特高压输电线路远程在线监测装置及方法与流程

本发明属于涉及电子技术领域，尤其涉及一种特高压输电线路远程在线监测装置及方法。

背景技术：

随着社会的发展，中国当前用于生产和生活的耗电量急剧增加。中国当前大量发电企业在西北部地区，而东南部耗电量巨大，因此需要远距离输电。“智能电网”是当今世界电力发展和变革的最新动向，并被认为是21世纪世界电力系统的重大科技创新和发展趋势。国家电网公司提出“加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网”。智能电网能够进一步提高电网安全运行水平，提高电网运行状况的可控、在控、能控能力。输电网中，很多架空线路所处的地理环境、气候条件比较恶劣，导地线及金具锈蚀、绝缘劣化、导线舞动、导线覆冰等因素，都可能成为输电网安全运行的隐患；特别是在冬季，导线覆冰时常威胁电网的安全运行。另外，输电网设备运行管理和状态评估等工作多数仍采用周期性管理和离线式检测与评估机制，间隔期内可能发生的环境隐患、设备隐患及外力破坏等情况缺乏有力的防范和应对措施，自动化和信息化程度不高，导致对隐患的监测及预警能力不强。

技术实现要素：

针对现有技术中对于野外远程特高压输电的监测能力不足的问题，本发明实施例的目的是提供一种有效且高效的特高压输电线路远程在线监测装置及方法。

为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种特高压输电线路远程在线监测装置，包括输电线路在线监测机构、输电网状态动态评估机构；

其中输电线路在线监测机构包括监测终端、中心监测服务器；

其中监测终端包括：无线通讯单元、太阳能供电单元、电池供电单元、充放电保护单元；还包括用于进行环境监测的智能外力探测单元、用于提取现场图片的智能摄像机单元，其中所述监测终端用于进行环境监测：导线覆冰、导线舞动、杆塔倾斜、杆塔振动、现场视频、微气象环境、金具温度、绝缘子风偏、泄漏电流、雷电；还用于进行电缆线路参数监测：电缆表面温度、接地电流、局部放电、井盖状态、隧道积水、隧道温度、视频监控；

其中所述中心监测服务器包括：视频压缩编码单元、数据采集单元；所述视频压缩编码单元用于通过多路视频输入芯片接收监测终端采集的视频图像后进行CAMEC-I/II活动视频压缩编码或JPEG静止图像压缩编码；所述数据采集单元用于接收监测终端采集的电缆线路参数；

其中输电网状态动态评估机构用于对输电网状态进行评估；所述输电网状态动态评估机构包括：应用系统平台层、业务应用层、数据存储层和外部数据接入层；

其中所述应用系统平台层用于管理数据模型并为业务应用层提供服务的应用服务器软件；

其中所述业务应用层用于提供业务功能应用，所述业务功能应用包括以下至少一种：电网数据管理和展示、监测数据展示、报警信息定位、架空线路和电缆运行状态分析、统计报表；

其中所述数据库存储层用于提供存储数据库，所述存储数据库包括以下至少一种：电网设备信息的属性数据库、电网图形信息的GIS数据库、依据基础数据构建的电网数字化模型库、存储在线监测数据的监测库；

其中外部数据接入层包含在线监测设备、通信设备、通信协议、通信规约、前置数据接收设备等内容，以及PMS系统信息、故障信息、SCADA信息通过数据交换平台提供的数据集内容。

其中，所述监测终端的无线通讯单元通过3G或GPRS或EDGE或CDMA1X连接中心监测服务器，以通过静态域名或IP地址与中心监测服务器进行连接；所述智能摄像机单元内置解码板以通过预设协议对提取的视频进行压缩；所述太阳能供电单元和电池供电单元两路为监测终端进行供电；充放电保护单元连接太阳能供电单元和电池供电单元，并连接无线通讯单元、智能外力探测单元、智能摄像机单元，以稳定电压、电流作用并提供充电保护、放电保护。

