CN102522822A

CN102522822A - 高海拔、高电压输电线路在线监测系统

Info

Publication number: CN102522822A
Application number: CN2011104057043A
Authority: CN
Inventors: 王东方; 周群星; 刘世良; 王蔚青; 苏蔚; 马君; 王有虎; 于连城; 马惠萍; 黄宇清; 李文娟; 曹建雪; 贾昆; 马美珍
Original assignee: QINGHAI ELECTRIC POWER Corp INFORMATION COMMUNICATION CORPORATION
Current assignee: QINGHAI ELECTRIC POWER Corp INFORMATION COMMUNICATION CORPORATION
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明涉及输变电技术领域，具体地说是涉及一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统。一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统为：1）采用电力专用光缆OPGW光缆和基于802.11WLAN标准的宽带无线MESH网络相结合构建宽带传输链路；2)构建基于输电线路OPGW的光缆通信链路；3）构建无线通信链路。本发明高海拔、高电压输电线路在线监测系统主要解决了传统的线路巡查方式费时费力及高原气象对于线路的日常维护及紧急情况的处理造成了一定的不便，从而做到将高压输电线路上任意塔位的现场高清视频及当地天气等数据实时回传至总部，有效解决了环境恶劣，巡线困难等问题，对于进一步提高电网安全运行水平具有十分积极的意义。

Description

高海拔、高电压输电线路在线监测系统

技术领域

本发明涉及输变电技术领域，具体地说是涉及一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统。

背景技术

随着国家电网公司建设“一强三优”现代电网战略的快速推进，采用科技手段提高电网安全运行水平成为现代化电网发展的必然趋势。传统的线路巡查方式费时费力，特别是在高海拔地区超压输电线路沿线多有环境恶劣、交通不便的区域，巡线难度较大，难以及时准确的掌握线路情况及线路所经区域的气象等情况，对于线路的日常维护及紧急情况的处理造成了一定的不便。传统方式温度降低到-10℃以下时，蓄电池的储能能力大大降低，而往往是在夜间温度降低到蓄电池工作温度以下，导致蓄电池过放从而使蓄电池在白天到来也无法充入电量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种包括收集输电线路在线监测数据，分析素数在线监测数据，得到所述输电线路当前状态并通过风光互补方式进行供电和OPGW+无线MESH方式进行数据传输处理方法的引入可视化技术，基于电力原有通信传输网络，通过利用随高压输电线路敷设的OPGW光缆建立主干通信链路，依靠无线MESH技术对通信链路进行扩展，并使用风光互补供电系统对每套设备独立供电，从而做到将高压输电线路上任意塔位的现场高清视频及当地天气等数据实时回传至总部，有效解决了环境恶劣，巡线困难等问题的高海拔、高电压输电线路在线监测系统。

本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统通过下述技术方案予以实现：一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统，包括用于高海拔、高电压输电线路在线监测系统的线路检测服务器、总部数据网核心路由器、数据网、数据网络路由器、中间路由器、无线末端CPE、无线网关、无线中继EXT、光缆接头盒、无线CPE固定板、摄像机固定板、太阳能板固定件、设备箱、电池箱、检测点、太阳能支架，所述的系统为：

1）采用电力专用光缆OPGW光缆和基于802.11WLAN标准的宽带无线MESH网络相结合构建宽带传输链路，其通信速率可达到百/千兆；无线MESH网络支持点对多点的网状组网，实现5级中继，每个方向的最大容量可以达到UDP数据20Mbps或TCP数据12Mbps；

2) 构建基于输电线路OPGW的光缆通信链路

输电线路OPGW光缆配备安装在耐张塔上的光缆接头盒，在基于输电线路OPGW光缆视频监控通信系统构建过程中，前端输电线路杆塔设置监控点采用工业以太网光交换设备接入到OPGW光缆通信系统，建立前端监控点到变电站之间的数据传输通道；从变电站到省电力公司之间可利用现有数据网进行视频监控等数据的传送；在变电站内工业以太网交换机与数据网路由器之间设置一台中间路由器，并配置相关数据冗余策略；

3）构建无线通信链路基于上述OPGW光缆接头盒，采用无线Mesh技术在通信链路设置有监测点与光缆接头盒塔位之间的无线通信链路。

本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统与现有技术相比较有如下有益效果：本发明在750kV超高压输电线路上采用了基于OPGW光缆与无线MESH相结合的宽带通信组网方式。与传统CDMA/GPRS方式相比，有效地解决了的传输速率低、安全无保证、覆盖困难等突出问题，使输电环节高清实时图像（720P）等大数据量传送成为可能，为下一步智能电网、物联网应用奠定了基础。

