一种智能化输电线路综合监测分析预警方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能化输电线路综合监测分析预警方法，包括以下步骤：A：获取输电线路运行数据；B：利用输电线路检测模块采集分析输电线路多种监测信息，并对输电线路多种监测信息进行统一管理，集中显示输电线路设备当前的运行状况；C：利用输电线路检测模块采集到的输电线路多种监测信息并结合运行区域的环境监测数据和输电线路运行数据，采用人工神经网络智能故障诊断方法对输电线路的运行状况进行评估，在线路发生故障前及时预警；D：将步骤C中得到的预警信息反馈至指定设备及指定人员。本发明能够提升输电线路监测系统的智能化水平，及时准确地发现输电线路中存在的故障隐患。
【专利说明】
一种智能化输电线路综合监测分析预警方法
技术领域
[0001]本发明涉及电力系统故障诊断和在线监测领域，尤其涉及一种智能化输电线路综合监测分析预警方法。【背景技术】
[0002]随着国家经济的发展，用电负荷不断攀升，在“西电东送、南北互供、全国联网”形势下，长距离、大容量、高电压的输电线路将越来越多。近年来，一些主要电网的主干线路的输电能力将达到或超过1千兆瓦(Gigawatt，GW)。2020年，高电压等级主干线的容量还将达至lj 1GW?1.5GW。一些重载短线的正常容量将达2GW，事故方式下将接近3GW。因此，在保障架空送电线路的运行安全前提下，通过技术改造和升级增加现有电网的输送能力，提高电网运行效率，以满足日益增长的国民经济发展和人民生活用电需要，具有重要的现实意义。
[0003]输电线路状态监测系统是智能电网建设在输电环节的重要内容，是实现输电线状态运行检修管理，提升输电线专业生产运行管理精益化水平的重要技术手段。输电线路状态监测系统通过各种先进的传感器技术、广域通信技术和信息处理技术实现各类电网设备运行状态的实时感知、监视预警、分析诊断和趋势预测。输电线路状态监测系统通过分布在输电线上的各种传感器来采集数据，并通过通信的手段这些监测信息传送到主站系统以实现集中监测的功能。输电线路设备在线监测技术包括:输电导线温度、微风振动、舞动、风偏角、弧垂监测技术，绝缘子污闪监测技术，输电线路杆塔倾斜、振动、接地蚀、入侵、鸟巢等监测技术;输电线路通道环境监测技术包括:输电线路覆冰监测技术，微气象环境监测技术， 生长物监测识别技术，雷电监测识别技术等。
[0004]虽然在系统集成方面，状态监测代理(condit1n monitoring agent，CMA)能够统一不同专业、不同厂家之间的通信规约，实现状态监测装置与主站监测中心的无差别通信， 然而，这种基于主站-CMA-状态监测装置的架构也仅仅只能对线路进行故障的监测，对于线路故障的判断和处理仍需人工参与，且对于存在的一些还没有发生的隐患不能及时的发现，例如绝缘子、金具等表面损坏，从而使得整个系统缺乏可预见性，在很大程度上降低了输电线路监测系统的智能化水平。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种智能化输电线路综合监测分析预警方法，能够提升输电线路监测系统的智能化水平，及时准确地发现输电线路中存在的故障隐患。
[0006]本发明采用下述技术方案:一种智能化输电线路综合监测分析预警方法，包括以下步骤:A:进行输电线路信息采集以获取输电线路运行数据，运行数据包括静态数据、离线监测数据和在线监测数据；B:利用输电线路检测模块采集分析输电线路多种监测信息，并对输电线路多种监测信息进行统一管理，集中显示输电线路设备当前的运行状况；C:利用输电线路检测模块采集到的输电线路多种监测信息并结合运行区域的环境监测数据和输电线路运行数据，采用人工神经网络智能故障诊断方法对输电线路的运行状况进行评估，在线路发生故障前及时预警；D:将步骤C中得到的预警信息反馈至指定设备及指定人员。
