基于 AR的变电设备动态运维系统研究与设计

杨芳 陆一凡 邬蓉蓉 张炜 黄承伟

广西电网有限责任公司贺州供电局 542800

摘要：AR技术是现代人机交互技术全新的一个发展方向，AR系统由非常多的子系统相互构成，各个系统都充分发挥着不同的作用。本文对基于AR的变电设备动态运维系统的开发与设计展开了分析，希望可以给同行业工作人员提供一些参考与借鉴。

关键词:AR技术；变电站运维；动态运维技术

变电设备种类繁多，构成复杂，不仅包括变压器、导线、绝缘子、互感器、避雷器、隔离开关和断路器等电气设备外，还包括电容器、套管、阻波器、电缆、电抗器和继电保护装置等。因此，为了能够保证变电设备正常运转，变电设备运维成为关键工作。

变电设备运维具有信息繁杂、工作时间紧迫、工作流程严格等特点，需要有一套动态运维系统以提高工作效率。目前国内对运维工作的管理是基于PMS 系统，PMS 建立的是一个以资产管理为核心，业务覆盖公司总部、网省公司、地市公司三个层面、贯穿电网输、变、配生产全过程的一体化生产管理信息平台，对实现电网生产集约化、精细化、标准化管理，提高公司资产管理水平具有十分重要的意义。PMS 作为生产管理和一线班组的工作平台，通过标准规范、流程监控、安全监控等手段，最终实现对生产管理的风险预控与辅助决策。

PMS 系统在规范运维检修的工作流程方面起到了积极的作用，但是PMS 本身是个离线的管理系统，在人员跟踪、变电设备信息的查看和变电设备状态监测方面无法提供更多的帮助，运维人员在现场时只能凭借以往经验进行工作，无法获取更多信息以制定运维方案。为解决现场人员对变电设备信息的获取问题，国内外正在进行很多系研究和尝试，这些研究大多以手持移动设备为数据接收终端，指挥中心将工作内容、PMS 系统中的设备情况等信息发送到数据接收终端，运维人员携带数据接收终端前往现场，根据得到的信息进行运维工作。此类研究成果在变电设备信息获取功能上做出了一些贡献，但也存在一些缺陷导致实用性不高。首先这些研究都使用PMS 系统中的设备台账和缺陷数据，这些数据无法全面的反映设备运行状态，对现场运维工作的指导工作没有起到实际作用；其次，携带数据接收终端的现场人员只能被动的接收信息，发送过来的信息可能无法准确的满足现场工作的需要，现场人员无法快速的获取需要的信息，也无法方便的将现场的实际问题反馈给指挥中心，双方缺乏互动导致信息交流不畅。

为了能够更好的解决上述问题，本文提出以变电设备在线监测技术为数据信息基础，完整记录和分析变电设备的运行状态，使运维人员能快速的掌握设备的状况，并且创新性的在电力系统中使用了AR 技术，解决了推送信息定位不明确、信息获取不及时、运维现场和指挥中心信息交流不畅等问题。

1AR系统总体结构

图1为AR系统的总体结构图,主要由场景采集系统、跟踪注册系统、虚拟场景发生器、虚实合成系统、显示系统以及人机交互界面等多个子系统构成。这些子系统的功能各不相同,一般情况下,外界环境的信息通过场景采集系统来得到,且信息真实可靠,例如外界环境中的声音、视频以及图像等;跟踪注册系统主要是用来观察观察者的视线以及各个方位所发生情况的,以便及时做出调整,避免其他子系统受到影响;虚拟场景发生器主要功能是将采集到的真实场景表现出来,形成虚拟的声音、视频;通过虚拟合成系统将零散的虚拟图像合成为整体,与真实场景相互对比进行合成。

除上述的AR系统总体结构之外,3D渲染不可或缺。高效、实时的3D渲染能够使得实际环境与虚拟环境达到一个很好的融合效果,图2是增强现实应用的系统结构图,图2中展示了应用、增强现实开发库、3D渲染以及各种硬件设备之间的互相依赖关系。

