智能輸電線路系統(tǒng)的構(gòu)建初探

周凱兵, 張 華, 劉鴻飛, 肖學(xué)軍

(1.湖南省電力公司, 湖南長沙410007;2.湖南省聯(lián)能電力有限公司, 湖南 長沙410007)

文中研究了智能輸電線路的構(gòu)建以及實現(xiàn)的方式, 通過對智能輸電線路的研究和開發(fā)以達(dá)到為輸電線路的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運行提供技術(shù)支撐,提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平和防災(zāi)減災(zāi)能力, 提高電網(wǎng)生產(chǎn)的可續(xù)、智能決策水平和生產(chǎn)效率的目的。

1 智能輸電線路系統(tǒng)概述

1.1 智能輸電線路系統(tǒng)特點

(1)信息化

應(yīng)用現(xiàn)有的計算機(jī)技術(shù)、 信息技術(shù)、 傳感測量技術(shù)、 自動控制技術(shù)等實現(xiàn)輸電線路數(shù)據(jù)收集、分析、共享;通過在線監(jiān)測平臺的實時數(shù)據(jù)和專家知識庫實現(xiàn)險情預(yù)測、 預(yù)警;通過對空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析, 及時掌握輸電線路的總體情況;并以可視化的方式為各級管理部門進(jìn)行決策提供可靠的依據(jù)。

(2)自動化

通過在線監(jiān)測設(shè)備, 能夠監(jiān)測輸電線路實時運行狀態(tài)。利用GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)來傳遞數(shù)據(jù)信息,能夠及時、快速地發(fā)現(xiàn)、診斷和消除故障隱患, 提高電網(wǎng)運行的可靠性。

(3)互動化

在先進(jìn)的信息化技術(shù)下實現(xiàn)人機(jī)交互的實時性和數(shù)據(jù)的完整性。在GPS導(dǎo)向下可以迅捷地找到輸電線路設(shè)備的所在地點;讓管理部門與現(xiàn)場工作人員保持實時數(shù)據(jù)通訊, 并跟蹤到現(xiàn)場工作人員的出巡情況;線路管理部門可以實時地獲取到線路設(shè)備的運行情況, 及時發(fā)現(xiàn)并排除故障, 保證電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

1.2 智能輸電線路系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

(1)系統(tǒng)間各用戶之間信息的共享和高速傳遞;

(2)通過在線監(jiān)測平臺的實時數(shù)據(jù)和專家知識庫實現(xiàn)險情預(yù)測、 預(yù)警;

(3)通過對空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析, 及時掌握輸電線路的總體情況, 如桿塔分布、險情分布等等;

(4)通過歷史的臺賬數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)臺賬的查詢統(tǒng)計分析;

(5)通過空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析,以可視化的方式為各級管理部門進(jìn)行決策提供可靠的依據(jù)。

2 智能輸電線路系統(tǒng)建設(shè)的總體思路和功能

智能輸電線路系統(tǒng)建設(shè)的總體思路是以關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ), 配合實際業(yè)務(wù)情況開發(fā)出一個系統(tǒng)平臺。

按系統(tǒng)功能分解為綜合電子臺賬管理子系統(tǒng)、在線監(jiān)測管理子系統(tǒng)、 GIS子系統(tǒng)、 GPS子系統(tǒng)、輔助決策子系統(tǒng)(見圖1)。

圖1 智能輸電線路系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

(1)GPS技術(shù)

GPS(全球定位系統(tǒng))由空間部分、地面控制部分和用戶部分組成, 這3個部分組成了一個完整的GPS系統(tǒng)。對于輸電線路來說主要是使用GPS的定位、 查找功能, 并通過Cirtix遠(yuǎn)程接入技術(shù)或GPRS/CDMA移動短信網(wǎng)絡(luò)平臺將數(shù)據(jù)信息發(fā)送回計算機(jī)。

(2)GIS技術(shù)

GIS(地理信息系統(tǒng))是一種基于計算機(jī)的工具, 它可以對物體和事件進(jìn)行成圖和分析。GIS技術(shù)把地圖獨特的視覺化效果和地理分析功能與數(shù)據(jù)庫操作(例如查詢和統(tǒng)計分析等操作)集成在一起。

(3)GPRS/CDMA技術(shù)

CDMA(碼分多址):是在無線通訊上使用的技術(shù)。 GPRS(通用數(shù)據(jù)分組服務(wù)):無線通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn), 在本系統(tǒng)中主要用于解決復(fù)雜環(huán)境無線網(wǎng)絡(luò)少量數(shù)據(jù)傳輸問題。

