智能输电线路系统的构建初探

周凯兵, 张 华, 刘鸿飞, 肖学军

(1.湖南省电力公司, 湖南长沙410007;2.湖南省联能电力有限公司, 湖南 长沙410007)

文中研究了智能输电线路的构建以及实现的方式, 通过对智能输电线路的研究和开发以达到为输电线路的规划、设计、建设和运行提供技术支撑,提高电网安全稳定水平和防灾减灾能力, 提高电网生产的可续、智能决策水平和生产效率的目的。

1 智能输电线路系统概述

1.1 智能输电线路系统特点

(1)信息化

应用现有的计算机技术、 信息技术、 传感测量技术、 自动控制技术等实现输电线路数据收集、分析、共享;通过在线监测平台的实时数据和专家知识库实现险情预测、 预警;通过对空间数据的统计和分析, 及时掌握输电线路的总体情况;并以可视化的方式为各级管理部门进行决策提供可靠的依据。

(2)自动化

通过在线监测设备, 能够监测输电线路实时运行状态。利用GPRS/CDMA网络来传递数据信息,能够及时、快速地发现、诊断和消除故障隐患, 提高电网运行的可靠性。

(3)互动化

在先进的信息化技术下实现人机交互的实时性和数据的完整性。在GPS导向下可以迅捷地找到输电线路设备的所在地点;让管理部门与现场工作人员保持实时数据通讯, 并跟踪到现场工作人员的出巡情况;线路管理部门可以实时地获取到线路设备的运行情况, 及时发现并排除故障, 保证电网运行的稳定性。

1.2 智能输电线路系统建设目标

(1)系统间各用户之间信息的共享和高速传递;

(2)通过在线监测平台的实时数据和专家知识库实现险情预测、 预警;

(3)通过对空间数据的统计和分析, 及时掌握输电线路的总体情况, 如杆塔分布、险情分布等等;

(4)通过历史的台账数据可以实现台账的查询统计分析;

(5)通过空间数据和属性数据统计和分析,以可视化的方式为各级管理部门进行决策提供可靠的依据。

2 智能输电线路系统建设的总体思路和功能

智能输电线路系统建设的总体思路是以关键技术为基础, 配合实际业务情况开发出一个系统平台。

按系统功能分解为综合电子台账管理子系统、在线监测管理子系统、 GIS子系统、 GPS子系统、辅助决策子系统(见图1)。

图1 智能输电线路系统总体结构图

2.1 关键技术

(1)GPS技术

GPS(全球定位系统)由空间部分、地面控制部分和用户部分组成, 这3个部分组成了一个完整的GPS系统。对于输电线路来说主要是使用GPS的定位、 查找功能, 并通过Cirtix远程接入技术或GPRS/CDMA移动短信网络平台将数据信息发送回计算机。

(2)GIS技术

GIS(地理信息系统)是一种基于计算机的工具, 它可以对物体和事件进行成图和分析。GIS技术把地图独特的视觉化效果和地理分析功能与数据库操作(例如查询和统计分析等操作)集成在一起。

(3)GPRS/CDMA技术

CDMA(码分多址):是在无线通讯上使用的技术。 GPRS(通用数据分组服务):无线通信系统的标准, 在本系统中主要用于解决复杂环境无线网络少量数据传输问题。

(4)Citrix技术

Citrix是一种远程接入技术, 在本系统中主要是为了解决无线网络和有限制网络大量数据传输问题。

2.2 系统功能实现

智能输电线路系统主要包括综合电子台账管理子系统、 在线监测管理子系统、辅助决策子系统、GIS子系统、 GPS子系统等几大功能模块(见图2), 各模块可以是独立的子系统, 但它们之间又紧密联系, 完全实现数据共享。

图2 智能输电线路系统功能组织结构图

智能输电线路系统数据流说明:

①在线监测子系统将设备在线的实时数据通过GPRS/CDMA网络传输给综合电子台账子系统,使综合电子台账子系统能实时获取最新的动态数据, 为查询统计分析提供可靠的数据来源。

②在线监测子系统将设备在线的实时数据通过GPRS/CDMA网络传输给辅助决策子系统。为设备状态评价和险情预警分析提供最直接最有利的数据。

③在线监测子系统将设备在线的实时数据通过GPRS/CDMA网络传输给GIS子系统, 为智能输电线路系统综合查询、分析、 评价、 辅助决策提供有效的实时数据。

④辅助决策子系统通过网络(LAN/WAN)将险情预测数据发送给GIS子系统, GIS子系统整理后通过可视化图形界面在电子地图上以定位查询的方式显示出来, 帮助用户做出决策。