[0007]所述的步骤A中:静态数据指电力系统中地理信息系统采集数据、线路设计参数、线路运行经验数据、设备日常维修管理数据以及图形图像数据；离线监测数据指电力系统中GPS智能巡检数据和人工巡检数据，数据类型包括绝缘子零值数据、电气数据和机械数据，塔杆接地电阻测量值，导线及地线的断股数据、烧伤数据和磨损数据；在线监测数据指电力系统中绝缘子污秽在线监测数据、导线温度及动态增容数据、雷击在线监测数据、塔杆倾斜在线监测数据和微分振动在线监测数据。
[0008]所述的步骤B中，输电线路检测模块由线路诊断模块、绝缘子诊断模块、塔杆诊断模块、金具诊断模块和气象环境诊断模块组成。
[0009]所述的线路诊断模块包括线路舞动监测模块和线路导线运行温度监测模块。
[0010]本发明够提升输电线路监测系统的智能化水平，及时准确地发现输电线路中存在的故障隐患。本发明通过采集获取输电线路运行数据，利用输电线路检测模块实现将输电线路多种监测信息量进行统一管理，集中显示输电线路设备当前的运行状况。与传统故障诊断方法相比，本发明采用人工神经网络智能故障诊断方法，在信息的获取和处理方面有着很大的优势，而且它在诊断故障的同时还具备对输电线路故障的预测功能，在故障发生前及时发出警报信息。【附图说明】
[0011]图1为本发明的流程示意图。【具体实施方式】
[0012]以下结合附图和实施例对本发明作以详细的描述:如图1所示，本发明所述的智能化输电线路综合监测分析预警方法，包括以下步骤:A:进行输电线路信息采集获取输电线路运行数据，运行数据包括静态数据、离线监测数据和在线监测数据。
[0013]静态数据指电力系统中地理信息系统采集数据、线路设计参数、线路运行经验数据、设备日常维修管理数据以及图形图像数据。[〇〇14]离线监测数据指电力系统中GPS智能巡检数据和人工巡检数据，数据类型包括绝缘子零值数据、电气数据和机械数据，塔杆接地电阻测量值，导线及地线的断股数据、烧伤数据和磨损数据。
[0015]在线监测数据指电力系统中绝缘子污秽在线监测数据、导线温度及动态增容数据、雷击在线监测数据、塔杆倾斜在线监测数据和微分振动在线监测数据。
[0016]B:利用输电线路检测模块采集分析输电线路多种监测信息，并对输电线路多种监测信息进行统一管理，集中显示输电线路设备当前的运行状况。
[0017]输电线路检测模块主要由线路诊断模块、绝缘子诊断模块、塔杆诊断模块、金具诊断模块和气象环境诊断模块组成。
[0018]1.线路诊断模块包括线路舞动监测模块和线路导线运行温度监测模块。
[0019]1)线路舞动监测模块线路舞动监测模块通过传感器的加速度以及位移数据，将信息发送至输电线路检测模块，输电线路检测模块生成输电导线某一监测点的位移变化曲线以及整个监测范围内线路的线路舞动位移变化图，确定线路舞动状况。
[0020]2)线路导线运行温度监测模块线路导线运行温度监测模块对输电线路导线温度实时监测，并将信息发送至输电线路检测模块。线路导线运行温度监测模块运用载流量计算技术，结合输电线路动态增容模型，确定满足线路运行条件下的最大输送容量，充分利用线路客观存在的隐形容量，提高线路的利用率。
