輸電線路事故診斷遠(yuǎn)程仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

湯曉青,范宇,覃浩,隆茂,蔣聰,張放

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輸電線路事故診斷遠(yuǎn)程仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

湯曉青,范宇,覃浩,隆茂,蔣聰,張放

國(guó)網(wǎng)四川省電力公司技能培訓(xùn)中心, 四川 成都 611133

針對(duì)傳統(tǒng)輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)存在運(yùn)行能耗大、診斷精度低的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種新的輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件部分主要分為三層，分別為數(shù)據(jù)采集層、后臺(tái)服務(wù)器層以及命令交互顯示層。對(duì)于軟件部分，構(gòu)建了輸電線路事故與環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向時(shí)間等影響因素下事故診斷數(shù)學(xué)模型。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行能耗比傳統(tǒng)輸電線路事故診斷系統(tǒng)低，且事故診斷精度更高，具有很好的應(yīng)用前景。

輸電線路; 事故診斷; 系統(tǒng)設(shè)計(jì); 事故診斷數(shù)學(xué)模型

我國(guó)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度以及其覆蓋范圍都在逐日增加，應(yīng)用戶需求輸電線路的電容量也在不斷提高，對(duì)電量輸送的速度要求越來(lái)越高，在此背景下，我國(guó)對(duì)于電網(wǎng)的投資與日俱增，與此同時(shí)，電網(wǎng)輸電線路一旦出現(xiàn)事故損失也是十分慘重[1]。由于輸電線路自身性質(zhì)，其所處環(huán)境不得不長(zhǎng)期暴露在外，這個(gè)限制條件使其更容易受到外部環(huán)境天氣等的影響，所以提升輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)維，及時(shí)診斷其輸電事故是目前當(dāng)務(wù)之急[2]。

文獻(xiàn)[3]提出一種利用光功率值監(jiān)測(cè)方法的光纖事故遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。將樣本的光功率值數(shù)據(jù)進(jìn)行均值化處理,獲取準(zhǔn)確的OTDR事故曲線。該事故遠(yuǎn)程診斷方法具有很好的效果，但是方法應(yīng)用過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，導(dǎo)致方法無(wú)法得以廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)[4]主要從大數(shù)據(jù)分析的技術(shù)和特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn),分析了輸電線路常出現(xiàn)的事故,并對(duì)大數(shù)據(jù)分析的輸電線路出現(xiàn)事故做出診斷。該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、易理解的優(yōu)點(diǎn)，但是事故遠(yuǎn)程診斷精度偏低。文獻(xiàn)[5]通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)鏈路和節(jié)點(diǎn)事故的仿真。該方法的應(yīng)用過(guò)程具有能耗大的缺點(diǎn)，不能得到普遍應(yīng)用。

針對(duì)以上問(wèn)題，提出新的輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷遠(yuǎn)程仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。該輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷遠(yuǎn)程仿真系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的運(yùn)行能耗大、事故遠(yuǎn)程診斷精度低的問(wèn)題，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

1 輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷遠(yuǎn)程仿真系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

輸電線路故障診斷系統(tǒng)的第一層為數(shù)據(jù)采集層。在光纖通信網(wǎng)絡(luò)的一端利用OTDR對(duì)其特性進(jìn)行檢測(cè)，分析光纖特征并繪制光纖特性曲線，以光纖衰減以及長(zhǎng)度為根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的故障信號(hào)進(jìn)行識(shí)別診斷。

輸電線路故障診斷系統(tǒng)的中間層是后臺(tái)服務(wù)器層。后臺(tái)服務(wù)器的工作程序是在找出光纖通信網(wǎng)絡(luò)中的故障信號(hào)，之后講開(kāi)啟OTDR測(cè)試命令發(fā)送給向RTU[6]，使用切換光開(kāi)關(guān)把測(cè)試信號(hào)傳送給光纖通信網(wǎng)絡(luò)異常部位，在分析返回的測(cè)試數(shù)據(jù)后，確定故障信號(hào)位置，并發(fā)出告警命令，最后把數(shù)據(jù)儲(chǔ)存起來(lái)。

輸電線路故障診斷系統(tǒng)的第三層為客戶端，使用客戶端或?yàn)g覽器將用戶與服務(wù)器連接起來(lái)，在地圖頁(yè)面用戶根據(jù)需求完成不同的操作，以防多個(gè)客戶端同時(shí)進(jìn)行任務(wù)二造成的OTDR硬件資源沖突現(xiàn)象

1.1 事故數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)模塊

圖 2 數(shù)據(jù)采集模板結(jié)構(gòu)

（1）設(shè)備空間信息數(shù)據(jù)：該部分主要包含絕緣子懸掛位置桿塔、線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、導(dǎo)地線的連接方式、桿塔位置數(shù)據(jù)、導(dǎo)線相位變化情況等；

（2）通道基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù):基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)主要包含線路覆蓋地區(qū)地名、電網(wǎng)所在地的地形地貌背景、交通道路路等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以及與輸電線路存在關(guān)聯(lián)的其他數(shù)據(jù)；

（3）基礎(chǔ)臺(tái)賬數(shù)據(jù)：輸電線路主要由通道環(huán)境、導(dǎo)地線、絕緣子串、導(dǎo)線型號(hào)、接地裝置、附屬設(shè)施、金具、桿塔等基礎(chǔ)部件組成。根據(jù)線路及其部件的設(shè)備檔案數(shù)據(jù)包含絕緣子串形、桿塔型號(hào)、出廠日期、導(dǎo)線排列方式、絕緣子盤(pán)徑、金具型號(hào)、所屬工區(qū)、安裝位置、地線股數(shù)、電壓等級(jí)、投運(yùn)日期線路長(zhǎng)度、地線型號(hào)、導(dǎo)線分裂根數(shù)、絕緣子型號(hào)、架設(shè)方式等。

