一種輸電線路在線巡視系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輸電線路在線巡視系統(tǒng)，包括光纖通信子系統(tǒng)、后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)和逐塔配置的桿塔終端子系統(tǒng)，所述桿塔終端子系統(tǒng)包括測量單元、終端主機、供能單元以及光網(wǎng)絡(luò)單元，所述測量單元用于執(zhí)行輸電線路中監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集，所述終端主機完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯聚、預(yù)處理與上傳并接收后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)發(fā)出的命令來控制各單元，所述供能單元通過終端主機的繼電器出口給測量單元和光網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)備供能，每桿塔處的桿塔終端子系統(tǒng)采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過光網(wǎng)絡(luò)單元與每桿塔處接續(xù)引下的光單元相連，從而接入光纖通信子系統(tǒng)中，所述后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲、分析查詢與告警等功能，并通過光纖通信子系統(tǒng)與各桿塔終端子系統(tǒng)進行通信。
【專利說明】一種輸電線路在線巡視系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種輸電線路在線巡視系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，目前我國的高壓輸電線路的總長度不斷增加，覆蓋范圍不斷擴大，為保證輸電線路及其設(shè)備的安全，電力系統(tǒng)輸電線路日常巡視一個重要環(huán)節(jié)。但高壓輸電線路人工巡視工作量強度大、巡視成本高，且在復(fù)雜地理環(huán)境、惡劣氣候條件下將大大增加人工巡視的難度；直升機巡視雖然可提高巡線效率，但其對氣候條件、地理環(huán)境要求嚴(yán)格，且存在飛行安全隱患。另外，無論是人工巡視還是直升機巡視，一方面定期巡視造成的巡視過度或漏失往往引起經(jīng)濟損失或運行可靠性降低，另一方面其無法隨時監(jiān)視輸電線路的狀態(tài)。
[0003]近年來，針對輸電線路運行狀態(tài)在線監(jiān)測已開展了多方面的研究工作，主要包括電氣類監(jiān)測、機械類監(jiān)測和運行環(huán)境監(jiān)測等類型。但這些狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)受限于特定的監(jiān)測目標(biāo)，監(jiān)測手段有限，難以全面準(zhǔn)確地反映線路運行狀態(tài)，不能滿足線路巡視的要求，且功能擴展困難；另一方面，這些監(jiān)測系統(tǒng)受制于GPRS或CDMA信息通信技術(shù)，存在傳輸數(shù)據(jù)容量小，安全可靠性差等缺點，也不能滿足線路巡視所需狀態(tài)量的實時監(jiān)測要求。由于這些線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與輸電線路日常巡視等任務(wù)脫節(jié)，利用率不高，經(jīng)濟效益較低。
[0004]因此，需要結(jié)合電力部門輸電線路日常巡視的實際需求，尋找一種自動巡視的輸電線路在線巡視系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種輸電線路在線巡視系統(tǒng)，其目的在于實現(xiàn)輸電線路的自動在線巡視，由此根據(jù)輸電線路日常巡視等內(nèi)容并以狀態(tài)全景監(jiān)視為目標(biāo)設(shè)計開發(fā)桿塔終端子系統(tǒng)、監(jiān)控主機子系統(tǒng)，并構(gòu)建滿足每桿塔可見光視頻圖像、紅外圖像等海量信息安全可靠傳輸?shù)墓饫w通信子系統(tǒng)。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種輸電線路在線巡視系統(tǒng)，包括:光纖通信子系統(tǒng)、后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)和逐塔配置的桿塔終端子系統(tǒng)，所述桿塔終端子系統(tǒng)包括測量單元、終端主機、供能單元以及光網(wǎng)絡(luò)單元，所述測量單元用于執(zhí)行輸電線路及其設(shè)備指定位置的可見光視頻圖像、紅外圖像等監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集，所述終端主機完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯聚、預(yù)處理與上傳并接收后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)發(fā)出的命令來控制各單元，所述供能單元通過終端主機的繼電器出口給測量單元和光網(wǎng)絡(luò)單元等設(shè)備供能，每桿塔處的桿塔終端子系統(tǒng)采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過光網(wǎng)絡(luò)單元與每桿塔處接續(xù)引下的光單元相連，從而接入光纖通信子系統(tǒng)中，所述后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲、分析查詢與告警等功能，并通過光纖通信子系統(tǒng)與各桿塔終端子系統(tǒng)進行通信。
