基於大數據的特高壓直流輸電線路巡視及反饋系統的製作方法
2023-06-04 03:05:06 2
本發明屬於輸電線路巡視領域，具體地說，尤其涉及一種基於大數據的特高壓直流輸電線路巡視及反饋系統。
背景技術：
電力系統的發展始於直流輸電系統，直流輸電電纜線路的輸送容量大、損耗小，不易老化、經濟性能好，輸送距離不受限制、穩定性高等特點，近年來大功率電力電子技術的發展是的大規模高壓直流輸電的實現成為可能。
由於我國的地質地貌特點和氣候特點，加之特高壓直流輸電工程的線路較長，跨越地形和氣候區域的複雜程度高，線路故障巡線難度較大，直流線路故障點的查找異常困難，將嚴重影響永久性故障的恢復時。
正是由於上述特點，使得直流輸電線路在建設過程中就需要考慮到如何實現直流輸電線路區域跨度大、線路裡程長的情況下對線路的巡視檢修作業，減少工程施工投入的成本和建設周期。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種基於大數據的特高壓直流輸電線路巡視及反饋系統，其能夠通過多種途徑實現特高壓直流輸電線路節點及與之關聯用電區域之間的信息聯動，保證較少人力投入下輸電線路的實時動態監控，及時排除隱患。
為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：
本發明所述的一種基於大數據的特高壓直流輸電線路巡視及反饋系統，包括以下組件，
數據存儲伺服器、節點伺服器、網際網路數據抓取伺服器、換流站數據監控伺服器，其中所述數據存儲伺服器包括存儲單元和處理單元，存儲單元用於存儲節點伺服器、網際網路數據抓取伺服器、移動數據抓取伺服器、換流站數據監控伺服器中提取的數據，並通過處理單元對上述信息進行存儲；
所述節點伺服器在建設過程中進行安裝和調試，其包括位於各採集數據節點的數據採集裝置，該數據採集裝置包括gps/北鬥衛星定位裝置、風速採集傳感器、相鄰節點之間的數據反饋裝置、溼度傳感器、溫度傳感器、拉力傳感器和導線振動監測儀、靜電感應器；
所述gps/北鬥衛星定位裝置用於傳輸信息時提供該信息的傳輸節點地理位置信息，供操作人員判斷該信息的地理位置來源，風速採集傳感器用於採集該節點所處地理位置的風速及風向信息；所述數據反饋裝置用於向相鄰節點發出和接收相鄰節點是否正常通信和正常輸電的信號，判斷相鄰節點之間是否存在線路破損斷裂，該數據反饋裝置採用行波通訊，相鄰節點之間的行波通訊能夠有效判定故障點的位置，並將故障點的位置以及相鄰節點的定位信息一併發送至節點伺服器；所述溼度傳感器和溫度傳感器用於檢測節點所處地理位置的溼度信息和溫度信息，判斷是否存在安全隱患；拉力傳感器用於檢測是否相鄰節點線路張緊力存在問題；導線振動監測儀用於檢測相鄰節點之間的傳輸導線是否在空氣流動下產生振動，該振動值是否處於電網建設的規範下；靜電感應器安裝於輸電線路杆體上，用於感應該特高壓直流輸電線路是否存在線路絕緣水平降低產生的對地閃絡或雷擊幹擾。
所述網際網路數據抓取伺服器用於抓取涉及影響供電網路安全的突發問題；
所述換流站數據監控伺服器用途調控特高壓直流輸電線路輸電容量是否存在波動，其波動數值是否處於標準允許的誤差範圍內。
進一步地講，本發明中所述的節點伺服器採用市電和/或太陽能、風能發電提供工作電源。
進一步地講，本發明中所述的節點伺服器位於輸電鐵塔中部偏上位置，並且還包括採用有線或者無線方式連接的通訊設備。
進一步地講，本發明中所述的基於大數據的特高壓直流輸電線路巡視及反饋系統還包括無人機，所述無人機飛行參考坐標為與輸電鐵塔上安裝的通訊設備信息交換信號。
一種基於大數據的特高壓直流輸電線路巡視及反饋方法，該方法包括以下步驟，
1)、通過輸電線路相鄰輸電鐵塔上安裝的gps/北鬥衛星定位裝置、風速採集傳感器、相鄰節點之間的數據反饋裝置、溼度傳感器、溫度傳感器、拉力傳感器採集各輸電鐵塔的性能指標、所述環境指標、相鄰輸電鐵塔之間是否存在線路損壞；