其中，所述监测终端还包括视频和数据采集模块，所述视频和数据采集模块连接所述智能外力探测单元、智能摄像机单元，以将接收到的摄像头视频数据、外力破坏数据进行数字化处理并进行压缩编码后，通过无线通讯单元发送到中心监测服务器。

其中，所述智能外力探测单元包括用于监测导线覆冰、导线舞动、杆塔倾斜、杆塔振动、微气象环境、金具温度、绝缘子风偏、泄漏电流、雷电、电缆表面温度、接地电流、局部放电、井盖状态、隧道积水、隧道温度的传感器。

其中，所述太阳能供电单元包括太阳能电池板，所述电池供电单元为蓄电池，所述太阳能电池板通过所述放电保护单元连接所述蓄电池。

其中，所述监测终端还包括还包括低温环境电子加热模块，所述低温环境电子加热模块连接用于监测环境温度的传感器以在环境温度低于预设值时为监测终端进行加热；其中所述低温环境电子加热模块为设置于监测终端内的薄膜加热片。

同时，本发明实施例还提出了一种利用如前任一项所述的特高压输电线路远程在线监测装置进行监测的方法，包括：

中心监测服务器通过视频压缩编码和数据采集，从监测终端获取环境监测数据和电缆线路参数，其中环境监测数据包括：导线覆冰、导线舞动、杆塔倾斜、杆塔振动、现场视频、微气象环境、金具温度、绝缘子风偏、泄漏电流、雷电；电缆线路参数包括：电缆表面温度、接地电流、局部放电、井盖状态、隧道积水、隧道温度、视频监控；

对输电网状态进行评估。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：上述的技术方案将电网智能化运行管理为目标，集成各种在线监测技术，对输电架空线路的运行状态进行实时监测，实现异常及故障状态的预警和报警，实现设备健康状况的动态评估，实现管理模式从“事后处置”到“事前预警”、“粗放控制”到“状态评估”、“定期巡视”到“状态监视”的转变，实现电网运行状态的多维可视化以及异常立体报警模式，对突发事件实现三位一体的应急指挥。

附图说明

图1是本发明实施例的特高压输电线路远程在线监测装置的系统结构示意图；

图2是本发明实施例的监测终端的供电原理图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提出了一种如图1、图2所示的特高压输电线路远程在线监测装置，包括输电线路在线监测机构和输电网状态动态评估机构。

1)输电线路在线监测

输电架空线路监测项目主要包括：导线覆冰、导线舞动、杆塔倾斜、杆塔振动、现场视频、微气象环境、金具温度、绝缘子风偏、泄漏电流、雷电等。电缆线路监测项目有：电缆表面温度、接地电流、局部放电、井盖状态、隧道积水、隧道温度、视频监控等。

系统根据输电网运行相关规范，建立各监测参数的预警及报警数据库，并自动对采集到参数进行判断，对于符合条件的参数，按照系统预定的规则以各种方式进行预警和报警，如推屏、声光、短信等，同时利用三维GIS、图表、曲线、虚拟仪表、动画等多种形式，实现预警和报警的多维可视化。

2)输电网状态的动态评估

整合EMS/SCADA、生产管理、在线监测、环境气象、智能巡检、雷电定位等信息，采用多维动态分析手段，对输电网运行状态及设备健康状况进行动态评估，为科学安排巡视、检修、试验等计划提供依据，实现由“周期管理”向“状态管理”的转变。

输电网多维可视化在线监测运行于复杂网络环境中，需要与众多的业务系统进行交互。为保证系统良好的适应性和扩展性，本系统采用分层设计思路，包括：业务应用层、应用系统平台层、数据存储层和外部数据接入层。