[0007]本發(fā)明所提供的上述在線巡視系統(tǒng)可充分利用現(xiàn)有的光纖通信設(shè)備如光纖復(fù)合架空地線光單元，根據(jù)日常巡視內(nèi)容，通過布置于每桿塔上的桿塔終端子系統(tǒng)對輸電線路及其設(shè)備指定位置進行監(jiān)視，結(jié)合模塊化設(shè)計的后臺監(jiān)控主機系統(tǒng)，可替代實現(xiàn)自動在線巡視。
[0008]優(yōu)選地，所述光纖通信子系統(tǒng)由光纖復(fù)合架空地線的T接引下設(shè)備與以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備形成，所述光纖復(fù)合架空地線的T接引下設(shè)備實現(xiàn)每桿塔處光纖復(fù)合架空地線光單元的T接引下，所述以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用光線路終端級聯(lián)方式組網(wǎng)，由沿線布置的光線路終端、布置于每桿塔處的光網(wǎng)絡(luò)單元、和無源分光器組成，桿塔終端子系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)接入布置于每桿塔處的光網(wǎng)絡(luò)單元，光網(wǎng)絡(luò)單元通過無源分光器與利用T接引下技術(shù)的光纖復(fù)合架空地線光單元相連，從而接入所述光纖通信子系統(tǒng)。
[0009]通過上述方案，每桿塔處的可見光視頻圖像、紅外圖像等監(jiān)測數(shù)據(jù)可接入光纖通信網(wǎng)，并通過光線路終端級聯(lián)的方式實現(xiàn)任意長度輸電線路下桿塔終端與后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)的可靠通信。
[0010]優(yōu)選地，所述在線巡視系統(tǒng)還包括監(jiān)控子機子系統(tǒng)，各桿塔終端的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過基于光纖復(fù)合架空地線的T接引下技術(shù)與以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形成的光纖通信子系統(tǒng)傳輸至布置于各變電站的監(jiān)控子機子系統(tǒng)，監(jiān)控子機子系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)的存儲與分析、數(shù)據(jù)的查詢與告警、系統(tǒng)管理與配置功能；經(jīng)過加工分析后的監(jiān)測數(shù)據(jù)，再通過SDH電力專網(wǎng)傳輸至后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)；后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)可瀏覽各監(jiān)控子機子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并可對缺陷事故數(shù)據(jù)進行存儲與分析。
[0011]通過上述方案，可實現(xiàn)整個區(qū)域輸電線路海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的分布式存儲與分析，減少系統(tǒng)所需SDH電力專網(wǎng)的資源，每條輸電線路各桿塔處采集的視頻圖像等監(jiān)測數(shù)據(jù)可就近在監(jiān)控子機子系統(tǒng)上進行處理，使得在線巡視系統(tǒng)更加實用并易于部署。
[0012]優(yōu)選地，所述后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)存儲與分析模塊、數(shù)據(jù)查詢與告警模塊、系統(tǒng)管理與配置模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制模塊以及通信接口組成，所述數(shù)據(jù)存儲與分析模塊實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲與分析，所述數(shù)據(jù)查詢與告警實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時查詢與分級告警，所述系統(tǒng)管理與配置實現(xiàn)對桿塔終端子系統(tǒng)中各設(shè)備的注冊、監(jiān)視以及信息安全防護，所述遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制主要實現(xiàn)對各桿塔終端子系統(tǒng)中各設(shè)備的控制，所述通信接口用于所述后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)接入所述光纖通信子系統(tǒng)。
[0013]通過上述方案，能實現(xiàn)后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)的模塊化，分析模塊可根據(jù)實際需求進行迭代開發(fā)，能最大程度實現(xiàn)輸電線路及其設(shè)備的智能在線巡視。