本发明将“风光互补”供电技术引入供电系统中，与传统纯光伏发电方式相比，有效地弥补了传统方式系统供电方面存在的不足。采取了MPPT（最高功率点跟踪）技术。该技术可有效提高30%左右太阳能充电效率，极大的提高了太阳能充电能量，提高了供电系统的有效性。一是引入宽带传输技术实现可视化数据的传输，二是采用用风光互补供电技术解决前端设备的可靠供电问题。三是研制并设计应用了高压线路监控固定金具和设备安装。

采用OPGW光缆和宽带无线相结合构建宽带传输链路，OPGW光缆为电力专用光缆，其通信速率可达到百/千兆，可满足大量高清视频数据的实时传输。无线MESH网络是基于802.11WLAN标准的无线网技术，完全基于IP标准，可以支持点对多点的网状组网，并可以实现5级中继，每个方向的最大容量可以达到UDP数据20Mbps或TCP数据12Mbps，且链路带宽不会随着跳数增多而快速下降。

基于输电线路OPGW光通信链路构建方案

输电线路OPGW光缆每隔几公里配备光缆接续盒（大部分安装在耐张塔）。在基于输电线路OPGW光缆视频监控通信系统构建过程中，前端输电线路杆塔监控点采用工业以太网光交换设备接入到OPGW光通信系统，建立前端监控点到变电站之间的数据传输通道；从变电站到省电力公司之间可利用现有数据网进行视频监控等数据的传送。为提高系统的安全性，在变电站内工业以太网交换机与数据网路由器之间架设一台路由器，并配置相关数据冗余策略。

系统具有如下特点：

系统内置360度骨干天线，安装非常简单，便于野外应用；

单跳距离远（最大15公里），通过中继方式可以实现直线型的连续覆盖；

由于Mesh的网状网特性，可形成冗余链路，提高链路可靠性；

QoS保证使链路具有确定的延时（每跳8ms）；

链路带宽不会随着跳数增多而快速下降。

本发明高海拔、高电压输电线路在线监测系统主要解决了传统的线路巡查方式费时费力，且超高压输电线路沿线多有环境恶劣、交通不便的区域，巡线难度较大，难以及时准确的掌握线路情况及线路所经区域的气象等情况，对于线路的日常维护及紧急情况的处理造成了一定的不便。而传统监测系统因为自然气候环境恶劣诸多问题导致系统的不稳定，以及由于手机信号无法覆盖和本身带宽的不足导致的系统可用性差等问题。从而做到将高压输电线路上任意塔位的现场高清视频及当地天气等数据实时回传至总部，有效解决了环境恶劣，巡线困难等问题，对于进一步提高电网安全运行水平具有十分积极的意义。

附图说明

本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统有如下附图：

图1为本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统基于光缆通信结构示意图；

图2为本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统无线MESH接入结构示意图；

图3为本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统沿线无线MESH组网示意图；

图4为本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统风光互补结构示意图；

图5为本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统无线CPE固定件结构示意图；

图6为本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统摄像机固定件结构示意图；

图7为本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统太阳能固定件结构示意图；

图8为本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统设备箱结构示意图；

图9为本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统电池箱结构示意图；

图10为本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统太阳能支架结构示意图；

图11为本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统OPGW+无线MESH传输方式示意图。

其中：1、线路监测服务器；2、总部数据网网核心路由器；3、数据网；4、数据网络路由器；5、中间路由器；6、无线末端CPE；7、无线网关；8、无线中继EXT；9、光缆接头盒；10、无线CPE固定件；11、摄像机固定件；12、太阳能板固定件；13、设备箱；14、电池箱；15、监测点；16、太阳能支架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统技术方案作进一步描述。

如图1-图11所示，本发明一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统，包括用于高海拔、高电压输电线路在线监测系统的线路检测服务器1、总部数据网核心路由器2、数据网3、数据网络路由器4、中间路由器5、无线末端CPE确6、无线网关7、无线中继EXT 8、光缆接头盒9、无线CPE固定板10、摄像机固定板11、太阳能板固定件12、设备箱13、电池箱14、检测点15、太阳能支架16，所述的系统为：

2) 构建基于输电线路OPGW光缆通信链路

输电线路OPGW光缆配备安装在耐张塔上的光缆接头盒9，在基于输电线路OPGW光缆视频监控通信系统构建过程中，前端输电线路杆塔设置监控点15采用工业以太网光交换设备接入到OPGW光缆通信系统，建立前端监控点到变电站之间的数据传输通道；从变电站到省电力公司之间可利用现有数据网进行视频监控等数据的传送；在变电站内工业以太网交换机与数据网路由器4之间设置一台中间路由器5，并配置相关数据冗余策略；

3）构建无线通信链路基于上述OPGW光缆接头盒，采用无线Mesh技术在通信链路设置有监测点15与光缆接头盒9塔位之间的无线通信链路。

在具有光接续点9的杆塔配置MESH网核心设备Gateway,无线网关7，在前端塔上配置终端设备CPE,无线末端6用于接入数字视频信号，在有山体遮挡的地区或距离更远的地区，安装具有中继能力的设备Ext,无线中继8对下一级信号进行接力。如图1-图3所示。