[0021]2.绝缘子诊断模块绝缘子诊断模块定时将局部环境温度、雨量、风速和泄露电流信号传送至输电线路检测模块进行数据处理，输电线路检测模块通过数学分析找到泄漏电流随时间变化情况与电弧长度、污层电阻等的非线性关系，当达到警戒值时给出报警信息。[〇〇22]3.塔杆诊断模块暴雪、台风等恶劣天气容易导致杆塔倾斜，塔杆诊断模块通过双轴倾角传感器测出杆塔在顺线路方向和横线路方向倾斜角度，并将信息发送至输电线路检测模块。输电线路检测模块计算出杆塔在顺线路方向和横线路方向的倾斜度和综合倾斜度，当达到警戒值时给出报警信息。[〇〇23]4.金具诊断模块金具诊断模块针对金具易产生热故障的导线连接部位进行监测，并将信息发送至输电线路检测模块。当温度越限时，输电线路检测模块发出预警信号。[〇〇24]5.气象环境诊断模块气象环境诊断模块对输电线路走廊的气象进行检测，包括监测点气温、湿度、风向等数据，并将信息发送至输电线路检测模块。输电线路检测模块利用气象预警模型，对覆冰灾害进行预警，同时也给其他监测子系统提供气象环境监测数据。
[0025]C:利用输电线路检测模块采集到的输电线路多种监测信息并结合运行区域的环境监测数据和输电线路运行数据，采用人工神经网络智能故障诊断方法对输电线路的运行状况进行评估，在线路发生故障前及时预警。
[0026]综合分析输电线路检测模块采集的输电线路多种监测信息，即线路诊断模块、绝缘子诊断模块、塔杆诊断模块、金具诊断模块和气象环境诊断模块采集到的在线数据，结合步骤A中采集到的输电线路静态数据、离线检测数据和在线监测数据，并结合电气设备基础数据，对线路的设备故障临界条件进行判断，在线路有可能发生故障的前提下，及时发出故障信息，通知线路检修人员进行作业，排除故障。
[0027]监测系统中的气象系统监测能够提供运行区域的环境监测数据，当检测到雨雪、 风沙等一系列极端自然灾害条件时，对灾害发生的时间、地点，发生范围进行预警信息分析，及时通知线路运行单位制定灾害预警方案，减少灾害发生对线路带来的灾害。
[0028]制定完整的灾害预警体系，包括灾害事前发布预警警报机制、灾害过程应急抢险机制、灾害后进行评估机制、应急物资调配机制等四个方面，在线路发生灾害过程中，应急指挥中心能调控监控图像、数据等信息用于应急指挥抢险。
[0029]传统故障诊断方法往往是根据历史经验而建立模型，当输电线路系统中发生故障时，之前模型中的输入和输出关系将会变化，操作者通过对比模型参数的改变，由此判定系统是否发生了故障。这种方法模型构造简单，随着输电线路系统的不断改进，发生的故障也更加复杂，事先建立精确的模型愈发困难，所以这种诊断方法受到了很大的条件约束，无法判断故障的严重程度及其对诊断对象的影响和发展趋势。而随着电力系统不断革新的同时，系统中设备的科技化程度也在不断提高，输电线路故障诊断方法开始迈入智能化阶段。 与传统故障诊断方法相比，智能故障诊断法在信息的获取和处理方面有着很大的优势，而且它在诊断故障的同时还具备对输电线路故障的预测功能。因此，本发明采用人工神经网络智能故障诊断方法，在故障发生前及时发出警报信息。
[0030]人工神经网络与一般人工智能方法相对比，拥有强大的自适应学习能力，分布式信息存储能力，并行处理能力，非结构化信息处理能力以及强大的推广能力等，神经网络具有以任意精度逼近任何连续非线性函数的能力和从样本学习的能力，神经网络的故障诊断方法在实现故障诊断时分为两个阶段:1.学习阶段选定合适的网络结构和规模，借助一定的学习算法，以能够反映系统的动态特性、建模误差和干扰影响的变量作为神经网络的输入以对应的状态编码(可人为规定)为期望输出， 构成输入/期望输出样本对，对神经网络进行训练，确定神经网络的权值和阈值；2.故障诊断阶段使用训练好的神经网络，对于一个给定的输入，便产生一个相应的输出，由输出与故障编码进行比较即可方便地确定故障。
[0031]神经网络故障诊断方式:1.直接用神经网络进行故障诊断以故障征兆作为神经网络的输入，诊断结果作为神经网络的输出。首先利用已有的故障征兆和诊断结果对神经网络进行离线训练，使神经网络通过权值记忆故障征兆和诊断结果之间内在的对应关系，然后就可以利用训练后的神经网络进行故障诊断，只有将得到的故障征兆加到神经网络的输入端，就可以得到适当的诊断结果。