[0014]優(yōu)選地，所述桿塔終端子系統(tǒng)還包括電源控制器；所述測量單元具體包括球型攝像機、槍式攝像機、紅外熱像儀、一體化微氣象系統(tǒng)；所述供能單元具體包括太陽能電池板和蓄電池，所述太陽能電池板和蓄電池接入電源控制器，電源控制器的出口接入所述終端主機，終端主機中的各繼電器出口分別為所述桿塔終端子系統(tǒng)中的各設(shè)備供電；所述測量單元中的各測量設(shè)備分別完成相應(yīng)監(jiān)測量的采集并將數(shù)據(jù)上傳給終端主機，終端主機對上傳的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理后通過光網(wǎng)絡(luò)單元接入光纖通信子系統(tǒng)。
[0015]此設(shè)計可對各測量設(shè)備電源進行關(guān)啟控制，各設(shè)備相對獨立，結(jié)合具體的桿塔類型，桿塔終端主機箱可放置于桿塔底部方便不停電檢修與調(diào)試，各測量設(shè)備可根據(jù)巡視要求放置于桿塔合適位置，從而實現(xiàn)在線巡視所需監(jiān)測量的可靠采集。
[0016]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于其獨特的總體設(shè)計以及開發(fā)的相應(yīng)桿塔終端子系統(tǒng)、光纖通信子系統(tǒng)以及后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)，能夠取得下列有益效果:整個系統(tǒng)由桿塔終端子系統(tǒng)、光纖通信子系統(tǒng)和后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)所構(gòu)成，逐塔布置的桿塔終端子系統(tǒng)可根據(jù)巡視要求采集每桿塔處輸電線路及其設(shè)備指定位置的可見光視頻圖像、紅外圖像等監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于光纖復(fù)合架空地線的T接引下技術(shù)和以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形成的光纖通信子系統(tǒng)可保證每桿塔處的海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠傳輸，模塊化設(shè)計的后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的存儲與分析等。整個系統(tǒng)可自動的實現(xiàn)輸電線路的日常巡視等內(nèi)容。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明所提出一種輸電線路在線巡視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明一個優(yōu)選實施例所構(gòu)建的輸電線路在線巡視系統(tǒng)示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例所構(gòu)建的輸電線路在線巡視系統(tǒng)示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明所提出的輸電線路在線巡視系統(tǒng)中桿塔終端子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5是本發(fā)明所提出的輸電線路在線巡視系統(tǒng)中后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6是本發(fā)明所提出的輸電線路在線巡視系統(tǒng)中桿塔終端子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0024]如圖1所示為本發(fā)明所提出的輸電線路在線巡視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述巡視系統(tǒng)主要由光纖通信子系統(tǒng)、后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)和逐塔配置的桿塔終端子系統(tǒng)，所述桿塔終端子系統(tǒng)包括測量單元、終端主機、供能單元以及光網(wǎng)絡(luò)單元，所述測量單元用于執(zhí)行輸電線路及其設(shè)備指定位置的可見光視頻圖像、紅外圖像等監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集，所述終端主機完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯聚、預(yù)處理與上傳并接收后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)發(fā)出的命令來控制各單元，所述供能單元通過終端主機的繼電器出口給測量單元和光網(wǎng)絡(luò)單元等設(shè)備供能，每桿塔處的桿塔終端子系統(tǒng)采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過光網(wǎng)絡(luò)單元與每桿塔處接續(xù)引下的光單元相連，從而接入光纖通信子系統(tǒng)中，所述后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲、分析查詢與告警等功能，并通過光纖通信子系統(tǒng)與各桿塔終端子系統(tǒng)進行通信。
[0025]所述在線巡視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可充分利用現(xiàn)有的光纖復(fù)合架空地線光單元，通過布置于每桿塔上的桿塔終端子系統(tǒng)可對輸電線路及其設(shè)備進行監(jiān)視，結(jié)合后臺監(jiān)控主機系統(tǒng)，實現(xiàn)自動在線巡視。
