基于GIS平臺的線路覆冰光纖光柵監(jiān)測主站開發(fā)與實踐

肖開偉+昌明+李英娜+趙振剛+李川

摘要：為了能夠?qū)崟r監(jiān)測輸電線路上的各種信息，并監(jiān)測輸電線路的安全狀態(tài)，本文開發(fā)了一套輸電線路在線監(jiān)測主站，通過采集安裝在輸電線路上的各類光纖傳感器的光纖光柵的波長，從而實時地監(jiān)測線路信息。該主站基于GIS平臺，采用asp.net技術，通過生動的人機交互模式實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時顯示、查詢和高級分析，同時還可滿足各級用戶遠程查看和操作的需要，目前該系統(tǒng)已在云南昭通運行，運行效果表明該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和準確性。

關鍵詞：輸電線路；覆冰；監(jiān)測系統(tǒng)主站；GIS

O 引言

電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎產(chǎn)業(yè)，輸電線路電力設施是電力工業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎。而輸電線路在線監(jiān)測起源于20世紀60年代，在美國、加拿大、法國等國家已有多年歷史，但在我國輸電線路的在線監(jiān)測工作仍處在探索、研究、試行的階段。光纖傳感技術具有無源監(jiān)測的特點，可以有效解決視頻監(jiān)測和電信號傳感器存在的電源供應不足問題，且該項技術還具有抗電磁干擾能力強、檢測精度高及監(jiān)測頻率高等優(yōu)點，適合用于輸電線路的在線監(jiān)測并且已取得了一定研究成果。

本文在輸電線路光纖傳感系統(tǒng)的應用基礎上，開發(fā)了一套輸電線路在線監(jiān)測主站，該主站通過采集光纖傳感器的光纖光柵的波長，從而實時地監(jiān)測線路的溫度、濕度、導線重力、桿塔傾角、現(xiàn)場環(huán)境狀況等信息，并通過生動的人機交互模式實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時顯示、查詢和高級分析，同時還可滿足各級用戶遠程查看和操作的需要，該系統(tǒng)能夠提高輸電線路的運行可靠性和防災減災能力，保證輸電線路安全穩(wěn)定運行，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。目前該系統(tǒng)已在云南昭通運行，取得了良好的應用效果。

1 輸電線路覆冰光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)總體原理

光纖傳感技術是以光波為載體，光纖為媒質(zhì)，利用光的散射、折射、反射、干涉、衍射等原理，通過測量光強、波長、相位等光波的物理特征的變化來對外界的溫度、應變、磁場、電場等進行測量的一種新型傳感技術。輸電線路覆冰光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)總體原理框圖如圖1所示，光纖傳感器安裝在輸電線路的桿塔或者電線上，當光纖傳感器監(jiān)測到線路實際情況后，會將具體的量變轉(zhuǎn)化為自身波長的變化，而通過OPGW將變化信號傳到裝在變電站一側(cè)的光纖解調(diào)儀，解調(diào)儀將傳過來的波長解調(diào)出來，然后將解調(diào)的光纖傳感數(shù)據(jù)存入到工控機的數(shù)據(jù)庫中，工控機通過自身的算法，并結(jié)合相關的數(shù)學模型對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行處理，解析出傳感器監(jiān)測的相關參量，比如導線溫度、導線重量、環(huán)境溫濕度、桿塔變形角度等等，之后通過電力系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)上傳到主站系統(tǒng)，主站系統(tǒng)通過三維界面、圖表等相關的方式實時的展現(xiàn)給管理人員。

2 主站系統(tǒng)技術架構(gòu)

基于GIS平臺的線路覆冰光纖光柵監(jiān)測主站系統(tǒng)，即光技術在線監(jiān)測系統(tǒng)，從系統(tǒng)技術結(jié)構(gòu)上，根據(jù)系統(tǒng)分擔的任務和特點，分別采取不同的技術架構(gòu)模式，總體架構(gòu)模式如下圖2所示。系統(tǒng)采用集中式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計，PostgreSQL存儲基礎數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。影像數(shù)據(jù)和一部分靜態(tài)的電子地圖數(shù)據(jù)則采用GeoDatabase方式存儲在硬盤加快數(shù)據(jù)存儲速度。其中三維圖形平臺（ B/S），是基于微軟DotNet平臺使用C#語言編寫的ASP.NET Web應用程序，使用SkyLine作為3D數(shù)據(jù)的展示與應用平臺，使用OpenLayers來訪問GeoServer提供的WMS平面地圖服務。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用的是Postgresql數(shù)據(jù)庫，使用ADO.NET數(shù)據(jù)訪問接口與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互。B/S采用asp.net+jquery來編寫界面，而用ado.net來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問，另外用開源的地圖訪問腳本： openlayers來訪問geoserver提供的WMS地圖服務，實現(xiàn)對地圖的操作與控制。