所述的MESH网络系统可以实现5级中继，每个方向的最大容量达到UDP数据20Mbps或TCP数据12Mbps。

所述的系统采用风光互补供电方式，即太阳能极板、风机和蓄电池通过风光互补控制器为系统负载供电。如图4所示。

所述的监测点15即摄像机采用如图6所示的摄像机固定件11固定在监测点15的塔位上；所述的中间路由器5、无线终端CPE 6、无线网关7、无线中继8采用无线CPE固定件10固定在如图3所示的相应塔位上；所述的风光互补供电系统采用如图7所示的太阳能板固定件12固定在如图3所示的相应塔位上。

设备箱13和电池箱14依靠金属担架固定在塔材主材上，设备箱13的主要作用是为整个提供电源管理（风光互补）以及通信传输平台（将采集设备信号依靠无线、光电转换的模式最终转化为光信号送回主站系统）。

实施例1。

一是引入宽带传输技术实现可视化数据的传输，二是采用用风光互补供电技术解决前端设备的可靠供电问题。三是研制并设计应用了高压线路监控固定金具和设备安装。

1、采用OPGW光缆和宽带无线相结合构建宽带传输链路，OPGW光缆为电力专用光缆，其通信速率可达到百/千兆，可满足大量高清视频数据的实时传输。无线MESH网络是基于802.11WLAN标准的无线网技术，完全基于IP标准，可以支持点对多点的网状组网，并可以实现5级中继，每个方向的最大容量可以达到UDP数据20Mbps或TCP数据12Mbps，且链路带宽不会随着跳数增多而快速下降。

基于输电线路OPGW光通信链路构建方案

输电线路OPGW光缆每隔几公里配备光缆接头盒（大部分安装在耐张塔）。在基于输电线路OPGW光缆视频监控通信系统构建过程中，前端输电线路杆塔监控点采用工业以太网光交换设备接入到OPGW光通信系统，建立前端监控点到变电站之间的数据传输通道；从变电站到省电力公司之间可利用现有数据网进行视频监控等数据的传送。为提高系统的安全性，在变电站内工业以太网交换机与数据网路由器之间架设一台路由器，并配置相关数据冗余策略。

无线通信链路构建方案

本项目中大部分监测点无光缆接续盒，为了实现通信链路构建，基于上述OPGW光缆接续点，配备相应无线设备，构建监测点塔与具有光缆接头盒塔位的通信链路。本方案中无线通信链路采用无线Mesh技术。

根据输电线路的“线性”特点，采用“链式”组网方式，在具有光接续点的杆塔配置MESH网核心设备（Gateway,无线网关），在前端塔上配置终端设备（CPE,无线末端）用于接入数字视频信号，在有山体遮挡的地区或距离更远的地区，安装具有中继能力的设备（Ext,无线中继）对下一级信号进行接力。

MESH网络系统可以实现5级中继，每个方向的最大容量可以达到UDP数据20Mbps或TCP数据12Mbps，而且系统具有如下特点：

系统内置360度骨干天线，安装非常简单，便于野外应用；

由于Mesh的网状网特性，可形成冗余链路，提高链路可靠性；

QoS保证使链路具有确定的延时（每跳8ms）；

链路带宽不会随着跳数增多而快速下降。

2、采用风光互补供电方式，解决前端设备的可靠供电问题。风光互补系统同时利用太阳能和风能发电，因此对气象资源的利用更加充分，可实现昼夜发电。在合适的气象资源条件下，风光互补发电系统可提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性。在太阳能、风能资源比较丰富，且互补性好的情况下，对系统的部件配置、运行模式及负荷调度方法等进行优化设计后，系统负载只靠风光互补发电即可获得连续、稳定的供电。

项目供电系统设计主体采用了太阳能和风能互补的供电系统，并增加了供电监控功能，提高了供电系统的可靠性和可控性。

采用风光互补系统可以有效提高系统的供电能力。

Figure 2011104057043100002DEST_PATH_IMAGE001

3、合理的金具设计和安装位置是保证系统设备长期稳定运行重要保障。系统应用环境具有低温、大风、电磁干扰等特点，在金具设计过程中，重点考虑了如下因素：设备自身固定的要求，如：太阳能极板朝向正南，无线设备需要与其它无线设备通信，监控摄像机需要监视更多的内容等；塔型及塔体的承载能力及影响因素,如：塔型特点，设备自重对塔体的影响，风载对设备的影响，安装位置对塔体重心的影响等；设备的保温、防水、防尘，如：蓄电池保温，电路设备防水，线缆接头防水防尘等；设备电磁干扰防护、防雷，如：输电线路可造成0.15-30M HZ的电磁干扰，静电积累，雷电等；设备的安装不可对线路的运行维护造成影响。