[0026]如圖2所示在線巡視系統(tǒng)在監(jiān)視范圍較小時采用桿塔終端-后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)架構(gòu)。此時輸電線路在線巡視系統(tǒng)主要由后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)、光纖通信子系統(tǒng)和桿塔終端子系統(tǒng)構(gòu)成。所述光纖通信子系統(tǒng)由光纖復(fù)合架空地線的T接引下設(shè)備與以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備形成，所述光纖復(fù)合架空地線的T接引下設(shè)備實現(xiàn)每桿塔處光纖復(fù)合架空地線光單元的T接引下，所述以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用光線路終端級聯(lián)方式組網(wǎng)，由沿線布置的光線路終端、布置于每桿塔處的光網(wǎng)絡(luò)單元、和無源分光器組成，桿塔終端子系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)接入布置于每桿塔處的光網(wǎng)絡(luò)單元，光網(wǎng)絡(luò)單元通過無源分光器與利用T接引下技術(shù)的光纖復(fù)合架空地線光單元相連，從而接入所述光纖通信子系統(tǒng)。
[0027]后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)通過光線路終端接入光纖通信子系統(tǒng)，保證與各桿塔終端子系統(tǒng)的可靠通信。此種系統(tǒng)架構(gòu)方案可方便快捷實現(xiàn)高壓輸電線路的全線在線巡視。
[0028]如圖3所示在線巡視系統(tǒng)在監(jiān)視范圍較大時采用桿塔終端-監(jiān)控子機子系統(tǒng)-后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)架構(gòu)方案。此時各桿塔終端的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過基于光纖復(fù)合架空地線的T接引下技術(shù)與以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形成的光纖通信子系統(tǒng)傳輸至布置于各變電站的監(jiān)控子機子系統(tǒng)，監(jiān)控子機子系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)的存儲與分析、數(shù)據(jù)的查詢與告警、系統(tǒng)管理與配置功能；經(jīng)過加工分析后的監(jiān)測數(shù)據(jù)，再通過SDH電力專網(wǎng)傳輸至后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)；后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)可瀏覽各監(jiān)控子機子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并可對缺陷事故數(shù)據(jù)進行存儲與分析。此架構(gòu)方案充分考慮到海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸需求，可實現(xiàn)整個區(qū)域輸電線路的在線巡視。
[0029]如圖4所示，輸電線路在線巡視系統(tǒng)桿塔終端主要由測量單元、終端主機、光纖通信接口以及供能單元組成。測量單元主要實現(xiàn)線路可見光視頻圖像、關(guān)鍵點紅外溫度、桿塔周邊安全環(huán)境以及微氣象的監(jiān)測，即可視監(jiān)控、紅外成像、紅外感知以及微氣象監(jiān)測功能。終端主機主要實現(xiàn)對各測量單元的控制、監(jiān)測數(shù)據(jù)的前端分析、監(jiān)測數(shù)據(jù)的輸出以及后臺主機命令的接收處理，所述通信接口用于所述后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)接入所述光纖通信子系統(tǒng)。具體地，可接入所述以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的光線路終端設(shè)備。功能實現(xiàn)上，可視監(jiān)控功能由一臺球型攝像機和一臺槍式攝像機完成，紅外成像功能由一臺在線型紅外熱成像儀完成，槍式攝像機和紅外熱成像儀裝設(shè)在同一云臺上并安放于桿塔的塔頭部分。球型攝像機同樣安放于桿塔的塔頭部分，并與云臺分置于桿塔的兩側(cè)。氣象監(jiān)測功能由一體化微氣象系統(tǒng)完成，紅外感知功能由數(shù)個微波被動紅外復(fù)合探測器完成。所有測量設(shè)備均接入桿塔終端主機箱(含桿塔終端主機、蓄電池、電源控制器和光網(wǎng)絡(luò)單元)。桿塔終端主機箱、微氣象系統(tǒng)安裝在距離桿塔的下橫擔(dān)直線距離3米左右，并固定在一體式可移動支架上。紅外復(fù)合探測器安裝在鐵塔腿部角鋼上。另有安放于鐵塔中部橫擔(dān)下方的空曠處的太陽能電池板，與主機箱體內(nèi)的電源控制器相連。云臺、紅外熱成像儀等設(shè)備采用分時控制啟動方法，避免設(shè)備瞬時啟動時總電流過大。