(4)Citrix技術(shù)

Citrix是一種遠(yuǎn)程接入技術(shù), 在本系統(tǒng)中主要是為了解決無線網(wǎng)絡(luò)和有限制網(wǎng)絡(luò)大量數(shù)據(jù)傳輸問題。

2.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

智能輸電線路系統(tǒng)主要包括綜合電子臺賬管理子系統(tǒng)、 在線監(jiān)測管理子系統(tǒng)、輔助決策子系統(tǒng)、GIS子系統(tǒng)、 GPS子系統(tǒng)等幾大功能模塊(見圖2), 各模塊可以是獨立的子系統(tǒng), 但它們之間又緊密聯(lián)系, 完全實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

圖2 智能輸電線路系統(tǒng)功能組織結(jié)構(gòu)圖

智能輸電線路系統(tǒng)數(shù)據(jù)流說明:

①在線監(jiān)測子系統(tǒng)將設(shè)備在線的實時數(shù)據(jù)通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸給綜合電子臺賬子系統(tǒng),使綜合電子臺賬子系統(tǒng)能實時獲取最新的動態(tài)數(shù)據(jù), 為查詢統(tǒng)計分析提供可靠的數(shù)據(jù)來源。

②在線監(jiān)測子系統(tǒng)將設(shè)備在線的實時數(shù)據(jù)通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸給輔助決策子系統(tǒng)。為設(shè)備狀態(tài)評價和險情預(yù)警分析提供最直接最有利的數(shù)據(jù)。

③在線監(jiān)測子系統(tǒng)將設(shè)備在線的實時數(shù)據(jù)通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸給GIS子系統(tǒng), 為智能輸電線路系統(tǒng)綜合查詢、分析、 評價、 輔助決策提供有效的實時數(shù)據(jù)。

④輔助決策子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)(LAN/WAN)將險情預(yù)測數(shù)據(jù)發(fā)送給GIS子系統(tǒng), GIS子系統(tǒng)整理后通過可視化圖形界面在電子地圖上以定位查詢的方式顯示出來, 幫助用戶做出決策。

⑤GPS子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)(LAN/WAN)將地理坐標(biāo)信息和現(xiàn)場巡檢數(shù)據(jù)發(fā)送給GIS子系統(tǒng), 使GIS子系統(tǒng)能及時地校正電子地圖的坐標(biāo)信息和設(shè)備狀態(tài)屬性信息, 是維護(hù)電子地圖數(shù)據(jù)和設(shè)備臺帳信息完整的最好途徑。

⑥GPS子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)(LAN/WAN)將現(xiàn)場巡檢數(shù)據(jù)發(fā)送給綜合電子臺賬管理子系統(tǒng), 使綜合電子臺賬管理子系統(tǒng)能及時地更新設(shè)備狀態(tài)屬性信息。是維護(hù)電設(shè)備臺賬信息完整的最好途徑。

⑦綜合電子臺賬管理子系統(tǒng)將查詢統(tǒng)計、分析的結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)(LAN/WAN))傳輸給GIS子系統(tǒng), GIS子系統(tǒng)整理后通過可視化圖形界面在電子地圖上以定位查詢的方式顯示出來, 幫助用戶作出決策。如對某個地區(qū)的桿塔損壞程度的專題圖進(jìn)行分析, 以決定是否要增加該地區(qū)檢修人員等等。

⑧GPS子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)(LAN/WAN)將現(xiàn)場巡檢數(shù)據(jù)發(fā)送給輔助決策子系統(tǒng), 為設(shè)備狀態(tài)評價提供最有效的人工檢修數(shù)據(jù)。

2.2.1 綜合電子臺賬管理子系統(tǒng)

綜合電子臺賬管理子系統(tǒng)主要是對輸電線路設(shè)施的數(shù)據(jù)記錄、 查詢和統(tǒng)計分析。由于電子臺賬數(shù)據(jù)來源比較多, 因此還需要開發(fā)非智能輸電線路系統(tǒng)的接口來處理其他系統(tǒng)的歷史電子臺帳數(shù)據(jù)。通過電子臺帳可以了解線路基礎(chǔ)設(shè)施及部件。

通過對這2類臺帳設(shè)備數(shù)據(jù)的編輯、 查詢和統(tǒng)計分析完全可以做到對電子臺賬的綜合性管理。

2.2.2 在線監(jiān)測管理子系統(tǒng)

