一种基于物联网终端的输电线路全寿命监测平台

摘要

本发明公开了一种基于物联网终端的输电线路全寿命监测平台，具体涉及电网技术领域，包括以下建设步骤，建立基于泛在电力物联网的综合微气象灾害监测与预警系统，采用光纤传感技术、电场仿真分析、建立瓷绝缘子劣化检测系统。本发明通过将物联通讯，传感和电源等集成起来，可达到自动取能、低功耗和免维护的需求，通过引入的决策树人工智能算法，可以满足对新检测数据的预警能力及准确性，同时可对监测预警管理实现现场化和可视化的要求，微气象系统对于输电线路运行故障及微气象灾害实时监测和预警，且可建立适用于该省市微气象灾害的预警模型，使得本发明可以满足免维护、造价低、智能化、系统化和平台化的物联网输电线路监测平台。

说明书

技术领域

本发明涉及电网技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于物联网终端的输电线路全寿命监测平台。

背景技术

我国地域广阔，发电资源和负荷中心距离远，分布不均衡，我国的能源集中地方多处于北部和西部，而输电线路跨越地域广，大量特殊地形的微气象环境对电力系统的运行影响明显，微气象环境因为其区域狭小，气象部门不能对这些微气象点的气候情况及时监测和播报，而微气象信息对电网安全运行具有重要作用，并且由于气象信息分散、研究地域单一，使输电线路微气象灾害预警技术研究缺乏系统性，主要体现在地域针对性较强，气象信息收集分散，缺乏专业的微气象、微地形信息数据库，微气象灾害监测多采用在线监测装置，存在监测范围小、灾害条件下工作受限等不足，而建立输电线路的全寿命物联网监测预警平台，核心是监测终端的免维护设计和物联网网络的架构设计，目前，各种电网在线监测装置已经得到大规模使用，但结构庞大、维护量大和造价高是在线监测系统难以推广和长期使用的主要问题。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种基于物联网终端的输电线路全寿命监测平台，本发明所要解决的技术问题是：输电线路微气象灾害预警技术研究缺乏系统性，主要体现在地域针对性较强，气象信息收集分散，缺乏专业的微气象、微地形信息数据库，微气象灾害监测多采用在线监测装置，存在监测范围小、灾害条件下工作受限等不足，而建立输电线路的全寿命物联网监测预警平台结构庞大、维护量大和造价高是在线监测系统难以推广和长期使用的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网终端的输电线路全寿命监测平台，包括以下建设步骤：

S1、建立基于泛在电力物联网的综合微气象灾害监测与预警系统：

a、采用光纤传感技术、电场仿真分析、建立瓷绝缘子劣化检测系统。

b、对关键节点的输电线路安装应力终端物联网传感器来实现对导线受力、覆冰和导线舞动、地垂等状态进行实施监控分析，确保杆塔线路安全。

c、在特殊地质环境的杆塔安装倾斜度物联网终端，在全寿命监测平台上实现对这些杆塔的精确监测，并建立接地电阻的实施测量。

S2、建立物联网监测终端：

d、利用输电杆塔上的风能、太阳能和高压电场环境下的强电场对传感器终端的供电。

e、建立抗干扰装置和微气象传感终端，从而可以降低高压电场对电信号传感器运行时的干扰，同时可以完成温度、湿度、风力、风向、气压、雨量、降雪、雷电等对输电线路危害较大的气象参数监测，并选择合适的高精度传感器对杆塔的倾斜进行预警。

f、将物联通讯、传感和电源等集成起来，使得监测终端能够可靠简单的结构运行，总称为智能无线传感终端。

S3、物联网系统搭建：

g、使用智能无线传感终端对高压输电设备运行时的运行状态数据进行采集，例如微气象、导线应力、杆塔倾斜度、接地电阻、绝缘子串点位分布等信息，采集后的数据通过无线局域网汇聚，汇聚后通过公共无线网络发送数据到云服务器。