[0030]如圖5所示后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)的主要組成模塊包括數(shù)據(jù)存儲與分析、數(shù)據(jù)查詢與告警、系統(tǒng)管理與配置、遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制以及通信接口。數(shù)據(jù)存儲與分析模塊主要實現(xiàn)海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲與分析，數(shù)據(jù)查詢與告警主要實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時查詢與分級告警，系統(tǒng)管理與配置主要實現(xiàn)對桿塔終端子系統(tǒng)中各設(shè)備的注冊、監(jiān)視以及信息安全防護，遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制主要實現(xiàn)對各桿塔終端子系統(tǒng)中各設(shè)備的控制，如對球型攝像機、槍式攝像機的上/下/左/右/變倍/變焦控制等，所述通信接口用于所述后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)接入所述光纖通信子系統(tǒng)。此種設(shè)計既能實現(xiàn)后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)的模塊化，同時可以最大程度實現(xiàn)對輸電線路及其設(shè)備進行在線巡視的目的。
[0031]其中，后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)存儲容量SS主要由視頻圖像監(jiān)測數(shù)據(jù)決定，微氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)等的大小可以忽略不計，計算如式(I)所示。
[0032]SS=kXbi Xb2 X (T2 X V^N1 XN2XN3Xm) (I)
[0033]式中，k為監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲時長，單位為天；bl為接入后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)的桿塔終端數(shù)，b2為每個桿塔終端的攝像頭數(shù)量；T2為攝像頭每天的工作時長，Vl為視頻碼流，單位為kbps ；N1為云臺預(yù)置位個數(shù)；N2為每云臺預(yù)置位拍攝圖片數(shù)量；N3為每天云臺啟動轉(zhuǎn)動次數(shù);m為每幅圖片的大小。
[0034]如圖6所示為所述在線巡視系統(tǒng)桿塔終端設(shè)備的硬件構(gòu)成圖。主要由桿塔終端主機箱(含桿塔終端主機、電源控制器、蓄電池和光網(wǎng)絡(luò)單元)、各測量設(shè)備(含球型攝像機、槍式攝像機、紅外熱像儀、一體化微氣象系統(tǒng)等)和太陽能電池板，太陽能電池板和蓄電池接入電源控制器，電源控制器的出口接入桿塔終端主機，桿塔終端主機中的各繼電器出口分別為各設(shè)備供電。所述測量單元中的各測量設(shè)備分別完成相應(yīng)監(jiān)測量的采集并將數(shù)據(jù)上傳給桿塔終端主機，桿塔終端主機對上傳的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理后通過光網(wǎng)絡(luò)單元接入光纖通信網(wǎng)。此種硬件設(shè)計可對各測量設(shè)備電源進行關(guān)啟控制，各設(shè)備相對獨立，結(jié)合具體的桿塔類型，桿塔終端主機箱可放置于桿塔底部方便不停電檢修與調(diào)試，各測量設(shè)備可根據(jù)表一的監(jiān)視位置放置于桿塔合適位置，從而實現(xiàn)在線巡視所需監(jiān)測量的可靠采集。
[0035]蓄電池的容量計算和太陽能電池板的方陣設(shè)計需要根據(jù)桿塔終端設(shè)備的功耗等條件計算，而這又和各設(shè)備的工作模式有關(guān)。桿塔終端主機需要時刻監(jiān)視各設(shè)備運行狀態(tài)并接收由光網(wǎng)絡(luò)單元轉(zhuǎn)發(fā)的后臺主機控制命令，因此桿塔終端設(shè)備中的桿塔終端主機、光網(wǎng)絡(luò)單元、電源控制器為全天24小時持續(xù)工作，而球型攝像機、槍式攝像機、紅外熱成像儀、一體化微氣象系統(tǒng)和紅外復(fù)合探測器等設(shè)備的工作模式需結(jié)合供電手段以及巡視任務(wù)來綜合考慮。
[0036]一般而言，巡視任務(wù)要求監(jiān)視的位置包括輸電線路絕緣子、絕緣橫擔(dān)及金具等，但不要求全天24小時對這些位置進行持續(xù)監(jiān)視?？紤]到槍式攝像機與紅外熱成像儀裝設(shè)在同一云臺，每次開始監(jiān)視時，云臺都會啟動和轉(zhuǎn)動至預(yù)置位，需計入桿塔終端子系統(tǒng)的日平均耗電量。槍式攝像機與紅外熱成像儀一天內(nèi)的工作時長相等，需加入這二者的日平均耗電量。球型攝像機的工作與槍式攝像機的工作類似，不過僅在晚上工作，因此，其工作時長可認(rèn)為是槍式攝像機工作時長的一半。
[0037]由此可確定桿塔終端日平均耗電量Q，可由式(2 )計算得出。
[0038]Q=A1 X T1+ (A2+A3+A4+0.5 X A5) X T2+P5+P6 (2)
[0039]式中，云臺轉(zhuǎn)動或啟動的電流為A1,—天中云臺轉(zhuǎn)動或啟動的總時間為T1 ;云臺待機時電流為A2，一天總待機時間為Τ2。紅外熱像儀和槍式攝像機啟動時的瞬時功耗可以忽略不計，紅外熱像儀工作電流為A3, —天中紅外熱像儀運行時間約為Τ2。槍式攝像機的工作電流為A4，一天中槍式攝像機的運行時間約為Τ2。球型攝像機白天不工作，晚上工作時間約為0.5*Τ2，最大工作電流為Α5。桿塔終端主機需要全天24小時工作，其功耗為P5，光網(wǎng)絡(luò)單元同樣需要全天24小時工作，其功耗為Ρ6。一體化微氣象系統(tǒng)等設(shè)備的功耗可忽略不計。
[0040]根據(jù)Q可計算得出蓄電池的容量和確定太陽能電池板方陣設(shè)計方案。
