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0 引言

目前智能变电站以光缆和逻辑软件取代原有的二次回路（控制电缆）之后，二次“虚回路”无法直观可见，虚回路数据无法直观测量，导致智能变电站继电保护现场运维面临困难。智能变电站光纤回路设计、施工调试及运维检修工作中，因缺乏有效的技术手段，严重阻碍了二次回路运维水平提升。同时，继电保护设备的可靠运维管理是电力网络基础设施和电力安全保障的重要支持工作。继电保护设备可靠稳定的运行是电网安全稳定运行的核心，继电保护设备正确的运行状态，正确的动作状态，直接关系到电网网络结构的安全。

通过研究基于三维全景建模技术的继电保护智能运维系统，实现设备信息与物理设备的关联映射，实现变电站的设备运行状况的远程真实监控，及时发现潜在的故障，从而做到及时修理，防患于未然。从工程设计阶段进行现场设备数字化设计，为设备运行后的数字化运维提供了有效的数据支撑。因此，变电站二次可视化运维技术研究与应用对继电保护设备的健康运行、电网安全稳定的运行以及运维管理有着重要的意义。

本文介绍了基于三维全景建模技术的继电保护智能运维系统设计及实现，并阐述了三维全景建模及可视化系统的应用。该系统目前已在变电站现场试点应用，实现变电站三维全景信息展示，提高运维人员对变电站现场的认识，更好的应用于设备检修前的现场勘察工作，为设备检修节省勘察环节，简化部分现场运维工作，为保护设备运维工作提供了科学合理的工作手段;实现远程监视人员直观调阅变电站现场保护设备的运行数据、状态信息，为可视化运维提供真实可靠的数据，实现变电站小室内相关设备的运行动态数据的直观展示。[1]。

1 研究的必要性

利用三维全景建模技术结合智能变电站光纤回路模型SPCD文件，构建继电保护智能运维系统，通过采集变电站保护运行数据及非电气量信号信息，实现变电站三维全景信息展示，提高运维人员对变电站现场的认识，更好的应用于设备检修前的现场勘察工作，为设备检修节省勘察环节，简化部分现场运维工作，为保护设备运维工作提供了科学合理的工作手段。

2变电站小室三维全景建模技术的研究

2.1 三维设备模型创建

1）模型创建流程。三维设备模型按照变电站小室空间位置进行建模，建模流程如下：①建立小室模型（包括小室电压等级、空间大小、物体布置等相关属性）;②建立屏柜前视图模型（包括设备、压板、转换把手等物体信息及其状态属性）;③建立屏柜后视图模型（包括屏柜端子排信息、空气开关等其他物体信息及其状态属性）;④建立屏柜间线缆模型（包括电缆、光缆、尾缆及其线缆芯的相关信息属性）;⑤建立保护设备前视图模型（包括面板指示灯、按键、液晶显示等其他物体信息及其状态）;⑥建立保护设备后视图模型（包括板卡、端口、接线等其他物体信息及其状态）;⑦建立小室其他辅助物体的空间信息模型。[2]

2）创建标准模块化模型。对标准屏柜箱体、装置设备、端子排、元器件、电缆光纤建立模块化族库，为实现自动组屏、组柜、组箱，需要依托基本模块族建立基础。

①屏柜箱体族库。将变电站小室屏柜统一构建成统一的标准化屏柜模块。

②装置设备族库。将装置设备外壳与内部组装部件已经整合为一个整体模块，作为一个标准装置而存在，与具体型号、厂家的装置设备可以创建关联。模块化的交换机、合并单元、智能终端等装置模型需要精细到板卡上的端子级，即与逻辑模型中Terminal级别对应。

③元器件族库。元器件模块化，跟二次电气设备分类创建依托基本图元之上的真实三维设备模型，例如，压板、按钮、开关、指示灯、按键、复位按键、空开、光纤配线架、端子排等。

④端子、端口族库。端子模块化是为方便端子排、板卡等不同类型的元器件批量组合建模。

⑤电缆光纤族库。线缆按照电缆和光纤两类进行模型构建。

2.2 屏柜模型集成

二次屏柜模型集成是根据二次系统设计的逻辑信息模型SPCD文件，结合标准设备材料库和标准模块化族库的关联信息，进行集成设计，实现二次三维模型屏柜箱体的实例化过程，从而形成完整的标准化建模。三维组屏柜过程如图1所示。

3 变电站小室三维全景可视化展示技术研究

通过SPCD模型文件对装置、回路进行实例化，利用虚实对应工具设计数据实例化三维数字化装置中的物理回路、虚回路。完成实例化后，在三维场景中按站域、间隔、装置进行三维展示，支持在三维场景中修改接线与端口的对应关系。[3]