1)应用系统平台层

用于管理数据模型并为业务应用层提供服务的应用服务器软件，如：ArcGIS Server和三维图形平台，Web Service等。

2)业务应用层

各类业务功能应用，具体有电网数据管理和展示、监测数据展示、报警信息定位、架空线路和电缆运行状态分析、统计报表等。

3)数据库存储层

存储电网设备信息的属性数据库、存储电网图形信息的GIS数据库、存储依据基础数据构建的电网数字化模型库、存储在线监测数据的监测库等。

4)外部数据接入层

包含在线监测设备、通信设备、通信协议、通信规约、前置数据接收设备等内容，以及PMS系统信息、故障信息、SCADA信息通过数据交换平台提供的数据集内容。

视频和数据采集主机将摄像头视频数据、外力破坏数据等线路数据，经过数字化，压缩编码后，通过GPRS、EDGE、CDMA1X、3G、GPRS、EDGE、CDMA1X无线网络、internet网送到监控中心，在监控中心上对视频流和数据信号进行解码，即可看到摄像头拍摄的现场视频画面，将外力破坏数据等线路数据通过数字和图表形式直观显示在屏幕上。

具体为，通过远程数据图像采集器采集模拟视频信号及外力破坏数据等线路数据，然后把图像数据及数据进行数字化压缩编码，最后利用GPRS/EDGE/CDMA1X/3G/GPRS/EDGE/CDMA1X无线传输模块将图片及现场数据以IP包的方式发送到数据监控服务器。监控服务器和监控客户端分别是装有远程监控服务端软件和客户端软件的PC机，它们都连接在互连网络上，由于远程图像及数据采集器没有固定的IP地址，所以客户端主动去浏览监控图像和设置监控参数都是通过服务器来中转的。

监控中心通过图像及数据监控客户端实时浏览观测各监控点的现场情况，维护监控人员通过从现场发送来的视频、图片、外力破坏等数据进行分析比对，如出现异常的预警信息，即立刻作出相应的应急处理，以确保高压线路的安全运行。

(1)视频压缩编码单元

具有采集输电线路监控对象的视频图像，经过压缩编码采用3G网络传输到监控中心功能。

具有4路视频输入接口，内置双模式视频压缩编码器单元，压缩模式可在线选择，最高分辨率704x576(PAL)

具有高质量CAMEC-I/II活动视频压缩编码，可选160x120-704x576多种格式

具有JPEG静止图像压缩编码

具有485总线通讯口可控制云台镜头，可连接串行用户设备

具有一路数字量输入/输出，支持外部开关量触发，支持报警前后现场录像

(2)数据采集单元

具有采集输电线路数据，经过处理后采用3G网络传输到监控中心功能。

支持双向测控数据复用，1路视频+2路双向串行数据可同时传输；

(3)无线通讯单元

要求采用嵌入式设计，内置3G/GPRS/EDGE/CDMA1X无线单元，独立工作，体积小，功耗低，高可靠；

系统内置3G/GPRS/EDGE/CDMA1X网络通讯控制协议及TCP/IP协议

系统支持动态域名或静态IP地址方式，支持域名解析，多种触发启动模式

系统支持视频及音频通道；

(4)智能摄像机单元

供电功能：要求采用太阳能及蓄电池供电。

防雷功能：二级防雷技术有效提高球机的防雷击和抗干扰能力。

电机功能：采用先进的步进电机和驱动电路来实现运转，运转平稳，连续工作时间长，使用寿命长，可靠性高。

解码板功能：内置解码板支持多种主流协议，波特率可调，并可根据用户需求写入其它多种协议。

(5)智能外力探测单元

在一定距离范围内检测外来人员的入侵、攀爬破坏塔材，可报警联动设备启动视频图像传输录像存储在监控中心；

具有误报率，防水、防高磁高压特点；

(6)太阳能供电单元

具有良好的光电转换效率，满足前端系统的供电及电池的充电要求；

(7)电池供电单元

具有稳定的充放电过压，过流保护功能；

(8)充放电保护单元

具有稳定电压、电流作用；具有多级防雷；具有充电保护、放电保护功能

本发明所涉及的技术包括：

图像数据采集压缩编解码技术；

3G无线公网数据传输技术；

传感器探测技术；

太阳能及蓄电池供电技术；

信号处理及诊断技术；

报警阀值评价标准；

电子低温环境加热技术；

监控中心服务器软件管理技术；

具体如下，

图像数据采集压缩编解码技术；

本项目采用H.264+优化压缩编码技术、单卡3G通道传输技术、网络编码自适应技术等技术；基于高性能DSP平台,采用ARM嵌入式设计思路,支持多种网络传输协议,支持动态域名解析可与PPPOE上网链路轻松接入；支持双向语音传输,支持高清视频传输，支持图片实时抓拍，解决超远距离无线图像传输的问题。其主要包括：H.264+优化后压缩编码技术；多线程处理等技术；网络编码自适应技术；流媒体转发技术；数字模糊算法模型技术等。