[0041]以下為本發(fā)明中一種構(gòu)建所述結(jié)合實施例對依據(jù)本發(fā)明的輸電線路在線巡視系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)建方法進行更加詳細(xì)的說明。
[0042]第I步:根據(jù)具體電力部門的輸電巡維類標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書的要求確定輸電線路在線巡視系統(tǒng)的主要功能，并結(jié)合實際情況配置典型狀態(tài)監(jiān)測功能。主要包括:(I)基于桿塔的可視監(jiān)控，通過桿塔周邊環(huán)境及桿塔附近主要設(shè)施的在線視頻監(jiān)控，基本實現(xiàn)輸電線路巡視的主要作業(yè)項目；(2)基于桿塔的紅外成像，實現(xiàn)輸電線路的紅外測溫監(jiān)測功能，監(jiān)測內(nèi)容包括桿塔處合成絕緣子、接續(xù)金具等部位；(3)桿塔周邊環(huán)境安全監(jiān)測，通過桿塔周邊環(huán)境的紅外感知，實現(xiàn)桿塔周邊環(huán)境及異常狀況的安全監(jiān)測；(4)基于桿塔的氣象監(jiān)測，通過桿塔處的微氣象系統(tǒng)，實現(xiàn)輸電線路所處環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等氣象參數(shù)的監(jiān)測。
[0043]第2步:計算輸電線路在線巡視系統(tǒng)所需最大光纖傳輸帶寬，驗證基于以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)的光纖通信子系統(tǒng)有效性。
[0044]Bff=G1Xb1X (b2 X V^Bff1) (I)
[0045]式中，BW為所需的最大光纖通信帶寬；ei為有效系數(shù)，主要由報文格式?jīng)Q定，輸電線路在線巡視系統(tǒng)的報文格式參照輸電線路狀態(tài)監(jiān)測的有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，此處取為1.1 ;bi為接入后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)的桿塔終端數(shù)，此處取典型值30 ；b2為每個桿塔終端的攝像頭數(shù)量，由于每個桿塔終端設(shè)備含I個槍式攝像機、I個球型攝像機和I個紅外熱像儀，故b2取為3 -,N1為視頻碼流，此處取典型值140kbps ^ff1為每桿塔終端其他監(jiān)測數(shù)據(jù)(微氣象等)傳輸所需帶寬，此處取典型值15kbps。
[0046]則輸電線路在線巡視系統(tǒng)所需最大光纖傳輸帶寬為14.02Mbps，基于以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)的光纖通信子系統(tǒng)完全可滿足此條件。
[0047]第3步:根據(jù)輸電線路在線巡視系統(tǒng)的監(jiān)視位置選配合適的測量設(shè)備并確定具體安裝位置。
[0048]第4步:根據(jù)桿塔終端工作模式，并結(jié)合供電技術(shù)手段確定蓄電池容量。
[0049]云臺轉(zhuǎn)動或啟動的電流為A1=GA,—天中云臺轉(zhuǎn)動或啟動的總時間為！\360s ;云臺待機時電流為A2=0.2A，一天總待機時間為T2。則云臺一天的功耗P1如式(2)所示。
[0050]P1=A1XT^A2XT2= (0.6+0.2XΤ2) Ah (2)
[0051]紅外熱像儀和槍式攝像機啟動時的瞬時功耗可以忽略不計，紅外熱像儀工作電流為A3=0.5Α，一天中紅外熱像儀運行時間約為Τ2。則紅外熱像儀一天的功耗P2如式(3)所
/Jn ο
[0052]P2=A3 X T2= (0.5 X T2) Ah (3)
[0053]槍式攝像機的工作電流為A4=0.5Α, 一天中槍式攝像機的運行時間約為Τ2。則槍式攝像機一天的功耗P3如式(4)所示。
[0054]P3=A4 X T2= (0.5 X Τ2) Ah (4)
[0055]球型攝像機白天不工作，晚上工作時間約為0.5*Τ2，最大工作電流為Α5=3.5Α。則球型攝像機一天的功耗P4如式(5)所示。
[0056]P4=0.5 XA5X T2= (1.75 X T2) Ah (5)
[0057]桿塔終端主機需要全天24小時工作，其功耗為P5=IOAh,光網(wǎng)絡(luò)單元同樣需要全天24小時工作，其功耗為P6=10Ah。一體化微氣象系統(tǒng)等設(shè)備的功耗可忽略不計。則桿塔終端設(shè)備日平均功耗計算公式如(6 )所示。
[0058]Q=A1 X T1+ (A2+A3+A4+0.5 X A5) X T2+P5+P6= (20.6+2.95 X T2) Ah (6)
[0059]蓄電池的容量BC可根據(jù)式(7)計算得出。
[0060]BC=AX QX NlX T0/Cc (7)
[0061]安全系數(shù)A可取為1.3，最長連續(xù)陰雨天數(shù)隊取為4，溫度修正系數(shù)Ttj取為1，蓄電池放電深度C。取為0.7。當(dāng)T2取為4時，即視頻監(jiān)控和紅外測溫每天工作有效時間為4小時，Q=32.4Ah，BC=240.7Ah ;當(dāng)T2取為2時，即視頻監(jiān)控和紅外測溫每天工作有效時間為2 小時，Q=26.5Ah, BC=196Ah。
[0062]考慮到巡視任務(wù)的要求，以及目前蓄電池的技術(shù)水平，桿塔終端設(shè)備蓄電池的容量確定為BC=196Ah，視頻監(jiān)控和紅外測溫每天工作有效時間為2小時。桿塔終端設(shè)備的日平均功耗Q=26.5Ah。
[0063]第5步:根據(jù)桿塔終端工作模式和蓄電池容量，確定太陽能電池板方陣設(shè)計方案。
[0064]140W典型太陽能板電池組件的最佳工作電流1c為8.14A，最佳工作電壓為Uoc為17.2V，標(biāo)準(zhǔn)光強(1000ff/m2)下的平均日輻射實數(shù)的系數(shù)H取為3.5。
