王棨，赵豫京，聂翔，姚浩宇，江明

1.国网河南省电力公司，河南 郑州，450000；2.国网河南省电力公司信息通信公司，河南 郑州，450000；3.河南九域腾龙信息工程有限公司，河南 郑州，450000

0 引言

随着电网建设规模不断扩大，现场设备更加复杂多样，而后台数据和现场联系不紧密，使工作人员难以全面掌握设备参数和结构的问题，安全管控风险增加。MR技术是虚拟现实混合技术，该技术通过在虚拟环境中引入现实场景信息，在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，从而增强用户体验的真实感。通过3D建模，构建虚拟软件平台，穿戴MR眼镜，电网运维人员眼前就可以同时呈现真实的设备与眼镜提供的数据，从而全面把握设备状态，直观展示带电部位，及时发现潜在隐患，实现可视化告警，辅助电网运维人员更好地做好变电站运检工作。

1 MR技术简介

随着科技的快速发展和5G时代的到来，各行各业都将开展MR技术的研究和应用，是指通过计算机技术和可穿戴设备产生的一个真实与虚拟组合的、可人机交互的环境。MR（Mixed Reality），中文为混合现实。混合现实技术通过在现实环境中引入虚拟场景信息，在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感，具有真实性、实时互动性以及构想性等特点。

MR，即是“混合现实”，是由“智能硬件之父”多伦多大学教授Steve Mann提出的介导现实，全称Mediated Reality。VR是纯虚拟数字画面，而AR虚拟数字画面加上裸眼现实，MR是数字化现实加上虚拟数字画面。从概念上来说，MR与AR更为接近，都是一半现实一半虚拟影像，但传统AR技术运用棱镜光学原理折射现实影像，视角不如VR视角大，清晰度也会受到影响。MR混合现实技术结合了VR与AR的优势，能更好地将AR技术体现出来。MR的核心技术是同步位置和映射（SLAM）一套用于定位一个人并同时映射环境的技术。为了在新的、未知的或不断变化的环境中发挥作用，技术需要不断的创建这些环境的地图，然后定位和跟踪一个人在其中的运动。采用图像识别和深度传感器数据的SLAM算法来计算用户在物理世界中的位置。

2 MR在变电站智能巡检简述

变电站巡检工作作为保证电力系统正常运行的重要工作，可以高效地维护检修电力设备，在第一时间消除电力设备运行中隐藏的问题，从根本上提升电力设备的安全性、高效性和稳定性。但是，由于条件的限制，常规巡检作业存在以下问题：（1）巡检人员携带多种设备，双手被占用，妨碍检查；

（2）无法实时了解巡检人员状态；（3）现场发现问题反馈沟通方式有限；（4）漏检、错检时有发生；（5）巡检过程难以追踪，巡检结果无保障；（6）巡检结果不够直观、可视化。

采用双目MR眼镜，结合可视化巡检、自动测温、测振，实时记录反馈，缺陷自动派发工单，远程专家诊断系统帮助一线人员快速处理问题[1]。

3 变电站智能化建设需求

3.1 智能巡检业务能力提升建设需求

目前，智能巡检方面的应用主要集中在人工智能视频识别巡检、手持移动终端巡检、智能机器人巡检三方面，包含人工智能图片识别、RFID感知巡检、机器人巡检等，主要巡检模式仍以传统人工抄录与手持终端巡检为主，巡检质量主要取决人员个人能力水平，该方式存在巡检周期长、人工判断存在误差、高点特殊位置难以巡检等实施痛点。传统的人工巡检模式与新形势下电网规模之间的矛盾愈加突出，亟需寻求一种具备智能性、精准性、实时性、科学性的智能立体联合巡检系统代替传统的人工巡检模式。

3.2 数字化智能化变电站建设需求

随着大数据、物联网、移动互联、虚拟电厂等新式技术的快速发展和移动智能设备的迅速普及，为进一步深入推进数字化智能化电站建设，探索移动互联与智能感知技术在变电站智能巡检领域的应用，提升抽水电站智能巡检质效，建议开展变电站智能巡检导航与人员定位系统研究与应用，利用增强现实技术、人工智能、物联网等多种技术手段，构建集智能巡检人机交互、移动互联、智能感知、定位导航、行为管控于一体的智能巡检体系，改变传统管理方式，通过新技术手段，提高巡检质量，及时记录和分析设备缺陷和隐患，避免巡检不到位或不及时等现象，推进本质安全型电站建设[2]。

4 建设内容

以远程监控为目的的MR智能巡检系统对项目生产过程中的设备状态进行实时监控与三维动态展示，电网人员无需进入厂区内部即可快速查看设备状态，对人员保护能够起到非常良好的帮助。智能监控系统可根据设备历史故障数据自动设定工作报警阈值，出现异常状态即可实时预警报警，及时提醒电气工程师前往厂区关注设备状态，提前消除设备安全隐患与异常故障。且智能巡检系统可以帮助现场工程师快速检测故障原因并将故障画面实时同步传输至设备厂家处，对设备故障的远程技术支持、故障排除等能够起到良好的辅助作用。