3G无线公网数据传输技术；

如图1所示，3G无线公网数据传输技术是第三代移动通信技术的简称是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，是一项全新的网络技术，可以为治安防控提供视频图像和声音，同步实现数据的远程采集、传输、储存和处理功能，具有传输距离远、速度快、抗干扰能力强、无需铺设电缆、投资成本低等优势。数据传输原理如下图所示，在移动3G信号覆盖区域内，充分利用3G公共网络通信平台，实现中心对多点的数据传输；在无移动信号覆盖区域内，可以借助无线数传电台，通过无线与无线的接力，实现数据传输。

传感器探测技术；

传感器是的首要部件，是能感受(或响应)规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器应准确的和快速地响应被测量的各种各样的变动，主要通过其两个基本特性——静态特性和动态特性来反映被测量的这种变动性。

传感器主要采集视频数据，外力破坏告警等数据；

太阳能及蓄电池供电技术；

一般情况下安装输电线路野外现场的监测装置没有可供使用的交流电源，为此必须借助能量收集技术，开发独立的供电装置。目前在高压输电线路监控项目主要利用太阳能电源装置，以此解决监测装置的供电问题。如图2所示

太阳光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。硅系列太阳能电池中，单晶硅和多晶硅电池继续占据光伏市场的主导地位，单晶硅和多晶硅的比例已超过80％，而这一发展趋势还在继续增长。越来越多的电子设备开始运用太阳能这一取之不尽用之不绝的能源。

太阳能电源由太阳能电池板、蓄电池及充放电控制器。充放电控制器的功能是将太阳能电池板供给的电压转换成稳定直流电压，给监测装置供电，并给蓄电池充电，完成电能的存储。在夜晚无法供给太阳能或阴天等气候情况太阳能供给不足时由蓄电池继续给监测装置供电。

信号处理及诊断技术；

对传感器采集道德信号进行处理分析的目的是抑制干扰和提取信号特征，其方法可分时域分析、频域分析等。

诊断技术的发展趋势是传感器的精密化和多维化、诊断理论与诊断模型的多元化、诊断技术的智能化。其中，智能诊断方法有模糊逻辑、神经网络、进化计算和专家系统等；以特征量性质的诊断方法有阀值诊断、时域波形诊断、频域特征诊断和指纹诊断等

电子低温环境加热技术；

本技术主要针对电子设备在北方低温下开机所需加热升温，解决电子设备在低温状态下无法正常使用以及现有耐低温部件成本高的技术问题。在主机及屏幕内所需加热的所有器件和部件上放置薄膜加热片，薄膜加热片在主机及屏幕内呈多点、不同平面上分布，薄膜加热片有两只引脚，接直流或交流电源。薄膜加热片的形状与被加热器件相匹配，薄膜加热片通过耐高温导热胶固定在被加热器件表面。实现了电子设备器部件在低温条件下可正常工作，经检测，设备一般可在-40℃-60℃工作。

监控中心服务器软件管理技术；

控制中心的设计相对于监测站的设计开发来讲较为简单，硬件设计少，除了普通微机(或工作站、工控机)外，还需要网络接入设备(若无线通信采用自行设计的模块实现，则须开发专用的无线网卡插入微机主板的预留总线插槽中)。控制中心的设计开发主要集中在应用软件的设计开发上，一般是基于Windows操作系统的。当前用于此类软件开始、调试的工具较多，且功能强大，给控制中心软件的设计带来便利。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。