2)、將步驟1)中採集到的信息通過有線或者無線傳輸的方式傳遞至節點伺服器，節點伺服器傳遞至數據存儲伺服器，數據存儲伺服器分析後，將分析的數據通過網絡傳遞至對應區域的電力調控中心；
3)、作為步驟2)的輔助步驟，網際網路數據抓取伺服器根據gps/北鬥衛星定位裝置提供的地理位置信息，依據網際網路上允許提取的對應網絡位置信息，以gps/北鬥衛星定位裝置提供的數據為圓心，10km為半徑抓取網絡數據，並將抓取信息傳遞至數據存儲伺服器；
4)、作為步驟2)的輔助步驟，無人機依據輸電鐵塔提供的位置信息數據，規劃飛行路徑，提供該區域內的視頻圖像資料；
5)、作為步驟4)的輔助步驟，移動數據抓取伺服器用於通過行動網路抓取半徑範圍內移動基站是否啟用備用電源，確定小區域範圍內是否存在大範圍停電。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
本發明能夠通過輸電線路建設過程中使用的輸電鐵塔和沿途用電變電運維室構成網絡節點，採集不同節點的反饋信息能夠及時掌握供電網絡的機械性能和環境因素，輸電線路經過的區域是否存在未知的供電隱患需要排查以及突發的人或動物攀爬輸電線路的情況，提高有限人力資源下長距離輸電線路的維護和巡視。
附圖說明
圖1是本發明的框架原理圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本申請所述的技術方案作進一步地描述說明。
實施例1：一種基於大數據的特高壓直流輸電線路巡視及反饋系統，其特徵在於：包括以下組件，
數據存儲伺服器、節點伺服器、網際網路數據抓取伺服器、換流站數據監控伺服器，其中所述數據存儲伺服器包括存儲單元和處理單元，存儲單元用於存儲節點伺服器、網際網路數據抓取伺服器、移動數據抓取伺服器、換流站數據監控伺服器中提取的數據，並通過處理單元對上述信息進行存儲；
所述節點伺服器在建設過程中進行安裝和調試，其包括位於各採集數據節點的數據採集裝置，該數據採集裝置包括gps/北鬥衛星定位裝置、風速採集傳感器、相鄰節點之間的數據反饋裝置、溼度傳感器、溫度傳感器、拉力傳感器和導線振動監測儀、靜電感應器；
所述gps/北鬥衛星定位裝置用於傳輸信息時提供該信息的傳輸節點地理位置信息，供操作人員判斷該信息的地理位置來源，風速採集傳感器用於採集該節點所處地理位置的風速及風向信息；所述數據反饋裝置用於向相鄰節點發出和接收相鄰節點是否正常通信和正常輸電的信號，判斷相鄰節點之間是否存在線路破損斷裂，該數據反饋裝置採用行波通訊，相鄰節點之間的行波通訊能夠有效判定故障點的位置，並將故障點的位置以及相鄰節點的定位信息一併發送至節點伺服器；所述溼度傳感器和溫度傳感器用於檢測節點所處地理位置的溼度信息和溫度信息，判斷是否存在安全隱患；拉力傳感器用於檢測是否相鄰節點線路張緊力存在問題；導線振動監測儀用於檢測相鄰節點之間的傳輸導線是否在空氣流動下產生振動，該振動值是否處於電網建設的規範下；靜電感應器安裝於輸電線路杆體上，用於感應該特高壓直流輸電線路是否存在線路絕緣水平降低產生的對地閃絡或雷擊幹擾。
所述網際網路數據抓取伺服器用於抓取影響供電線路安全的突發事件，如人員攀爬等；
所述換流站數據監控伺服器用途調控特高壓直流輸電線路輸電容量是否存在波動，其波動數值是否處於標準允許的誤差範圍內。
實施例2：一種基於大數據的特高壓直流輸電線路巡視及反饋系統，其中所述節點伺服器採用市電和/或太陽能、風能發電提供工作電源。所述節點伺服器位於輸電鐵塔中部偏上位置，並且還包括採用有線或者無線方式連接的通訊設備。所述的基於大數據的特高壓直流輸電線路巡視及反饋系統還包括無人機，所述無人機飛行參考坐標為與輸電鐵塔上安裝的通訊設備信息交換信號。
鑑於上述實施例，本發明在使用時，其工作過程及原理如下：
本發明主要利用的是在輸電線路建設過程中建立的輸電鐵塔作為線路建設節點，並且在架設過程中充分利用線路特點實現監控單元的鋪設，不僅為後續的試運行和運行縮短時間，而且上述設備亦能夠提高輸電線路架設的質量和速度。利用與特高壓直流輸電線路經過區域內的網際網路數據及行動網路數據作為輻射網絡中的分支節點，輔助操作人員判定該節點內是否有影響供電網絡安全的突發事故，或者周圍區域內有明顯影響供電網絡的火災、突發極端天氣等。
