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第1篇

關鍵詞：油田；注水系統；可視化技術

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2013）01019401

以科學計算可視化作為基礎發展起來的可視化技術，其最初主要應用在科學計算與工程測量中。伴隨著可視化技術的不斷發展，其所應用的領域也成擴大化的發展趨勢。本文從油田注水系統的層面出發對可視化技術進行深入的研究與分析。

1可視化技術的應用

可視化技術指的是通過三維表現技術來實現對三維世界物體的再現，進而呈現出三維形體所具有的復雜信息。可視化技術是伴隨著計算機圖形學的發展而快速發展的新型技術，有著較廣泛的應用途徑。從現有石油行業的情況來看，可視化技術就被廣泛的應用在石油勘探、油田開發以及油氣集輸等等諸多環節。油田注水系統中通過可視化技術的應用，能夠極大的降低運營難度與成本，提高系統的安全性，進而有必要對油田注水系統的可視化技術進行深入的研究。從可視化技術的發展趨勢來看，其與互聯網、人工智能等等的結合會不斷的促進自身技術優勢的增加，進而在油田注水系統的優化中發揮更大的作用。

2油田注水系統的提升措施分析

油田注水的目的是為了維持油田能量，確保油層壓力，進而促使供液能力的提高，并實現原油遞減率的降低。簡而言之，油田注水是油田維持地層壓力的重要措施。從我國現有油田的實際情況來看，多數油田都處在高含水期，這就使得注水量大的問題導致油田生產投入成本的增加，進而有必要從油田的實際情況出發來確定油田注水系統的提升措施。

油田注水系統效率指的是油田注水到注水井中的總能量在注水泵電動機消耗總能量中所占的百分比。通常情況下，油田注水系統的效率分為電動機效率、注水泵平均運行效率以及管網效率三個部分。其中電動機效率指的是對注水泵電動機消耗能量的描述；而注水泵平均運行效率則是用來對注水泵消耗能量的描述；管網效率則是對管網的摩阻損失進行描述。正因為油田注水效率由這三大部分組成，決定了確定油田注水系統提升措施上也應從提高注水設備效率與調節注水系統參數入手來實現油田注水系統效率的提高。從提高注水設備效率的層面來看，需要加強對電機、泵以及管網等各個環節的優化。電機應用的優化主要指的是應結合油田的實際情況，確定合理節能高效的電機。泵的優化則指的是通過注水泵的優化來提高泵效率。管網的優化主要是指通過合理的布局來降低管網摩擦所導致的損失，合理確定注水管的管徑，降低對能源的消耗。從調節注水系統參數的層面來看，主要是進行調節注水速度與節流來促進油田注水系統效率的提高。

3油田注水系統可視化技術的應用策略

在油田注水系統中，可視化技術的應用策略應包括以下內容：

3.1油田注水系統可視化程序的應用

可視化技術的應用需要油田注水系統可視化程序的支持。該程序是以注水系統能量平衡的數學模型、注水系統效率、注水系統能耗及注水系統的水力參數數值進行計算基礎上，運用計算機編程技術編寫油田注水系統可視化程序。該程序的基本功能是將油田注水站站內數據信息輸入到系統中，進而實現油田注水站站內數據以及注水系統整體運行的可視化，同時還通過將連接數據信息、坐標數據信息以及站外數據信息的輸入，實現了油田注水系統中注水網系統的可視化。油田注水系統可視化程序的基本操作主要包括數據信息輸入、泵機組能耗分析、整個系統能耗分析、管線壓力損失計算以及顯示超過經濟流速管線等等。

3.2油田注水系統可視化技術的應用流程

油田注水系統可視化的應用流程主要為以下幾個步驟：

流程一：通過物質守恒原理與流體力學理論的應用，建立了油田注水系統效率與能耗的數學模型。

流程二：在確定出油田注水管網系統數學模型以及計算方法的基礎上，以模塊為基礎構建了油田注水系統流程圖，進而建立注水系統數據庫。

流程三：對油田注水效率、能好以及注水系統水力參數進行計算的基礎上，應用相應的計算機應用技術，編寫油田注水系統可視化程序。

流程四：通過油田注釋系統可視化程序的運用來進行油田注水系統注入動態以及可視化術分析，進而確定具體的油田注水系統管理的節能措施。

總之，伴隨著可視化技術的發展，可視化技術在包括油田注水系統等在內的石油行業中的應用已經成了發展的必然趨勢。因而，有必要結合油田的實際情況，不斷的優化可視化技術在油田注水系統中的應用，進而促進整個石油行業的快速發展。

參考文獻

[1]張卓，宣蕾，郝樹勇.可視化技術研究與比較[J].現代電子技術，2010，（17）：133138.

