基于物联网感知的智慧输电线路运检技术

基于物联网感知的智慧输电线路运检技术

胡哲恺 ,刘雪飞

国网内蒙古东部电力有限公司克什克腾旗供电分公司内蒙古 赤峰  025350

摘要：输电线路智慧巡检取得了一定的成绩，但运营商公网通信覆盖有限，大量输电线路传感器存在通信盲区和接入壁垒，致使数据信息及电网资产的作用和价值难以显现，“全面感知”的整个通信链发展受到严重阻碍。同时，输电线路传感器采用单一来源的光伏供电，供电可靠性差，数据采集难度大，严重制约了输电线路智能巡检工作的开展。

关键词：智慧输电线路；物联网；在线监测；智能运检

引言：基于智能线路的智能电网骨干网将成为智能电网的组网框架，对于提高电网的本质安全水平，加快故障的快速响应和处理，提高检测质量，优化人力资源配置等具有重要意义。1电力系统输电线路运检管理存在的主要问题

1.1工作任务重，输电线路运检工作人员不足，综合素质有待提高

随着经济的发展，我国电网规模也越来越大，从而使得对于输电线路运检工作的需求也在不断增大，而运检工作人员的数量增加速度确和电网规模的扩张速度存在一定的差距，从而导致运检工作人员严重不足，不能按时完成运检任务，从而为运检周期和运检质量的保证带来了不良的影响。同时，由于输电线路数量不断增多，覆盖面也越来越大，相关设备的精密度也在不断提高，这些硬件设施条件的提高也为运检工作人员的专业能力提出了新的要求，但是目前对于运检工作人员的专业能力培训也存在一定的滞后，这也在很大程度上为运检工作的质量保证造成了不良的影响。

1.2责任制度不够完善，执行不够彻底

要想让输电线路的运检工作能按部就班、有条不紊的进行，就要对运检工作人员的工作内容和工作责任进行明确的划分。但是在现实中，很多电力企业的管理水平还和理想中存在着较大的差距，很多工作的内容和责任划分不够明晰，从而导致运检工作人员在工作中不能清晰的认识到自己所应负担的责任和工作内容，这些对于运检工作的正常开展也是非常不利的。1.3各部门之间协作不够，一体化管理模式需要健全

在对以往电力企业的管理工作进行分析后可知，目前很多企业在开展输电线路运检工作方面还存在很大的进步空间，尤其是工作的智能化开展还需要努力加强。电力企业在进行一体化管理工作中，还没有达到各部门相互协作的良好局面，管理系统还需要进一步优化，这样才能确保一体化管理模式能够高效运转。

1.4智能化水平不高，设备资料库有待完善

网络技术的发展为各行各业的高效运转提供了强有力的技术支撑，对于电力企业也是一样的，工作质量的提高离不开智能技术的支持。但是现阶段在运检一体管理工作中所引入的智能化管理还不能满足全部的工作需求。而且现阶段很多电力企业对于所有设备的资料建立还存在很大的空缺，使得部分运检工作重复进行，降低了工作效率，对工作质量也造成了不利的影响。

2输电线路智慧巡检方法

2.1传感器协同供电

在输电线路塔顶部署有摄像头、各种传感器和无线微波中继等设备，但却没有市电供应，因此需要在塔顶处设计塔顶设备的供电方式。设计采用风力和太阳能互补供电方式保证供电稳定的同时也可以降低功耗成本;使用磷酸铁锂蓄电池作为后备电力供电，在电力充足时可以将多余的电力存储蓄电池中，在天气状况不好、供电能力较差时使用蓄电池中的电能对设备供电。太阳能供电系统由光伏阵列、蓄电池和太阳能控制器组成，太阳能板是所有能量的来源，由于受灰尘、辐射、天气以及光伏电池老化等因素影响，太阳能阵列输出功率小于每个光伏电池输出功率之和，该现象称为不匹配损失。为减小光伏阵列不匹配损失，改变电池组件的连接方式能够增加光伏阵列的整体功率输出，因此采用光伏阵列建模的方式进行研究，将最大功率跟踪算法加载到太阳能控制器上，实现光伏阵列输出最大功率。加载了最大功率跟踪算法的太阳能控制器能够控制蓄电池的充电电流和电压，使充电效果达到最佳状态，从而让蓄电池能够快速、平稳、高效充电，并控制充电过程的电量损耗、维持蓄电池的长时间使用。