[0065]要想確定太陽能電池板的總功率以及太陽能板電池組件的并聯(lián)數(shù)和串聯(lián)數(shù)，首先需要確定太陽能電池組件日發(fā)電量Qp，如式(8)所示。
[0066]Qp=1cXHXKopXCz ⑶
[0067]式中，1c為太陽能電池組件的最佳工作電流；H為標(biāo)準(zhǔn)光強(1000W/m2)下的平均日輻射實數(shù)的系數(shù)為斜面修正系數(shù)，此處取為0.885 ；CZ為修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取為0.8。則可計算出Qp等于20.2Ah。
[0068]太陽能電池板方陣中太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)Ns可根據(jù)式(9)計算得出。
[0069]Ns=Ue/U0C= (Uf+UD+Uc) /Uoc (9)
[0070]式中，Uk為太陽能電池方陣輸出最小電壓；U。。為太陽能電池組件的最佳工作電壓，;Uf為蓄電池的浮充電壓，取為14V ；UD為二極管壓降，一般取為0.7V ；UC為其他因素引起的壓降，此處取為IV。則Ns=0.91 `^ 10
[0071]太陽能電池板方陣中太陽能電池組件的并聯(lián)數(shù)Np可根據(jù)式(10)計算得出。即太陽能電池板方陣不僅供桿塔終端設(shè)備使用，還需補足蓄電池在最長連續(xù)陰雨天內(nèi)所虧損電量。
[0072]Np=(Bcb+NwXQ)/(QpXNw) (10)
[0073]式中，心為兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)，取為2*隊；QpS太陽能電池組件日發(fā)電量；Bd3為最長連續(xù)陰雨天數(shù)內(nèi)需補充的蓄電池容量，Bd3=AXQX隊。則Np= (1.3X26.5X4+2X4X26.5)/(20.2X2X4) =2.16
[0074]故太陽能電池方陣總功率Ps可由式(11)計算得出。
[0075]Ps=P0XNsXNp (11)
[0076]P0為太陽能電池板的組件功率，則PS=302W。
[0077]實際中，太陽能電池板方陣可設(shè)計為兩個150W的太陽能電池板組件并聯(lián)使用。
[0078]第6步:根據(jù)桿塔終端工作模式，確定后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)的存儲容量。
[0079]存儲容量SS主要由視頻圖像監(jiān)測數(shù)據(jù)決定，微氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)等的大小可以忽略不計，計算如式(12)所示。
[0080]SS=kXbiXb2X (T2XV^N1 XN2XN3Xm) (12)
[0081]式中，k為監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲時長，單位為天A1為接入后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)的桿塔終端數(shù)，b2為每個桿塔終端的攝像頭數(shù)量；T2為攝像頭每天的工作時長，V1為視頻碼流，單位為kbps 為云臺預(yù)置位個數(shù)；N2為每云臺預(yù)置位拍攝圖片數(shù)量；N3為每天云臺啟動轉(zhuǎn)動次數(shù);m為每幅圖片的大小。
[0082]為有效觀測輸電線路狀態(tài)在一年中的變化情況，k對應(yīng)13個月的時長；bl取為30 ;由于每個桿塔終端設(shè)備含I個槍式攝像機、I個球型攝像機和I個紅外熱像儀，故b2取為3 ;根據(jù)步驟4，T2取為2小時；V1取為140kbps ;考慮巡視任務(wù)需求，NI取為12，N3取為10，N2取為2 ;根據(jù)實測值，m取為300KB。代入式(12)可計算得出SS=6.5TB。
[0083]因此，利用3塊3T的硬盤組成RAID5進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲。
[0084]第7步:根據(jù)輸電線路在線巡視的主要功能，并利用前述確定的蓄電池容量、太陽能電池板方陣設(shè)計方案以及后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)存儲容量，構(gòu)成桿塔終端設(shè)備與后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)，結(jié)合光纖通信子系統(tǒng)形成輸電線路在線巡視系統(tǒng)。
[0085]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種輸電線路在線巡視系統(tǒng)，其特征在于，包括:光纖通信子系統(tǒng)、后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)和逐塔配置的桿塔終端子系統(tǒng)，所述桿塔終端子系統(tǒng)包括測量單元、終端主機、供能單元以及光網(wǎng)絡(luò)單元，所述測量單元用于執(zhí)行輸電線路及其設(shè)備指定位置的可見光視頻圖像、紅外圖像等監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集，所述終端主機完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯聚、預(yù)處理與上傳并接收后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)發(fā)出的命令來控制各單元，所述供能單元通過終端主機的繼電器出口給測量單元和光網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)備供能，每桿塔處的桿塔終端子系統(tǒng)采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過光網(wǎng)絡(luò)單元與每桿塔處接續(xù)引下的光單元相連，從而接入光纖通信子系統(tǒng)中，所述后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲、分析查詢與告警等功能，并通過光纖通信子系統(tǒng)與各桿塔終端子系統(tǒng)進行通信。
