基于BIM和无线定位技术在变电站作业安全管理中的应用
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摘 要：智能电网建设对变电站的安全运行提出了更高的要求，但目前的变电站运行仍存在一定的人为因素隐患。基于建筑信息模型，采用无线定位技术的变电站作业安全管理系统能够以技术手段避免人为因素的影响。简述了变电站作业安全管理系统的工作流程以及应用情况。
我国的智能电网建设已经进入全面建设阶段并取得显著成果，变电站作为电网的基础，也是电网生产运行的高危工作区域，其作业安全管理尤其重要。为了提高变电站的安全管理水平，管理部门除制订了一系列规程、制度外，还为变电站配置了综合自动化系统、视频监控系统、五防系统、电气设备在线监测系统等等，以上技术设施大大提高了变电站的自动化水平，为变电站的作业安全管理提供了一定的技术支撑[1]。但是，上述系统的配置主要根据电气量和化学量的变化和异常来判断电网的状态，既不能对变电站全覆盖，也不能实时定位及时预警和报警，往往只能在事故进行中或者发生后为事故原因分析提供数据记录分析的手段，无法对危险因素进行事先防范与预警，变电站现场的人身与设备安全因人员违章、现场作业混乱、现场管理不到位、不按规程巡视等人为因素的影响一直无法得到技术上的保障，致使某些基于人为因素的安全隐患无法避免[2]。
1、系统需求分析
统计数据表明，变电站现场的安全事故中大约有三分之一是因为值班人员或作业人员未认真执行设备巡视规程、未认真执行安全操作与管理规程、超区域作业、现场监护查勘不到位等人为因素所造成的[3]。
基于人为因素的变电站安全隐患主要表现在：①变电站现场巡视不到位。②对进入工作区域的人员监护监控不力。③误入危险区域。
新型变电站作业安全管理系统通过无线传感器网络实现精确定位，将定位信息在变电站平面图上进行实时显示，不同的工作组通过不同颜色的点进行标示，便于区分观察。工作人员的工作路线都将记录在数据库中，并且实现路线动态回放，便于日后查询工作人员的工作情况。系统后台监控软件界面精美、专业，操作方便、快捷。变电站地理信息系统建模形象、逼真、直观，界面美观，方面使用。后台系统实时展示移动目标当前位置，并在变电站地理位置图上标示，跟踪目标移动轨迹。该系统由四部分组成：①基于宽带无线射频定位技术CSS 的无线传感网络。②基于波形探y感应技术的检测报警设备。③与传感网络、检测设备协同互动的高分辨率、可动态调节跟踪的视频设备。④后台计算机管理系统。系统结构如图1所示。
2、系统的工作模式
系统具有现场需要的多种工作模式，如巡视模式、参观模式、检修模式、操作模式和探测模式等，不同模式下的监控侧重点有所不同。
巡视模式：主要对工作人员是否按规定时间、规定路线、规定位置巡视进行监控。
参观模式：主要对外来参观考察人员的行进路线、参观时间、参观区域、停留时间等进行监控，防止进入危险区域或出现意外。
检修模式：按检修内容设定检修人数、检修工作区域、危险区域、检修工作时间等，防止非检修人员混入、误入非工作区域、超出工作时间等。
操作模式：按操作内容设定操作人数、操作工作区域、危险区域、操作工作时间等，防止监护人员不到位、误入非操作区域、超出操作时间等。
探测模式：对进入变电站区域内的其他动态目标进行监控，包括车辆、施工机械与设备等。由于车辆体积大、行进速度快，对其监控的实时性要求更高。同时，车辆进入变电站后，也需要随时监控车辆的当前位置，确保其行驶、停放在安全区域。
同时，也可以根据新的运行管理模式需求，扩充新的工作模式。
3、系统初始化设置
系统平台构建完成后，需要对系统进行初始化设置，定义相关规则及属性。根据功能需求分析及该预警系统架构，结合施工现场安全管理的实际需要，进行如下初始化工作，并将相关设置输入预警系统。
（1）危险区域定义。
根据施工现场的实际情况，将施工现场划分为Ⅰ～Ⅳ共4个危险等级。
（2）BIM模型建立。
本系统在实施前必须根据传统的二维图纸建立BIM模型，以此实现将二维视图向三维视图的转化。BIM模型也是本系统可视化的载体，现场的所有实时信息以及预警信息均将在BIM模型中体现[4]。
（3）主要工作流程：
首先在后台监控计算机上对需要对变电站工作人员和进入变电站的其他工作人员进行身份注册，验证信息后设定他要领取的移动终端的编号，并根据工作人员需要执行的操作设定对应的工作路线、工作时间、工作区域、危险区域等；工作人员进入施工现场后通过宽频无线定位网络，将定位数据传递给前置机，前置机按照定位算法通过计算确定工作人员的当前位置，一方面根据已设定的危险间隔判断当前位置是否合法，不合法则向工作人员发送相应的报警信息；另一方面将工作人员的当前位置信息发送给后台监控系统，在变电站平面图上将工作人员的位置坐标显示出来，便于后台监控人员的观察。同时，变电站内工作人员的行进路线等信息将保存在数据库中，日后可以通过动态方式重新查看其工作路线，实现了对施工现场工作人员的有效监督[5]。
4 结论
电网在发展，需求在提高，技术在前进。将无线定位技术应用于变电站的作业安全管理，用技术手段替代人工管理，对于变电站的安全运行具有开创性的意义。应用实践证明，基于无线定位技术的变电站作业安全管理系统能够消除人为因素造成的安全隐患，为变电站安全提供了强有力的技术支撑。相信随着智能电网建设的加速，无线定位技术将在变电站作业安全管理中发挥更大的作用。
参考文献
[1] 栗云江.变电站综合自动化技术问答[M].北京：化学工业出版社， 2009.
[2] 陈献伟.变电站危险点分析[M].北京：中国电力出版社， 2009.
[3] 罗治强，董昱，胡超凡. 2008 年国家电网安全运行情况分析[J].中国电力， 2009.
[4] 张泾杰，韩豫，马国鑫，韩诗纯.基于BIM和RFID的建筑工人高处坠落事故智能预警系统研究[J].工程管理学报，2015.29（6）：17-21.
[5] 谷月雁，司刚，刘清瑞.无线定位技术在变电站作业安全管理中的应用[J].电气技术.2012（12）：78-81.
作者简介：左睿（1983-），男，湖南省人，硕士研究生毕业，工程师，从事电力自动化运行的专业研究与工厂供配电设计工作。