在線監(jiān)測管理子系統(tǒng)是智能輸電線路系統(tǒng)不可或缺的極其重要的組成部分, 是輔助決策子系統(tǒng)工作的必備條件。在線監(jiān)測管理子系統(tǒng)是基于輸電線路硬件監(jiān)測設(shè)備的(見圖3)。

圖3 圖像、視頻監(jiān)測物理結(jié)構(gòu)圖

在線監(jiān)測管理子系統(tǒng)通過對線路設(shè)施附近視頻、 圖片、風(fēng)向、 風(fēng)速、雨量、 溫濕度、覆冰、 絕緣子泄漏電流、火災(zāi)探測、 植物生長情況等的監(jiān)測來完成輸電線路實時數(shù)據(jù)的獲取。

2.2.3 輔助決策子系統(tǒng)

輔助決策子系統(tǒng)是智能輸電線路系統(tǒng)的知識專家?guī)? 為智能輸電線路系統(tǒng)提供詳細(xì)的分析數(shù)據(jù)和預(yù)警數(shù)據(jù)。并為評價和預(yù)警的規(guī)則提供了編輯和定制的平臺, 是智能輸電線路系統(tǒng)的重要組成部分。

2.2.4 GPS子系統(tǒng)

結(jié)合GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))和掌上電腦實現(xiàn)的新型應(yīng)用系統(tǒng)(見圖4), 該系統(tǒng)是將所轄線路的桿塔坐標(biāo)、 巡線道坐標(biāo)以及桿塔周邊行車道路坐標(biāo)嵌入到GPS電子導(dǎo)航系統(tǒng)中。通過GPS手持儀可實現(xiàn)到任一基桿塔的快速電子導(dǎo)航, 并且可以進(jìn)行實時情況記錄。使用電子導(dǎo)航巡檢系統(tǒng), 將大大節(jié)省路途上耗費的時間, 使我們能以最快的速度到達(dá)故障現(xiàn)場, 為緊急搶修的及時性提供了有力的保障, 為日常運行維護(hù)工作的開展提供了極大的便利, 可將有限的時間投入到其他更多的運行檢修工作中。主要實現(xiàn)了輸電線路設(shè)施巡檢、 績效考勤、 線路設(shè)施GIS坐標(biāo)校正等功能。是智能輸電線路系統(tǒng)最直接的數(shù)據(jù)信息來源。

GPS子系統(tǒng)數(shù)據(jù)說明:

①GPS子系統(tǒng)將巡檢數(shù)據(jù)發(fā)送給輔助決策子系統(tǒng)和綜合電子臺賬管理子系統(tǒng)。

②GPS子系統(tǒng)將地圖矢量信息發(fā)送給GIS子系統(tǒng)。

圖4 GPS子系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2.2.5 GIS子系統(tǒng)

GIS子系統(tǒng)是智能輸電線路系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出窗口, 也可以說是智能輸電線路系統(tǒng)最重要的成果體現(xiàn)窗口, 通過GIS子系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化的圖形統(tǒng)計分析, 通過查詢在電子地圖上實現(xiàn)坐標(biāo)定位, 動態(tài)地展現(xiàn)線路位置狀態(tài), 大大提高處置故障的快速反應(yīng)能力。

3 結(jié) 論

智能輸電線路系統(tǒng)的建設(shè)只是復(fù)雜而龐大的智能電網(wǎng)的一部分, 為了達(dá)到輸電線路的信息化、自動化、 互動化的要求, 通過文中的初步研究, 可以得出結(jié)論:

(1)遠(yuǎn)程監(jiān)測和預(yù)報是智能化輸電線路的重要組成部分, 特別是對于防山火、 防冰閃、 防污閃、防外力破壞等方面具有重要意義。

(2)完善統(tǒng)計與分析功能是開展智能檢修的關(guān)鍵, 智能電網(wǎng)實時遠(yuǎn)程監(jiān)測線路上的電壓、 覆冰、 絕緣、污閃、 植被、弧垂等, 利用其相關(guān)信息實現(xiàn)狀態(tài)智能檢修。

(3)開發(fā)智能輸電線路系統(tǒng), 以提高快速反應(yīng)系統(tǒng), 為建立先進(jìn)、 可靠、節(jié)能的智能電網(wǎng)打下堅實的基礎(chǔ)。

(4)輸電線路智能化研究還只是初級階段,要真正實現(xiàn)完全智能化無論是硬件還是軟件方面都要有較大投入, 最好是在特高壓線路上開始實施,然后再推廣。

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