2.2异构物联数据传输

（1）异构物联网络骨干

通信网络层由塔间高性能高带宽微波通信网桥系统组成，实现高清视频等多媒体数据的远程中继，本地通信网络和骨干通信网络设备均具备状态监测和故障诊断能力。整体系统结构采用CS架构，包括后端服务、中间控制器(intelligentterminalcontrol，ITC)和前端设备控制器(intelligentdatacontrol，IDC)。ITC处于中间层，即对于IDC而言，ITC属于应用服务器;对于后端服务来说，ITC属于客户端。后端服务接收ITC数据，同时向ITC发送控制指令。ITC接收前IDC的数据并转发给后端服务;同时接收后端服务指令，解析相关内容，发送到对应的IDC，并且对数据进行安全隔离，提高内外网数据安全性。后端服务可以控制多个ITC，通过宽带进行通信;每个ITC下辖多个IDC，每个IDC通过无线网桥与ITC进行通信。

IDC主要由电源模块、网桥模块、无线接入模块、集成数据控制器组成。电源模块为整个设备提供总电源，通过感应取电或太阳能等为电池充电，也为其他模块提供电源输入。网桥模块为自主网络的基础单元，各个网桥模块组成网络，实现各个铁塔设备与主站及服务器的网络连通。无线接入模块能够将外部传感器上传的数据传输回来。集成数据控制器是整个设备的核心部分，接收各个模块数据并存储数据和转发数据到网桥。

双层异构物联网络的组网设备具有为各类传感数据通信及协议的集中管理、转发及标准化为国网I1协议的能力，可数据中转和控制设备，可接入/转发Zigbee传感网络数据和LoＲa传感网络数据，具有10/100/1000M的ＲJ45和ＲS485/ＲS232等多种接口。双层异构无线通信链路具有信号加密功能保证信息传输安全，多跳链状Mesh自组建高速高带宽骨干网络拓扑，可收集无人、无公网信号地区的数据并传输至几十上百千米以外的数据集中站(如光纤接入点、有4G/5G网络信号接入点)，统一汇聚后传输至监控中心服务器。Mesh自组网络保证通信畅通和超低的数据掉包率，可避免因网络不稳定而丢失重要数据报文。

（2）可信数据传输

智能巡检过程中需要将前端采集的高清视频通过多跳Mesh无线传输和光纤有线传输接力方式传输到监控中心进行分析和处理。为保证在无线通道情况下高清视频实时、高质量的传输，采用HEVC编码方式进行可信数据传输。

2.3输电线路智慧巡检

在输电线路智慧运检中运用物联网、云计算、大数据、图像识别等技术手段，通过在线监测设备、无人机、遥感卫星、互联网等多源数据融合实现智慧输电线路全面感知系统;对数据进行统一的采集、处理、存储和分析形成数据管理标准，建立国网内的无信号地区智慧输电线路数据管理标杆;面向输电线路运行、大修、技改提供决策支持和预测分析，实现从状态检修走向数据检修。为保证线路稳定运行，提高运行维护观冰工作的准确性，在输电线路加装覆冰、视频监控、测温等在线监测装置，覆冰、测温等在线装置采集的数据通过Zigbee方式传到塔顶的汇聚节点，汇聚节点间通过5.8GHz微波通信网桥组成接力骨干网传输到就近变电站，然后通过光纤传输到监控中。

结束语：针对高海拔地区输电线路运行维护检修存在的传感器供电可靠性差、无移动信号区域数据传输难度大的问题，通过对输电线路运行环境和智慧运检需求分析，设计了一种传感器协同供电模块和异构物联数据传输架构，实现了输电线路监测数据的传输，最后将异构物联网络应用于高寒无人区新塔线的输电线路智慧运检。

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