1.无线部分，主要有以下几部分组成，

（1）采用一块240*120*8的钢板，镀锌；在钢板上有突出点可与塔材牢固接地，保证设备安全。

（2）一根ф32*600*5的钢管，镀锌；

（3）两个U型抱箍，镀锌；

（4）两个三角抱箍，镀锌；

（5）见图5所示的无线CPE固定件10。

2.摄像机部分，主要有以下几部分组成

（1）一块几字型钢板与摄像头连接；

（2）一块250*160*8的钢板，镀锌；

（3）两个三角抱箍，镀锌。

（4）见图6所示的摄像机固定件11。

3.太阳能固定件

在青海750KV线路监控项目中，主要涉及两种塔形，一种是耐张塔，另一种是直线塔，根据塔形的不同，我们量身定做了两种塔的太阳能固定件，详细描述如下

（1）耐张塔

①　每套太阳能支架需要四块230*150*8的钢板，镀锌；

②　8条290*200的三角抱箍，镀锌；

③　Ф70钢管4根，镀锌；

④　4条U型抱箍与Ф70钢管合并使用，镀锌。

（2）直线塔

①　每套太阳能支架16需要四块170*150*8钢板，镀锌；如图10所示；

②　8条208*140三角抱箍，镀锌；

③　U型抱箍4条，镀锌；

④　720长ф70钢管4根；

（3）见图7所示的太阳能板固定件12。

4.设备箱和电池箱见图8-图9所示的设备箱和电池箱

（1）箱子底部有接地条，并依靠螺栓与塔材可靠接地；

设备箱与电池箱依靠金属担架固定在塔材主材上如图，设备箱的主要作用是为整个提供电源管理（风光互补）以及通信传输平台（将采集设备信号依靠无线、光电转换的模式最终转化为光信号送回主站系统）。

5.太阳能支架

太阳能支架采用的主要是50的角钢，在50角钢主框架上打12个孔，通过12个ф14的孔，空心距75mm,通过12个孔，把ф70的钢管，用抱箍固定后，与塔材固定。为了供电方面能持续长久，采用了140WP的太阳能板，由于太阳能板重量比较轻，要在塔上长期工作，就必须有一个设计合理，而且根据塔形走向的不同，设计出一款灵活方便，便于调整位置的太阳能支架，我们在设计的时候，采用的，可旋转方式的4根ф70钢管与设计的4块钢板中间通过塔材连接固定，安装时，太阳能板朝向南方。

详细见图10所示的太阳能支架16。

Claims

1.一种高海拔、高电压输电线路在线监测系统，包括用于高海拔、高电压输电线路在线监测系统的线路检测服务器（1）、总部数据网核心路由器（2）、数据网（3）、数据网络路由器（4）、中间路由器（5）、无线末端CPE（6）、无线网关（7）、无线中继EXT（8）、光缆接头盒（9）、无线CPE固定板（10）、摄像机固定板（11）、太阳能板固定件（12）、设备箱（13）、电池箱（14）、检测点（15）、太阳能支架（16），其特征在于所述的系统为：

2)基于输电线路OPGW光通信链路构建

输电线路OPGW光缆配备安装在耐张塔上的光缆接头盒（9），在基于输电线路OPGW光缆视频监控通信系统构建过程中，前端输电线路杆塔设置监控点（15）采用工业以太网光交换设备接入到OPGW光缆通信系统，建立前端监控点到变电站之间的数据传输通道；从变电站到省电力公司之间可利用现有数据网进行视频监控等数据的传送；在变电站内工业以太网交换机与数据网路由器（4）之间设置一台中间路由器（5），并配置相关数据冗余策略；

3）无线通信链路构建基于上述OPGW光缆接头盒（9），采用无线Mesh技术在通信链路设置有监测点（15）与光缆接头盒（9）塔位之间的无线通信链路。

2.根据权利要求1所述的高海拔、高电压输电线路在线监测系统，其特征在于：在具有光缆接头盒（9）的杆塔配置MESH网核心设备Gateway,无线网关（7），在前端塔上配置终端设备CPE,无线末端（6）用于接入数字视频信号，在有山体遮挡的地区或距离更远的地区，安装具有中继能力的设备Ext,无线中继（8）对下一级信号进行接力。

3.根据权利要求1所述的高海拔、高电压输电线路在线监测系统，其特征在于：所述的MESH网络系统可以实现5级中继，每个方向的最大容量达到UDP数据20Mbps或TCP数据12Mbps。

4.根据权利要求1所述的高海拔、高电压输电线路在线监测系统，其特征在于：所述的系统采用风光互补供电方式，即太阳能极板、风机和蓄电池通过风光互补控制器为系统负载供电。