2.如權(quán)利要求1所述的在線巡視系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖通信子系統(tǒng)由光纖復(fù)合架空地線的T接引下設(shè)備與以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備形成，所述光纖復(fù)合架空地線的T接引下設(shè)備實現(xiàn)每桿塔處光纖復(fù)合架空地線光單元的T接引下，所述以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用光線路終端級聯(lián)方式組網(wǎng)，由沿線布置的光線路終端、布置于每桿塔處的光網(wǎng)絡(luò)單元、和無源分光器組成，桿塔終端子系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)接入布置于每桿塔處的光網(wǎng)絡(luò)單元，光網(wǎng)絡(luò)單元通過無源分光器與利用T接引下技術(shù)的光纖復(fù)合架空地線光單元相連，從而接入所述光纖通信子系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述的在線巡視系統(tǒng)，其特征在于，所述在線巡視系統(tǒng)還包括監(jiān)控子機子系統(tǒng)，各桿塔終端的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過基于光纖復(fù)合架空地線的T接引下技術(shù)與以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形成的光纖通信子系統(tǒng)傳輸至布置于各變電站的監(jiān)控子機子系統(tǒng)，監(jiān)控子機子系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)的存儲與分析、數(shù)據(jù)的查詢與告警、系統(tǒng)管理與配置功能；經(jīng)過加工分析后的監(jiān)測數(shù)據(jù)，再通過SDH電力專網(wǎng)傳輸至后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)；后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)可瀏覽各監(jiān)控子機子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并可對缺陷事故數(shù)據(jù)進行存儲與分析。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的在線巡視系統(tǒng)，其特征在于，所述后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)存儲與分析模塊、數(shù)據(jù)查詢與告警模塊、系統(tǒng)管理與配置模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制模塊以及通信接口組成，所述數(shù)據(jù)存儲與分析模塊實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲與分析，所述數(shù)據(jù)查詢與告警實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時查詢與分級告警，所述系統(tǒng)管理與配置實現(xiàn)對桿塔終端子系統(tǒng)中各設(shè)備的注冊、監(jiān)視以及信息安全防護，所述遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制主要實現(xiàn)對各桿塔終端子系統(tǒng)中各設(shè)備的控制，所述通信接口用于所述后臺監(jiān)控主機子系統(tǒng)接入所述光纖通信子系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1至3任一項所述的在線巡視系統(tǒng)，其特征在于，所述桿塔終端子系統(tǒng)還包括電源控制器；所述測量單元具體包括球型攝像機、槍式攝像機、紅外熱像儀、一體化微氣象系統(tǒng)；所述供能單元具體包括太陽能電池板和蓄電池，所述太陽能電池板和蓄電池接入電源控制器，電源控制器的出口接入所述終端主機，終端主機中的各繼電器出口分別為所述桿塔終端子系統(tǒng)中的各設(shè)備供電；所述測量單元中的各測量設(shè)備分別完成相應(yīng)監(jiān)測量的采集并將數(shù)據(jù)上傳給終端主機，終端主機對上傳的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理后通過光網(wǎng)絡(luò)單元接入光纖通信子系統(tǒng)。
【文檔編號】G05B19/418GK103488140SQ201310403026
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】尹項根, 唐金銳, 趙建青, 邱玩輝, 姚瑤, 李振宇, 劉洪潔 申請人:華中科技大學(xué)