1.2 存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)

而對(duì)于輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，該模塊使用OYR存儲(chǔ)器，其可以將輸電線路事故診斷的視頻、文字、音頻數(shù)據(jù)一同儲(chǔ)存。輸電線路事故診斷的存儲(chǔ)器內(nèi)部設(shè)有由數(shù)據(jù)通道34個(gè)，GJK出口23個(gè)，QCB出口28個(gè)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度為960 MHz。輸電線路事故診斷的存儲(chǔ)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由兩部分組成，該結(jié)構(gòu)的功能是程序處理和基本存儲(chǔ)?；敬鎯?chǔ)被分成三個(gè)區(qū)域，分別負(fù)責(zé)用戶端、HBV數(shù)據(jù)塊、和程序塊[8,9]。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)如下圖3所示。

圖 3 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

觀察圖3可知，該系統(tǒng)存儲(chǔ)器的最大功率不能超過(guò)15 mW，這樣才會(huì)保障同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)內(nèi)部通道控制器和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)儲(chǔ)存各項(xiàng)數(shù)據(jù)。其中輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的內(nèi)部通道控制器必須保證是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的4倍，提升存儲(chǔ)器的準(zhǔn)確度。

2 軟件設(shè)計(jì)

圖 4 輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷流程

3 仿真實(shí)驗(yàn)分析

3.1 性能指標(biāo)選擇

其中，為實(shí)際的事故數(shù)，為系統(tǒng)檢測(cè)出的事故數(shù)。

3.2 系統(tǒng)性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，下面將傳統(tǒng)事故遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)組，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

圖 5 不同輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)運(yùn)行能耗對(duì)比

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，文獻(xiàn)[3]系統(tǒng)運(yùn)行能耗由最開(kāi)始的1400 J升高到了4500 J，其能耗隨著漲幅較為穩(wěn)定，但是能量消耗較高。文獻(xiàn)[4]系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)說(shuō)明該事故遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的能耗是幾個(gè)系統(tǒng)中最高的，且在系統(tǒng)的第五次運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了能耗的突變，這也說(shuō)明該系統(tǒng)的穩(wěn)定性較差。文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)在8次的系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，能耗由550 J變化到了3800 J，起始的能耗較低，這是該系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，但是系統(tǒng)運(yùn)行次數(shù)的增多，導(dǎo)致了能耗大幅度升高。相比之下，本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)在8次系統(tǒng)運(yùn)行中，能耗由最開(kāi)始的800 J變到了2200 J，能耗的漲幅是幾個(gè)系統(tǒng)中最小的，這說(shuō)明所設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有更低的運(yùn)行能耗。

為進(jìn)一步驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行有效性，下面以其他傳統(tǒng)系統(tǒng)作為對(duì)比，進(jìn)行輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷精度實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

圖 6 輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷精度對(duì)比

由上圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，與傳統(tǒng)方法所設(shè)計(jì)的輸電線路診斷系統(tǒng)相比，本文所設(shè)計(jì)的事故遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)精度可以穩(wěn)定的保持在80%以上，這滿足了當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用對(duì)輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷的要求，也說(shuō)明了改系統(tǒng)具有非常好的發(fā)展以及應(yīng)用前景。

4 討論

輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷廣泛存在于各個(gè)領(lǐng)域，遠(yuǎn)程事故診斷是事故診斷技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的新里程碑。隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，本文結(jié)合傳統(tǒng)事故遠(yuǎn)程診斷方法，將大數(shù)據(jù)充分挖掘，設(shè)計(jì)了輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此系統(tǒng)的有效性，為輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷提供了有力的保證。

5 結(jié)論

輸電線路在電網(wǎng)中所占的重要位置，決定了對(duì)其進(jìn)行事故遠(yuǎn)程診斷的必要程度。本文針對(duì)傳統(tǒng)輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)存在的運(yùn)行能耗高、精度低的問(wèn)題，進(jìn)行了輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)具有良好的事故診斷精度，且運(yùn)行能耗較小，符合當(dāng)前對(duì)輸電線路事故遠(yuǎn)程診斷的實(shí)際要求。

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[4] 毛江山.基于大數(shù)據(jù)分析的輸電線路管理系統(tǒng)及故障診斷研究[J].電子測(cè)試,2017(24):101-102

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Design and Implementation of Remote Simulation System for Transmission Line Accident Diagnosis

TANG Xiao-qing, FAN Yu, QIN Hao, LONG Mao, JIANG Cong, ZHANG Fang

Aiming at the problems of high energy consumption and low diagnostic accuracy of traditional remote fault diagnosis system for transmission line, a new remote fault diagnosis system for transmission line is designed. The overall design of the system is divided into hardware design and software design. The hardware part is mainly divided into three layers: data acquisition layer, background server layer and command interactive display layer. For the software part, the mathematic model of fault diagnosis for transmission line accident is established under the influence of environmental temperature, humidity, wind speed and wind direction time. The simulation results show that the energy consumption of the system is lower than that of the traditional transmission line fault diagnosis system, and the accuracy of fault diagnosis is higher, so the system has good application prospects.

Transmission line; accident diagnosis; system design; mathematical model of accident diagnosis

TN29

A

1000-2324(2018)06-1059-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2018.06.031

2018-01-23

2018-02-19

國(guó)網(wǎng)四川電力公司技能培訓(xùn)中心科技項(xiàng)目:基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電力事故沉浸式培訓(xùn)系統(tǒng)(521922160006)

湯曉青(1970-),男,碩士,副教授,主要研究方向?yàn)檩斉潆娋€路運(yùn)行和檢修技術(shù). E-mail:tangqingqing6235@163.com