以变电站小室三维模型为数据源，结合三维可视化技术，通过模型的格式转换、模型轻量化处理、片面渲染等过程将变电站小室三维模型在显示器上进行虚拟展示，模拟变电站小室环境。以变电站小室三维模型为载体，接入保护信息管理主站、智能巡视机器人采集的数据进行保护运行数据，实现远程监视人员直观调阅变电站现场保护设备的运行数据、状态信息，为可视化运维提供真实可靠的数据，实现变电站小室内相关设备的运行动态数据的直观展示。具体实现如下功能：

① 实现二次设备运行数据的实时同步更新展示。在三维全景可视化场景下，通过业务数据接口进行数据交互，实现了三维场景中变电站小室内相关设备的运行动态数据的直观展示。

② 三维模型丰富电网故障信息通知功能。利用三维全景可视化展示功能提供的丰富接口，如着色、闪烁、抖动、加图标等方式提示用户，丰富事故信息的通知内容。实现电网故障时二次设备三维图进行预警提示。

③系统通过业务数据接口获取二次设备的基本信息、模拟量、开关量、压板、定值、事件、告警、屏柜压板、转换把手、保护设备指示灯、空气开关等信息。将业务信息叠加在三维模型上进行展示，达到真正的三维仿真。

④在三维中模拟保护设备面板按键操作，对监控数据的模拟量、开关量等进行页面切换。

⑤在三维可视化场景下，直观展示线缆、光缆、尾缆的走向及两端信息的可视化展示。

4 基于三维全景模型的继电保护设备动态数据的监视

通过HTTP和websocket接口对接现场数据，叠加在三维场景中进行直观展示。根据现场监控接入的数据包括查看装置通信状态和告警数据包括板卡、板卡端口、板卡电端子、端子排端子、电缆、光纤、ODF端口等。

1）变电站二次系统数据总览。将变电站简介、变电站二次系统屏柜统计数据、变电站二次系统设备统计数据、变电站各小室数据统计情况结合模型进行数据展示。提供变电站二次系统的数据总览，提供各小室入口，展示变电站最近告警与事件，快速定位告警位置和事件位置。

2）告警信息浏览与定位。告警设备或部件在三维场景中以红色高亮显示，同时以列表分类展示所有的告警信息包括装置告警、板卡告警、端口告警、端子告警、电缆/光纤告警等告警信息，通过告警信息能够快速定位到告警设备。

3）装置通讯状态展示。展示监测中的所有装置的通讯状态，装置状态分为通讯正常和通讯断开，通讯断开则表示无法获取该装置的运行数据。

4）运行状态可视化展示。实时更新空开、压板、转换开关的运行状态，在三维中以模型状态可视化展示空开、压板、转换开关的运行位置。

5）模拟量、开关量等实时数据查看。

模拟现场保护装置、测控装置液晶屏数据，可在三维全景中查看保护装置、测控装置、录波器等装置监控的实时数据，可通过“上下左右”按键进行数据的类型切换和翻页操作。

6）电回路或网络回路查看。在三维中模拟电缆或光缆的连接，直观展示电缆或光缆的物理走向，快速查询电缆或光缆位置。通过端口快速查看网络链路情况，如装置端口到ODF到其它屏柜ODF到装置的情况，能够快速查询到连接当前端口的所有纤/芯和端口信息，方便运维人员进行网络故障排查检修。

5 结语

本文提出了基于三维全景建模技术的继电保护智能运维系统设计及实现的研究，利用SPCD模型和三维全景模型的结合，构建变电站三维全景建模及可视化系统，并通过实际变电站试点应用验证。该系统的试点应用满足国网公司对变电站三维全景模型应用的要求，符合国网公司推进智能电网数字化转型的精神。该系统实现变电站三维全景信息展示，提高运维人员对变电站现场的认识，更好的应用于设备检修前的现场勘察工作，为设备检修节省勘察环节，简化部分现场运维工作，为保护设备运维工作提供了科学合理的工作手段，提升变电站现场二次设备运维水平，提高现场运维工作的便捷性、高效性和可靠性，保障电网安全稳定运行。

参考文献

[1]俞力珉，陈亦寒. 基于三维全景快速建模的变电站可视化的研究和应用分析[J]. 电力系统装备，2021（2）：185-186.

[2] 姜燕，王长波. 基于图像的计算机虚拟仿真环境三维全景建模技术的研究[J]. 福建电脑，2016，32（5）：17-18，45.

[3] 范坤鹏，栗江泽，张朋，等. 基于SPCD的智能变电站光纤回路模型数据可视化方案研究[J]. 电工技术，2022（11）：141-144.

作者简介：汤小兵（1980—），男，通信作者，工程师，主要研究方向为电力系统继电保护及运维技术研究。E-mail：41717956@qq.com