图1 AR 系统的总体结构图

图2 增强现实应用的系统结构

2AR技术

扩增实境技术可以提供一种附着在实体景象之上的实时、可视的文本和图标的解决方案。扩增实境技术与一般意义上的虚拟实境技术相比,虚拟实境技术是完全虚构的世界,而扩增实境则是与现实世界紧密重叠。简单来讲,就是它可以显示很多你在现实中通过眼晴看不到的信息──比如一座建筑的历史和典故、一个商场里正在打折的产品、甚至一个人的年龄和喜好。应用在变电站运维作业中,AR技术可以为现场运维作业人员带来更多有助于提高工作效率和准确性的信息。比如以智能眼镜为穿戴AR装备的时候现场运维人员戴着智能眼镜看向某变电装置,穿戴AR装备也可为其他形式的智能设备,在此以智能眼镜为例。智能眼镜为眼镜型可视化终端,形状与普通眼镜类似,在眼镜侧面安装有摄像头作为视频采集装置,使用镜片作为显示设备,配备麦克风和耳机作为声音的输入/输出设备,智能眼镜在视野里定位到这台变电装置的时候开始对这台变电装置进行识别。识别技术一般分为基于标识的识别和无标识识别。基于标识的识别需要在真实物体上贴上标签,如条形码、二维码,智能系统根据标识识别物体;无标识识别不需要在真实物体上贴上标签,根据物体的形状、位置、颜色等信息进行智能识别。智能眼镜识别出这台变电装置后,将显示这台变电装置的信息,如当前运行情况、运维记录、针对这台变电装置的运维作业工单等等,现场运维人员根据这些信息进行运维操作。现场运维人员如果认为现场装置的情况与作业工单上所述不太吻合,可利用摄像头的拍照功能或视频功能将现场情况发送给指挥中心,指挥中心也可要求现场人员对某处进行细致查看,指挥中心的指挥人员通过视频功能远程进行问题的调查。除上述举例外,穿戴AR装备还能显示很多信息,如在变电站内真实一二次设备旁添加文字标签,变电站导航,屏柜布置图,厂家及装置提示信息等等,配备穿戴AR系统的运维人员拥有来自数据库的实时帮助信息,同时可以获取远方指挥中心的指令和引导信息,并能为指挥中心提供及时的现场情况,可以给运维工作的高效完成带来巨大帮助。

3AR设备动态运维技术的研究内容

本文从生产实际出发,着重对目前迫切需要解决的关键技术问题展开研究:开展回归、分类、聚类、关联规则和时间序列的信息融合技术的研究,提出基于物联网数据挖掘与信息融合的变电设备状态评估方法。基于物联网感知特点,深入研究变电设备感知预测技术,对相关设备提供预警信息,为变电设备动态运维提供技术支持。

开展对输变电设备动态运维技术的研究,并根据变电站和供电局对变电设备运维角度的要求,提出多场景的输变电设备运维评估策略、标准和体系,以提高变电设备运维水平。建立一套完整的变电设备状态评价体系,原有的按年检修的制度由于忽视装置的实际运行状态,可能会与设备实际运行状态差异比较大,为了完善传统状态检修制度,研究新的在线评价体系,大致需要注意以下几点:

对于每一台变电设备设立运维档案,对变电设备的检修时间,情况进行记录;对于每一台变电设备可单独或按厂家型号等特性设置运维提醒周期;建立设备状态评分体系,加减分情况与在线监测和运行状况等的实际运维数据挂钩;对于免检周期内无异常的变电设备给予加分并延长免检期;对于某信任型号变电设备(如同型号设备有过正确动作)适当延长免检期;建立设备缺陷记录档案,对于有缺陷的同型号设备缩短其检修周期。

综上,通过新的变电设备状态评价体制,可以从状态评价系统及PMS系统自动取得影响变电设备状态评价的信息,为用户提供更有说服力的设备状态评价,合理调整和分配运维工作计划,从而提高运维工作的有效性、针对性和效率。

4结语

作为全新的发展方向,AR技术发展前景广阔。文章简述了AR系统的结构组成、AR技术在变电站运维中的应用以及AR设备动态运维需要注意的要点,AR技术目前处于高速发展阶段,应用前景广阔。

参考文献：

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[2]金爱然,于湛铭.增强现实技术在城市配电网运维系统中的应用[J].东北电力技术,2019,40(03):27-29.

[3]贺长宇,张宇,武超.数据中心AR运维技术[J].网络安全技术与应用,2018,No.211(07):64-65.