[2]周定照，柳進，羅強，黃朝斌，劉忠軍，文濤.可視化技術在石油行業的應用[J].石油工業計算機應用，2012，（11）：25.

第2篇

關鍵詞：可視化技術；圖像理解

中圖分類號：TP391.4

可視化技術是計算機圖形學的一個重要研究方向，是圖形科學的新領域。它是指是運用圖形學原理和方法，將大規模的科學數據-數值和圖像，轉換為可視的圖形和圖。它能夠給予人們深刻與意想不到的洞察力，在很多領域使科學家的研究方式發生了根本變化。它涉及的研究領域很廣，成為計算機科學研究領域中不可缺少的組成部分，例如計算機圖形學、圖像處理、計算機視覺等，它也是理解復雜現象和大規模數據的重要工具。

自從1986年可視化概念提出以來，發達國家紛紛開始研究可視化理論、方法，開發可視化工具與環境，它們的研究成果已廣泛應用于石油勘探、氣象預報、航天航空、核武器研制、醫學圖像處理等科學與工程領域以及自然科學領域中。

90年代初，我國開始了科學計算可視化技術的研究工作，一般需要使用巨型計算機和高檔圖形工作站處理龐大的數據量以及相關復雜的圖像生成算法。所以，在高水平的大學、大公司和國家級的研究中心才有實力對可視化技術進行研究和應用。近幾年來，隨著處理器功能的不斷提高，可視化技術的飛速發展，它的應用已經擴展到科學研究、工程、軍事、醫學、經濟等各個領域，但是，與國外先進水平還有差距，因此還需要在在醫學、地質、海洋、氣象、航空等行業加大應用力度。

1 可視化的基本概念

可視化是一種計算技術，它將符號轉換成幾何，使研究者能觀察到他們的研究工作。可視化技術能夠將看不見的事物通過計算機變為能夠看見的事物，提供了科學發現和展現事物的新途徑，改變了科學家原有的研究方式，能夠給人們意想不到的啟示。

根據可視化技術的交互性、多維性、和可視性的特點，以及考慮結合程度，可視化技術可以分為后置處理，實時跟蹤處理和實時繪制及交互控制三個層次。后置處理指的是將計算結果解釋或顯示為可視化的圖形，目前大部分應用軟件屬于這一層次；實時跟蹤處理強調它的實時性，因此要求計算與顯示必行同步進行，這樣能夠隨時發現執行中的錯誤以便日后改正；實時繪制及交互控制一方面強調它的實時性，另外能夠根據顯示結果隨時改變執行過程中的參數以便得到滿意的結果，因此具有交互界面。近二十多年來，在美國、德國、日本等發達國家的著名大學都在致力于可視化技術的研究，而且已經重點向實時處理和交互控制方面發展。

2 國內外比較著名的研究成果

2.1 流體可視化軟件

這是美國國家超級計算機應用中心（NCSA，National center of supercomputer Application）的研究成果。該軟件通過多個相聯系的模型，在交互及分布環境下研究暴風雨的形成規律。其中安裝在NCSA的超級計算機CRAY-YMP進行模型計算，VGX工作站則用來實現二、三維圖形顯示，提供用戶接口，二者之間使用網絡連接。