[0032]2.用神经网络产生残差神经网络将替代描述系统正常运行时的解析模型。要利用神经网络产生残差，首先由直接测量或在仿真中采集被诊断对象的输入、输出数据，建立其数据库，用这些样本数据对神经网络进行训练，然后才能用来产生残差。[〇〇33]3.用神经网络评价残差在应用神经网络评价残差时，需要应用残差库和故障库作为样本对其进行训练。训练结束后即可在线应用神经网络对残差进行评价，以判断系统是否出了故障，并指出可能的故障源。[〇〇34]4.用神经网络做进一步诊断直接用神经网络来拟合系统性能参数与执行器饱和故障之间的非线性函数关系，神经网络的输出即对应了某个执行器的故障情况。
[0035]5.用神经网络作自适应误差补偿利用线性观测器估计系统状态或输出为故障诊断提供了冗余关系，利用神经网络自适应补偿方法消除模型误差对残差的影响，从而实现了在存在未建模非线性的情况下的鲁棒故障诊断。
[0036]D:将步骤C中得到的预警信息及时反馈工作人员，同时为生产决策提供检修方法， 为电力系统规划设计部门、科研单位提供有价值数据信息。
[0037]建立健全线路故障检修决策方案、状态维护管理体系、技术体系和执行体系，制定完善工作标准和管理标准，输电线路一旦发生故障，系统自动发出故障信号及故障类型，并提供明确的检修方案，检修实施完毕后系统收到故障诊断的反馈信息，使运维一体化状态维护检修有序、规范实施，确保设备及电网安全运行。[〇〇38]智能化输电线路综合监测分析的状态检修可取代以往带有盲目性的强制性计划检修，降低了不少维修带来的强迫停运损失和事故维修损失，减少了过剩维修，提高了维修工作效率，增加了设备的可用率，节约了大量维修费用。
【主权项】
1.一种智能化输电线路综合监测分析预警方法，其特征在于，包括以下步骤:A:进行输电线路信息采集以获取输电线路运行数据，运行数据包括静态数据、离线监 测数据和在线监测数据；B:利用输电线路检测模块采集分析输电线路多种监测信息，并对输电线路多种监测信 息进行统一管理，集中显示输电线路设备当前的运行状况；C:利用输电线路检测模块采集到的输电线路多种监测信息并结合运行区域的环境监 测数据和输电线路运行数据，采用人工神经网络智能故障诊断方法对输电线路的运行状况 进行评估，在线路发生故障前及时预警；D:将步骤C中得到的预警信息反馈至指定设备及指定人员。2.根据权利要求1所述的智能化输电线路综合监测分析预警方法，其特征在于，所述的 步骤A中:静态数据指电力系统中地理信息系统采集数据、线路设计参数、线路运行经验数据、设 备日常维修管理数据以及图形图像数据；离线监测数据指电力系统中GPS智能巡检数据和人工巡检数据，数据类型包括绝缘子 零值数据、电气数据和机械数据，塔杆接地电阻测量值，导线及地线的断股数据、烧伤数据 和磨损数据；在线监测数据指电力系统中绝缘子污秽在线监测数据、导线温度及动态增容数据、雷 击在线监测数据、塔杆倾斜在线监测数据和微分振动在线监测数据。3.根据权利要求1所述的智能化输电线路综合监测分析预警方法，其特征在于:所述的 步骤B中，输电线路检测模块由线路诊断模块、绝缘子诊断模块、塔杆诊断模块、金具诊断模 块和气象环境诊断模块组成。4.根据权利要求3所述的智能化输电线路综合监测分析预警方法，其特征在于:所述的 线路诊断模块包括线路舞动监测模块和线路导线运行温度监测模块。
【文档编号】G01D21/02GK106017551SQ201610317651
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】万迪明, 张小斐, 郭祥富, 吴博, 郭志民, 杨磊, 谭磊, 毛泰奇, 胡军星
【申请人】国网河南省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司