4.1 巡检数字孪生体系

在变电站设备层的典型应用基于单体设备的三维及精细化模型构建，数据汇集、融合，实现基于人机友好互动的电站重点设备个性化管理；在孪生数据的驱动下实现虚拟设备与物理设备同步运行，产生设备评估、故障预测及维修验证等数据；基于横向比较，进而实现基于物物互动的电网设备集群化自主诊断功能，实现设备诊断决策从个体化到集群化的演变；依托远程多维数据模型及数据挖掘，实现设备多维度数据综合分析，实现巡视人员巡视轨迹的实时记录，做到事前计划、事后检查，避免巡视不到位；同时对巡检轨迹进行规范化指导，确保巡视安全。MR智能巡检系统架构图如图1所示。

图1 MR 智能巡检系统架构图

4.2 网络架构

MR智能眼镜通过内置的加装加密模块后接入站内网络，经由UFP数据本地卸载，通过防火墙、安全接入网关后进入站内本地数据网，最后将数据回传至站内MR系统平台[3]。MR智能眼镜部署网络架构如图2所示。

图2 MR 智能眼镜部署网络架构

4.3 巡检即时处置策略自动生成模块

利用基于海量数据的设备台账、历史故障缺陷、历史试验数据、监控数据等，研究和构建基于历史和状态监控的设备状态预测模型，实现设备异常即时分析诊断和预测，搭建设备多源信息状态库，建立高效多级状态检测数据综合索引模型，将状态检测数据从设备基础数据、运行数据、监控数据等维度进行状态数据建模。

4.4 数字化台账建设

（1）三维模型采集，采用三维激光扫描仪对变电站示范区域开展覆盖式扫描，并在扫描仪上输入对应的坐标，引入对应的地理坐标信息，形成具有点坐标的变电站设备数字化身份证。（2）制定巡检线路，并依次扫描对应的设备、铭牌、仪表等信息。（3）制作关联表，将示范区采集到的设备、铭牌、仪表等点坐标身份证现场设备的台账进行绑定，形成具有关联表信息的设备数字化身份证。（4）模型绑定，将这些具备关联表信息的设备数字化身份证与3D模型进行绑定，并在三维可视化平台上面进行显示[4]。

4.5 设备的状态监测

通过对变电站示范区内设备安装部署高清红外摄像头、电缆接头温度传感器、电缆沟水浸传感器等感知设备，为变电站设备的在线分析、运行管理、故障预警等业务开展提供支撑，提高变电站设备运行管理水平。通过软件平台三维技术进行感知设备状态信息的加载，真正实现了变电站设备的足不出户在线监测、实时告警、全景展现。

4.6 智能巡检系统功能

（1）远程在线协作功能，可以通过呼叫功能实现一对一指导，在会话过程中可以进行语音和文字互动。（2）标准作业功能：用户可以根据作业内容，将步骤、提示文字、提示图片等编辑到巡检标准作业流程中。（3）在线知识库功能：用户在巡检过程中，可在线开启知识库，查找巡检相关设备资料与操作资料。

4.7 智能运检

（1）人工智能分析，综合利用变电站设备信息、运行信息、环境信息及历史故障告警数据和缺陷数据，开展多传感器多参量的协同感知，通过人工智分析处理，给出配网故障原因分析结果，通过主站数据控制中心对各个传感器装置上传的数据进行计算处理，按照相应的处理方法，得到更为准确的判断值。

（2）MR智能巡检，电力运维人员穿戴上MR设备，可以从系统内下载变电站示范区域巡检的任务，按照巡检任务，通过语音识别交互，做好每个巡视点的工作巡视记录，在线提交巡视任务。如果在巡视中发现异常告警，可通过MR穿戴设备（MR眼镜）连线后台专家，共享变电站设备异常信息数据，专家根据现场提供的异常数据信息和现场的照片进行在线诊疗，并给出消缺办法，指导运维人员进行现场消缺工作，当运维人员消缺完成后，在线提交本次消缺的全部视频资料，汇报消缺任务完成，根据语音提示信息进行巡检[5]。

（3）巡检流程实例，通过MR系统平台配置的各种点巡检、作业指导、设备信息、设备维修等工作流程可快速发布至一线作业人员设备终端，作业人员可根据终端设备提示性的流程步骤完成相关作业任务，可实现对现场员工的快速赋能，且在执行任务工作过程中终端设备可执行第一视角的音视频采集，保障业务过程可追溯。MR巡检管理流程图如图3所示。

图3 MR 巡检管理流程图

5 建设成效

结合变电站实际需求，开展MR技术与变电站智能巡检业务的提升深度业务逻辑与三维可视化技术，提供全产业链的数字孪生一站式服务。并通过数据挖掘和IOT（电力物联网）技术为数据赋能，驱动“智能+”在各个细分领域的渗透，助力变电站智能巡检并快速形成决策，解决人工研判时存在的人工遗漏、误判等问题。及时发现设备异常，减少人员巡检次数，提升智能化运检水平。MR设备在线识别图如图4所示。

图4 MR 设备在线识别图

6 结语

通过MR、3D建模和人工智能等技术，辅助变电站工作人员全面掌握变电站设备运行参数，实现变电站内设备安全、人员安全、环境安全的全方位管控，以及变电站立体式全方位巡检，完成了MR技术助力变电站智能化的提升。同时，通过MR眼镜可以用全息影像的形式进行设备结构分解，快速定位、精准指引，分步骤接受专家指导，极大地提高了作业安全性。MR技术与电网业务的融合应用作为电网智能化和数字化建设的重要实践，将进一步推动电网智能化发展。