认故障点，并获取完整、准确的资料，及时排除故障，从而大大减少停电时间，提高供电可靠性及客户的用电满意度，用信息化手段打造电力企业优质服务品牌。
参考文献
[1]靳强勇，李冠字，张俊。《异构数据集成技术的发展和现状》.计算机工程与应用，年，卷（期）：2002，38（11）。
[2]郭创新，熊世旺，张行，张金江，曹敏，薛武。《输变电设备全景信息的多源异构数据聚合方法》[J].高电压技术，年，卷（期）：2015，41（12）.
[3]孙志鹏，陈晓刚，叶刚进，张辉。《智能变电站安措技术及可视化研究》.电工技术，年，卷（期）：2014，（4）。
作者简介：曹权林，男，云南，大学本科，工程师，信息管理。
白彪，男，云南，硕士，高级工程师，信息中心主任。
王雁南，男，云南，大学本科，工程师，继电保护班班长。
罗庆兵，男，云南，专科，技师，信息管理。
姚莉，男，云南，专科，工程师，网络管理。
论文作者:曹权林,白彪,王雁南,罗庆兵,姚莉
论文发表刊物:《电力技术》2016年第8期
论文发表时间:2016/10/20
标签：变电站论文; 数据论文; 设备论文; 信息论文; 模型论文; 电网论文; 智能论文; 《电力技术》2016年第8期论文;