2.2 醫學可視化技術

醫學數據的可視化，已成為數據可視化領域中最為活躍的研究領域之一。由于近代非侵入診斷技術如CT、MRI和正電子放射斷層掃描（PET）的發展，醫生已經可以非常容易獲得病人有關部位的一組二維斷層圖像。因為核磁共振、CT掃描等設備能夠產生人體病變區域的多個方面多個剖面的圖像，或者重建為具有不同細節程度的三維真實圖像，使醫生對病灶部位的大小、位置，不僅有定性的認識，而且有定量的認識，從而及時高效地診斷疾病。CT圖像打破傳統的膠片感光成像模式，借助于計算機重構人體器官或組織的圖像，使醫學圖像從二維走向三維，使人們從人體外部可以看到內部。利用可視化技術軟件，能夠重構有關器官和組織的三維圖像，例如美國加洲的ADAC實驗室，約翰.霍普金斯大學等開發出的軟件已在許多醫院得到應用。利用可視化技術可以以獲得心臟的三維圖像，并用于監控心臟的形狀、大小和運動，為綜合診斷提供依據，例如中國協和醫科大學等進行的主動脈病變的臨床診斷和冠狀動脈搭橋術（CABG）后的血管顯示等。正是應用了可視化技術，變不可見為可見，從而大大提高了手術的成功率。

耿國華教授實現了醫學圖象數據庫系統MidBASE。在數據庫設計、基于內容的圖象檢索、嵌入三維可視化構件、WEB方式遠程查詢等方面特色明顯。已在多個醫院使用，效果良好[1]。

2.3 地學可視化技術

科學可視化應用到地學中，產生了地學可視化。1990年的勘探地球物理學家協會的舉辦“科學可視化”專題討論會，促進了地球物理勘探中的可視化研究。進而在1995年舉辦的“可視化技術用于發現和開發更多的油氣資源”會議，使得科學可視化技術在油氣工業中的應用成果大放光彩。目前，美國的SGI公司在可視化技術方面是處于世界領先地位，它在地學中主要應用于油田開發、油藏數值模擬、石油地質、地震勘探、鉆井、測井、遙感測繪等方面。

2.4 人類胚胎的可視化

這是美國依利諾大學芝加哥分校研制的成果。首先依據美國衛生和醫學國家博物館所得到的胚胎數據重構人類胚胎模型，其次將該模型進行三維顯示。這一成果預示著人類可以遠程訪問人類性態數據，可以進行分布式計算。

2.5 數字博物館的可視化技術

數字博物館最突出的特點是：虛擬現實技術。虛擬技術通過計算機圖形構成三度空間或把現實環境編制到計算機中去，產生逼真的虛擬環境，從而使得用戶在視覺上產生一種沉浸于虛擬環境中的感覺。數字博物館借助這樣的技術，對珍貴藏品進行三維可視化的建模。在追求視覺真實感受的同時，最大限度地保存了物體真實數據。研究者可以直接測量模型得到標本的形態結構信息，為遠程標本研究提供可靠翔實的基礎，真正地做到了輔助科學研究及數據保存的作用。例如中國地質大學地學數字博物館、中山大學生物數字博物館、清華大學美術數字博物館、西北大學考古數字博物館、北京航空航天大學航空航天數字博物館等，這些數字博物館不僅為學者提供了一個高水平高質量的學習平臺，有利于院校之間的學術信息和研究資源的共享，而且滿足用戶的交互性、參與性和沉浸性。

2.6 大場景及文物的虛擬修復可視化技術

大場景與文物虛擬修復還原和展示的研究涉及多個研究領域，需要綜合應用數字圖象處理、計算機圖形學、模式識別、可視化技術等研究領域。目前，在我國很多研究機構已在與大場景和文物的虛擬修復技術相關的領域內進行了一些研究工作，也取得了一些研究成果。但是，還沒有研制出完全自動的虛擬修復和還原系統，并且這些研究成果相對獨立，沒有一個綜合文物復原和大場景虛擬還原展示的系統。

3 結束語

NCSA（美國國家超級計算應用中心）是國際上從事可視化研究的權威單位，一直從事可視化算法如軟件的開發研究。而在國內，清華、北大、國防科大、中科院軟件所等單位相繼開展了可視化算法的研究及可視化工具的開發，都已取得了一大批可喜的成果。隨著計算機硬件條件的改善和諸如人工智能、機器學習等可視化算法的成熟，可視化技術一定會產生一個大的飛躍。

參考文獻：

[1]榮國棟，孟祥旭.Inspeck3D-DF三維掃描儀在數字博物館中的應用[J].計算機工程與應用，2002，38（16）：237-239.