S4、构建可视化系统监测虚拟管理平台：

h、构建包含输电线路上各种类型的铁塔、导线、绝缘子的三维组件模型库。

i、基于三维虚拟引擎开发绝缘子监测虚拟管理平台，在该平台可利用铁塔和绝缘子、导线模型库并结合铁塔地理信息设置绝缘子的三维工作状态。

j、绝缘子的每次试验数据上传数据库并经评估系统判断后的预警信息可以直观地反应到虚拟管理平台上。

k、利用输变电现场产生的三维图像，该管理平台还能让运维人员沉浸式地观看运维现场的立体场景。

S5、建立预测预警系统：

l、以决策树算法为核心建立输电线路预警评估系统，并编程用历史检测样本数据训练该评估模型，使其具有对新检测数据的预警能力。

m、基于不同覆冰周期分段对应的覆冰预测模型，实现覆冰值的短期预测。

n、基于GreyModel模型的最小空气间隙距离建模与预测方法，实现对振动灾害的预测与预警。

o、针对某个省市电网微地形和微气象，建立适用于整个省市电力微气象灾害的预警模型，提出电力微气象灾害预警分级准则和策略，为电网微气象灾害监测预警提供规范。

p、提出宏观气象数据应用于电网微气象灾害监测预警的理论与方法，建立微气象物联网传感器监测手段与气象台站数据相结合的新型微气象监测预警体系及实施策略。

q、提出基于泛在电力物联网的电力微气象监测传感设备布点原则，计划在省市典型微气象区域现场安装60套左右监测设备，结合微气象物联网传感器监测与气象台站数据手段，建立覆盖省市全网的微气象灾害监测网络体系，实现对典型微气象灾害的实时监测与预警。

作为本发明的进一步方案：所述智能传感器终端可通过中继进入网络层，即通过电力物联网实现对网络层、平台层和业务层的联通。

作为本发明的进一步方案：所述物联网监测终端包含主设备和子设备，主设备与子设备在前端利用zigbee/LoRa无线技术组成微网，采集到的运行状态数据通过微网汇聚到主设备上，主设备利用MQTT协议将数据通过GPRS网络“发布”到服务器端，服务器端的数据分析管理系统负责对数据进行处理。

作为本发明的进一步方案：所述云服务器可以完成数据存储、数据收集、数据分析预警、数据监控，用户可以在多种平台设备上实现数据的查看、数据统计图表、GIS信息、数据预警等功能，其中数据采集终端作为整个系统的基础部件，是网络的神经末梢和基础数据的发源地。

作为本发明的进一步方案：所述物联网传感器采用大数据存储和处理的方式，以实现大数据量的快速存储和处理。

作为本发明的进一步方案：所述预警系统评估模型具有机器学习能力，随着使用的样本增多，其准确性也越高，预警评估系统和检测样本数据库放置在网络服务器，便于评估算法的改进升级。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过将物联通讯，传感和电源等集成起来，使监测终端能够满足野外高压环境下长期可靠运行的要求，达到免维护低功耗的需求，同时利用输电杆塔上的风能、太阳能和高压电场环境下的强电场对传感器终端的供电，达到节省能源的需求，再引入决策树人工智能算法进行预警决策，通过自动学习能力，达到自动升级满足预警新检测数据的准确性，通过建立输电线路监测虚拟管理平台，使全寿命的输电线路监测预警管理实现现场化和可视化的要求，微气象系统对于输电线路运行故障的预测判断和预警，包含基于不同覆冰周期分段对应的覆冰预测模型，实现覆冰值的短期预测，基于GreyModel模型的最小空气间隙距离建模与预测方法，实现对振动灾害的预测与预警，针对某省市电网微地形和微气象，建立适用于该省市微气象灾害的预警模型，提出电力微气象灾害预警分级准则和策略，为电网微气象灾害监测预警提供规范，保证了输电设备运行的可靠性和安全性，使得本发明可以满足免维护、造价低、智能化、系统化和平台化的物联网输电线路监测平台。

附图说明

图1为本发明物联网系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图所示，本发明提供了一种基于物联网终端的输电线路全寿命监测平台，包括以下建设步骤：