⑤GPS子系统通过网络(LAN/WAN)将地理坐标信息和现场巡检数据发送给GIS子系统, 使GIS子系统能及时地校正电子地图的坐标信息和设备状态属性信息, 是维护电子地图数据和设备台帐信息完整的最好途径。

⑥GPS子系统通过网络(LAN/WAN)将现场巡检数据发送给综合电子台账管理子系统, 使综合电子台账管理子系统能及时地更新设备状态属性信息。是维护电设备台账信息完整的最好途径。

⑦综合电子台账管理子系统将查询统计、分析的结果通过网络(LAN/WAN))传输给GIS子系统, GIS子系统整理后通过可视化图形界面在电子地图上以定位查询的方式显示出来, 帮助用户作出决策。如对某个地区的杆塔损坏程度的专题图进行分析, 以决定是否要增加该地区检修人员等等。

⑧GPS子系统通过网络(LAN/WAN)将现场巡检数据发送给辅助决策子系统, 为设备状态评价提供最有效的人工检修数据。

2.2.1 综合电子台账管理子系统

综合电子台账管理子系统主要是对输电线路设施的数据记录、 查询和统计分析。由于电子台账数据来源比较多, 因此还需要开发非智能输电线路系统的接口来处理其他系统的历史电子台帐数据。通过电子台帐可以了解线路基础设施及部件。

通过对这2类台帐设备数据的编辑、 查询和统计分析完全可以做到对电子台账的综合性管理。

2.2.2 在线监测管理子系统

在线监测管理子系统是智能输电线路系统不可或缺的极其重要的组成部分, 是辅助决策子系统工作的必备条件。在线监测管理子系统是基于输电线路硬件监测设备的(见图3)。

图3 图像、视频监测物理结构图

在线监测管理子系统通过对线路设施附近视频、 图片、风向、 风速、雨量、 温湿度、覆冰、 绝缘子泄漏电流、火灾探测、 植物生长情况等的监测来完成输电线路实时数据的获取。

2.2.3 辅助决策子系统

辅助决策子系统是智能输电线路系统的知识专家库, 为智能输电线路系统提供详细的分析数据和预警数据。并为评价和预警的规则提供了编辑和定制的平台, 是智能输电线路系统的重要组成部分。

2.2.4 GPS子系统

结合GPS(全球卫星定位系统)和掌上电脑实现的新型应用系统(见图4), 该系统是将所辖线路的杆塔坐标、 巡线道坐标以及杆塔周边行车道路坐标嵌入到GPS电子导航系统中。通过GPS手持仪可实现到任一基杆塔的快速电子导航, 并且可以进行实时情况记录。使用电子导航巡检系统, 将大大节省路途上耗费的时间, 使我们能以最快的速度到达故障现场, 为紧急抢修的及时性提供了有力的保障, 为日常运行维护工作的开展提供了极大的便利, 可将有限的时间投入到其他更多的运行检修工作中。主要实现了输电线路设施巡检、 绩效考勤、 线路设施GIS坐标校正等功能。是智能输电线路系统最直接的数据信息来源。

GPS子系统数据说明:

①GPS子系统将巡检数据发送给辅助决策子系统和综合电子台账管理子系统。

②GPS子系统将地图矢量信息发送给GIS子系统。

图4 GPS子系统功能结构图

2.2.5 GIS子系统

GIS子系统是智能输电线路系统的数据输出窗口, 也可以说是智能输电线路系统最重要的成果体现窗口, 通过GIS子系统实现数据可视化的图形统计分析, 通过查询在电子地图上实现坐标定位, 动态地展现线路位置状态, 大大提高处置故障的快速反应能力。

3 结 论

智能输电线路系统的建设只是复杂而庞大的智能电网的一部分, 为了达到输电线路的信息化、自动化、 互动化的要求, 通过文中的初步研究, 可以得出结论:

(1)远程监测和预报是智能化输电线路的重要组成部分, 特别是对于防山火、 防冰闪、 防污闪、防外力破坏等方面具有重要意义。

(2)完善统计与分析功能是开展智能检修的关键, 智能电网实时远程监测线路上的电压、 覆冰、 绝缘、污闪、 植被、弧垂等, 利用其相关信息实现状态智能检修。

(3)开发智能输电线路系统, 以提高快速反应系统, 为建立先进、 可靠、节能的智能电网打下坚实的基础。

(4)输电线路智能化研究还只是初级阶段,要真正实现完全智能化无论是硬件还是软件方面都要有较大投入, 最好是在特高压线路上开始实施,然后再推广。

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