第3篇

關鍵詞：智能變電站；安全措施；可視化技術；繼電保護；抗干擾能力 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM63 文章編號：1009-2374（2016）25-0141-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.25.068

隨著科學技術的不斷提高，對變電站的要求越來越趨向于智能化。電網規模的不斷擴大使得作為電力系統核心關鍵作用的變電站要接受更大的信息量，對變電站的要求也在不斷提高。智能變電站作為新時展的產物，具有可靠性高、集成度高和先進的技術優勢，代替傳統變電站，提供網絡交互和資源共享。通過分析智能變電站的安全措施和相關可視化技術的研究，確保智能變電站運行的穩定性。

1 智能變電站相關概念

智能變電站屬于目前較為先進的智能設備，具有可靠與環保等多種功能。智能變電站的基本要求為全站信息數字化、通信平臺網絡化以及信息共享標準化，從而能夠自動地完成信息的采集、測量、控制、保護、計量以及檢測等多種基本功能。

智能變電站主要包括兩部分：一部分為智能高壓設備；另一部分為變電站統一信息平臺，智能高壓設備主要包括智能變壓器以及電子式互感器等。智能變壓器與控制系統在運行的過程中主要依靠通信光纖相連，因而可以及時地掌握變壓器狀態參數以及運行相關數據。當運行方式出現改變時，設備根據系統的電壓及功率情況，可以對是否調節分接頭起到決定作用；當設備出現問題時，將會發出預警并提供相關的狀態參數等，如此便能在一定程度上降低設備的運行管理成本，最大限度地提高變壓器運行的可靠性。智能高壓開關設備是具有較高性能的開關設備和控制設備，同時配有電子設備、傳感器以及執行器，因此在運行的過程中具有監測以及診斷功能。電子式互感器能夠有效地克服傳統電磁式互感器在運行過程中的問題及缺點。變電站統一信息平臺功能有兩個：一是系統橫向信息共享功能，主要表現為管理系統中能夠統一獲得各種上層應用的相關信息；二是系統縱向信息的標準化功能，主要表現為各層能夠實現透明地對其上層應用支撐作用。

2 智能變電站安全措施

智能變電站技術的安全措施防范模式分為不同的智能安全形式，目前主要的保護系統跳閘方式主要采用：非常規互感器+就地合并單元（MU）+GOOSE跳閘；常規互感器+就地合并單元（MU）+GOOSE跳閘和常規互感器+常規采樣+GOOSE跳閘。而以上三種智能模式涉及的設備均不相同，在繼電保護過程中涉及到的設備主要包括GPS時鐘、保護裝置、智能終端和交換機。智能變電站的原理是使用以太技術代替傳統的二次接線傳遞數字信息和模擬信號，解決原有接線處短路問題，將原有的接線裝置高度吻合，使得網絡數據流暢通無阻地傳遞下去。智能變電站運用大量的光纜，傳輸速度比傳統的傳輸速度更快且安全性能更高，運用面向對象的變電站事件（GOOSE），類似于一種快速報文傳輸機制，是智能變電站的核心技術。通過這種核心技術，將高速網絡通信作為基礎，提供各個節點以快速可靠的通信方式，解決傳統跳閘問題，實現回路之間的智能化檢測，為變電站提供可靠的運行模式和智能的管理。

繼電保護系統檢修模式。目前國內外的電力公司對繼電保護系統通常采用事故檢修、定期檢修、可靠性檢修和狀態檢修四大檢修模式進行維護。通過對設備的可靠性評估、定期進行檢修和實時在線監測的方式進行檢修。本文將其歸納為繼電保護停電檢修和不停電檢修模式，以帶電完善設備和停電消除故障兩種模式下，總結適用于220kV及以下電壓等級的智能變電站的線路保護、主變保護、母線保護和母聯保護的典型安全措施。