S1、建立基于泛在电力物联网的综合微气象灾害监测与预警系统：

a、采用光纤传感技术、电场仿真分析、建立瓷绝缘子劣化检测系统。

b、对关键节点的输电线路安装应力终端物联网传感器来实现对导线受力、覆冰和导线舞动、地垂等状态进行实施监控分析，确保杆塔线路安全。

c、在特殊地质环境的杆塔安装倾斜度物联网终端，在全寿命监测平台上实现对这些杆塔的精确监测，并建立接地电阻的实施测量。

S2、建立物联网监测终端：

d、利用输电杆塔上的风能、太阳能和高压电场环境下的强电场对传感器终端的供电。

e、建立抗干扰装置和微气象传感终端，从而可以降低高压电场对电信号传感器运行时的干扰，同时可以完成温度、湿度、风力、风向、气压、雨量、降雪、雷电等对输电线路危害较大的气象参数监测，并选择合适的高精度传感器对杆塔的倾斜进行预警。

f、将物联通讯、传感和电源等集成起来，使得监测终端能够可靠简单的结构运行，总称为智能无线传感终端。

S3、物联网系统搭建：

g、使用智能无线传感终端对高压输电设备运行时的运行状态数据进行采集，例如微气象、导线应力、杆塔倾斜度、接地电阻、绝缘子串点位分布等信息，采集后的数据通过无线局域网汇聚，汇聚后通过公共无线网络发送数据到云服务器。

S4、构建可视化系统监测虚拟管理平台：

h、构建包含输电线路上各种类型的铁塔、导线、绝缘子的三维组件模型库。

i、基于三维虚拟引擎开发绝缘子监测虚拟管理平台，在该平台可利用铁塔和绝缘子、导线模型库并结合铁塔地理信息设置绝缘子的三维工作状态。

j、绝缘子的每次试验数据上传数据库并经评估系统判断后的预警信息可以直观地反应到虚拟管理平台上。

k、利用输变电现场产生的三维图像，该管理平台还能让运维人员沉浸式地观看运维现场的立体场景。

S5、建立预测预警系统：

l、以决策树算法为核心建立输电线路预警评估系统，并编程用历史检测样本数据训练该评估模型，使其具有对新检测数据的预警能力。

m、基于不同覆冰周期分段对应的覆冰预测模型，实现覆冰值的短期预测。

n、基于GreyModel模型的最小空气间隙距离建模与预测方法，实现对振动灾害的预测与预警。

o、针对某个省市电网微地形和微气象，建立适用于整个省市电力微气象灾害的预警模型，提出电力微气象灾害预警分级准则和策略，为电网微气象灾害监测预警提供规范。

p、提出宏观气象数据应用于电网微气象灾害监测预警的理论与方法，建立微气象物联网传感器监测手段与气象台站数据相结合的新型微气象监测预警体系及实施策略。

q、提出基于泛在电力物联网的电力微气象监测传感设备布点原则，计划在省市典型微气象区域现场安装60套左右监测设备，结合微气象物联网传感器监测与气象台站数据手段，建立覆盖省市全网的微气象灾害监测网络体系，实现对典型微气象灾害的实时监测与预警。

智能传感器终端可通过中继进入网络层，即通过电力物联网实现对网络层、平台层和业务层的联通。

物联网监测终端包含主设备和子设备，主设备与子设备在前端利用zigbee/LoRa无线技术组成微网，采集到的运行状态数据通过微网汇聚到主设备上，主设备利用MQTT协议将数据通过GPRS网络“发布”到服务器端，服务器端的数据分析管理系统负责对数据进行处理。

云服务器可以完成数据存储、数据收集、数据分析预警、数据监控，用户可以在多种平台设备上实现数据的查看、数据统计图表、GIS信息、数据预警等功能，其中数据采集终端作为整个系统的基础部件，是网络的神经末梢和基础数据的发源地。

物联网传感器采用大数据存储和处理的方式，以实现大数据量的快速存储和处理。

预警系统评估模型具有机器学习能力，随着使用的样本增多，其准确性也越高，预警评估系统和检测样本数据库放置在网络服务器，便于评估算法的改进升级。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。