3 主站系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)處理

3.1 系統(tǒng)功能

如圖3所示，本系統(tǒng)的輸電線路覆冰在線監(jiān)測主站主要具有以下功能。 數(shù)據(jù)接收：主站系統(tǒng)將解調(diào)儀和T控機中的相關數(shù)據(jù)接收過來，之后通過結(jié)合相關的數(shù)學模型對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行處理，解析出傳感器監(jiān)測的相關參量，比如導線溫度、導線重量、環(huán)境溫濕度、桿塔變形角度等等。 三維桿塔展示：對光纖解調(diào)儀解調(diào)出的各種傳感參量進行在桿塔上展現(xiàn)出來，主站可以展現(xiàn)每一個位置的傳感器的量，并直觀的顯示出來。如圖4所示。 光纖復合絕緣子等各種參量監(jiān)測：主站系統(tǒng)將各種傳感器監(jiān)測到的量通過各種形式展現(xiàn)出來。如圖5所示為絕緣子拉力數(shù)據(jù)的展現(xiàn)。

臺賬數(shù)據(jù)維護：對整個輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)的輸電線路、輸電桿塔、光纖傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)的類型進行設置。

系統(tǒng)管理：根據(jù)不同人員對輸電線路覆冰監(jiān)測系統(tǒng)的不同任務和權(quán)限，該系統(tǒng)主站設置了權(quán)限管理功能，將訪問用戶分為了管理員和普通用戶，管理員具有對系統(tǒng)設置進行修改的權(quán)限，而普通用戶僅能對部分信息進行查閱。

3.2 傳感數(shù)據(jù)處理分析

本系統(tǒng)對輸電線路上的各類傳感器的性能及數(shù)據(jù)準確性進行了數(shù)據(jù)質(zhì)量分析，選取相似環(huán)境與相似結(jié)構(gòu)的輸電線路作為對比對象，對每類監(jiān)測量（導線稱重、溫度及振動、絕緣子溫度及傾角、桿塔傾角、環(huán)境溫濕度及風速）與相似線路上安裝布設的傳統(tǒng)機電式傳感器數(shù)據(jù)特性進行了比對，并結(jié)合光纖傳感與解調(diào)特性，改進并優(yōu)化了監(jiān)測參量計算模型，提高了各類傳感器的數(shù)據(jù)準確性和可靠性。

選取直線距離西靖線30#塔約125公里的甘鎮(zhèn)線261#塔作為數(shù)據(jù)對比對象。甘鎮(zhèn)線261#所處地理位置為山地，海拔1926米，塔身結(jié)構(gòu)為220kV直線塔，塔高22米，水平檔距170米，與西靖線較為相似。選取了10月中旬至11月初的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)對比分析。如圖6、7所示分別為導線稱重傳感器和環(huán)境溫度傳感器曲線圖。

通過對比發(fā)現(xiàn)，光纖與電學的導線稱重傳感器、環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好，數(shù)據(jù)變化趨勢較為一致，同時也驗證了該主站系統(tǒng)運行良好，其采集和處理數(shù)據(jù)都比較準確。

4 結(jié)論

本文在基于光纖傳感技術的輸電線路多參量狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究與應用的基礎上，開發(fā)了基于GIS平臺的線路覆冰光纖光柵在線監(jiān)測主站，實現(xiàn)了桿塔狀態(tài)、導線狀態(tài)、覆冰狀態(tài)和微氣象條件的綜合狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，從主站界面上可以實時的觀測到傳感器監(jiān)測的參數(shù)，從而可以實時的了解線路的狀況。本系統(tǒng)的良好運行提高了輸電線路在線監(jiān)測水平，促進光纖傳感技術在電力領域的應用，提升輸電線路可靠性，保障了電網(wǎng)的安全運行，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。endprint