為了更好地對輸電網絡本身進行監控，本發明提供了一種利用輸電鐵塔進行輸電線路監控的方法。具體是採用在相鄰或者間隔的輸電鐵塔上安裝有位於各採集數據節點的數據採集裝置，該數據採集裝置包括gps/北鬥衛星定位裝置、風速採集傳感器、相鄰節點之間的數據反饋裝置、溼度傳感器、溫度傳感器、拉力傳感器和導線振動監測儀、靜電感應器，這些傳感器能夠感應到輸電線路所承受的外界環境和自身的物理性能，並且將上述性能指標通過數據的形式沿通訊網絡經過節點伺服器傳遞至數據存儲伺服器，存儲在數據存儲伺服器的存儲單元內，並且數據存儲伺服器能夠通過處理單元，包括cpu/gpu/單片機等進行數據處理或者比對，將比對結果顯示給操作人員。
進一步地講，上述各輸電鐵塔節點的功能及作用如下：
所述gps/北鬥衛星定位裝置用於傳輸信息時提供該信息的傳輸節點地理位置信息，供操作人員判斷該信息的地理位置來源，如果遇到需要檢修或者現場查看的情況時，則需要根據此位置信息前往現場，同時該位置信息也能夠為無人機查看時提供相應的地理位置參考，規劃航線。
風速採集傳感器用於採集該節點所處地理位置的風速及風向信息；風向和風速影響著供電線路輸電導線的搖擺，如果輸電線路搖擺過渡則會對輸電線路鐵塔及連接點造成物理上的磨損，嚴重時可能會造成輸電線路斷裂或者輸電鐵塔的折彎變形，嚴重者影響整個輸電線路的電力輸送。
所述數據反饋裝置用於向相鄰節點發出和接收相鄰節點是否正常通信和正常輸電的信號，判斷相鄰節點之間是否存在線路破損斷裂；該數據反饋裝置為採用供電線路行波採集裝置，通過現有的行波測距原理採集隱含的故障點，並將採集到的數據傳遞至節點伺服器。通過輸電線路傳送的信號判斷該輸電線路是否存在斷點或者嚴重破損的情況，相鄰的數據反饋裝置能夠保證相鄰輸電鐵塔之間通訊和供電線路的穩定，一旦數據反饋無信號或者信號存在明顯瑕疵，則數據反饋裝置需要通過節點伺服器和網際網路將信息傳遞至數據存儲伺服器進行處理，並標明信號處理級別為一級。數據存儲伺服器優先進行該類別數據的處理與分析，通知gps/北鬥衛星定位裝置區域內與之最為接近的維修小組前往維修和查看。
所述溼度傳感器和溫度傳感器用於檢測節點所處地理位置的溼度信息和溫度信息，判斷是否存在安全隱患；由於特高壓直流輸電線路存在區域跨度長的特點，不同區域內的氣候因素不同，如溼度和溫度等雙重作用會造成該區域下輸電線路的覆冰，覆冰情況嚴重時會導致輸電線路承受較大的作用力，影響輸電線路自身的性能，縮短輸電線路的使用壽命。
拉力傳感器用於檢測是否相鄰節點線路張緊力存在問題；該類型的傳感器能夠檢測不同氣象條件下的相鄰節點間的輸電線路拉力，一旦拉力值在供電公司設定的允許範圍之外，則需要將信號通過節點伺服器傳遞至數據存儲伺服器，數據存儲伺服器將該類別信號標記為優先級別，通知附近區域內維修維護人員及時前往維修查看。
本發明中為了保證輸電線路沿途用電輻射網絡的具體情況跟蹤，還設定了用於網際網路數據抓取的伺服器，包括網際網路數據抓取伺服器和行動網路抓取伺服器，其中網際網路數據抓取伺服器用於抓取網際網路內公開的數據，包括新聞頁面、微博頁面等，其中抓取的關鍵詞包括涉及供電安全的突發事件，如人員不顧警示標誌攀爬高壓輸電鐵塔，電擊事故等，其能夠實現對拓展區域內的數據監控，實現在現有網際網路高速發展情況下的多途徑整合，輔助操作人員對該類別進行拓展，保證區域內危險情況的判定。
本發明中還涉及到無人機輔助巡視，由於輸電線路鐵塔設置範圍較高，採用人工進行巡視不僅勞動強度大，而且高空作業具有一定的危險性。在本發明所述的特高壓直流輸電線路的巡視過程中，採用無人機能夠有效避免人工勞動強度大和高空作業的危險。本發明中所述的無人機帶有攝像頭及無線信號回傳系統，其中，無人機採用輸電鐵塔上的節點伺服器中的gps/北鬥衛星定位裝置，通過節點伺服器的無線網絡通訊上傳至無人機操作模塊實現對無人機路徑的規劃，確保無人機沿著輸電線路布置路徑進行飛行作業和線路輔助巡視。