2.1 線路保護安全措施

在一次設備檢修過程中，一般采取的保護措施安全步驟類型分為：（1）采用電子式互感器；（2）采用傳統互感器；（3）合并單元缺陷；（4）線路保護裝置缺陷。對母線進行保護采取退出GOOSE的操作，保護運行中的線路和智能終端，故合并單元并將回路打開，后期退出軟壓板的操作，輸入光纖取下線路保護背板SV。

2.2 主變保護安全措施

在一次設備檢修過程中，主變保護檢修校驗的典型安全措施如下：（1）采用電子式互感器；（2）采用傳統互感器；（3）主變保護檢修校驗；（4）某側合并單元缺陷；（5）主變保護缺陷，需做保護功能試驗。

2.3 母線保護安全措施

在一次設備不停電情況下，母線保護檢修校驗的典型安全措施如下：（1）母線保護檢修校驗；（2）220kV母線保護處理缺陷（只考慮母線保護缺陷，需做保護功能試驗的情況）。對于已經投運的變電站，一般不會將全站母線停電進行檢修，若出現全站某一電壓母線停電的情況，可參考不停電檢修的典型安全措施。

2.4 母聯保護安全措施

當母聯開關處在檢修的位置，設備處于停電情況時，母聯保護檢修教研，典型安全措施如下：（1）采用子式互感器；（2）采用傳統互感器。通過對母聯進行保護和對智能終端投入檢修壓板，退出GOOSE啟動失靈接收軟壓板，在母聯保護下輸入光纖取下，在合并單元段將CT和PT回路打開。而當母聯開關處在檢修位置，設備并不斷電的情況下，采取典型安全措施如下：（1）合并單元缺陷；（2）母聯保護裝置缺陷，需做保護功能試驗；（3）智能終端缺陷。

3 可視化技術研究

可視化技術作為解釋大量數據最有效的手段而率先被科學與工程計算領域采用，并發展為當前熱門的研究領域――科學可視化。可視化把數據轉換成圖形，給予人們深刻與意想不到的洞察力，在很多領域使科學家的研究方式發生了根本變化?？梢暬夹g的應用大至高速飛行模擬，小至分子結構的演示，無處不在。在智能變電站的技術投入中也有很多模塊是用于可視化技術的研究。通過將技術手段轉換成合適的圖形顯示輸出，生成具有真實感覺的圖形，對工程師的立體感官具有更好的理解，方便工程師在處理解決實際問題中更加有效地實施方法手段。

4 相關完善建議

隨著技術不斷發展，智能變電站的開發速度越來越快，對電力企業的運檢維修工作更是提出了更高的要求。本文針對發展得日新月異的智能變電站簡要地介紹了國內的概況，對安全措施方面進行了總結。隨著對智能變電站技術的深入研究和探討，智能變電站將成為一種全新的先進可靠智能體系，為人們的信息傳送提供方便。在研究過程中，仍然有很多不足的地方，本文對以下方面的內容有待于進一步完善：（1）220kV繼電保護虛端子的標準化設計研究；（2）不更改220kV母線保護配置的改擴建研究；（3）智能變電站繼電保護狀態實時監測與可視化系統的開發與集成；（4）智能變電站安全措施可靠性研究與分析。

5 結語

本文通過介紹智能變電站的概況，表明智能變電站已經成為當今電力系統的核心關鍵和未來發展趨勢，新一代的繼電保護設備將成為先進的處理器和通信技術的載體。另外，通過分析當前智能變電器的維修工作體系，總結了智能變電器所運用的安全措施，并提出相關安全隱患的解決措施，采用可視化技術手段，形象化給出路徑的實現方案和解決手段，得出實施成果。隨著對智能變電站研究的逐步深入，我國的智能變電站運營和維修模式將進一步完善，最終實現智能變電站的穩定

運行。

參考文獻

[1] 孫志鵬.智能變電站安全措施及其可視化技術研究

[D].華北電力大學，2014.

[2] 趙志新.智能變電站SCD配置管控方案研究[D].華北

電力大學，2015.

[3] 鄭眾.智能化變電站在220kV文津變的應用研究[D].