CN102735966A - 一种输电线路评估诊断系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路评估诊断方法，包括：A、在感知层采集输电线路的电力数据、电力异常数据和环境数据，包括输电线路各个节点的电压、电流、电量、功率、频率、功率因数、相位、谐波、电力失压、电力欠相和电力窃电，以及温度、湿度、覆冰、风偏、雷击、输电塔边风速和雨量、张力、应力、盐密程度、弧垂、位移与加速度；B、通过网络层将采集到的数据发送到应用层；C、在应用层对数据进行脉动分析，根据分析结果对输电线路进行评估诊断，并通过互联网固定端口、IP远程监控输电线路现场。本发明还公开了一种输电线路评估诊断系统。本发明实现了输电线路现场监控与故障诊断，既满足了远程信息管理要求，又实现了现场设备监控拓展的功能。

Description

一种输电线路评估诊断系统和方法

技术领域

本发明属于电网维护技术领域，特别涉及一种基于GPRS-WSN（GeneralPacket Radio Service-Wireless Sensor Network，通用无线分组业务-无线传感器网络）技术的输电线路评估诊断系统和方法。

背景技术

截止到2010年，国家电网公司现有变电设备容量188654万千伏安，输电线路618837公里，这里还没有包含南方电网和非电力公司用户的投资数据。经济飞速发展过程中，电力是保障发展的第一要素；但随着经济不断变暖，导致自然灾害频繁发生,影响输电设备的安全运行，影响到电力供应的可靠性。早期输电系统是靠人力巡检，运行效率低，周期长，更缺乏实时监测手段无法反应线路的真实状态，严重影响着对输电系统的检测和维修工作，为安全有效的输电埋下了巨大的安全隐患。据报道，2008年的冰雪灾害导致南方多处输电线路塔倒塌，造成四川，云南地区大面积停电；1月15日18时22分，湖南娄底电业局220kV早元变电站主变10kV母线桥户外电抗器发生故障，导致由该站供电的7个110kV变电站停电；1月16日23时19分，湖北220kV凤（凤凰山）岳（岳府湾）线（馈线方式运行）C相故障，造成220kV岳府湾变全停，停供负荷56MW，针对上述实际问题，因此需要对输电线路进行实时监测，提高对输电系统的检测和维修效率，减少电网事故发生。

目前，一般采用以下几种监测方法或系统：

一种高压输电线路故障检测系统及检测方法是在一条线路上设置N个检测点并安装检测装置,并同步各个监测点的时间,故障分析服务器随时接收各检测装置传来的所监测到的电流、场强和温度的数据,进行统计分析；一种用于智能电网的监测系统能够实时进行电网电能测试、电能质量分析和电网线路故障定位。但是上述两种技术检测变量少，系统误差大，布线困难，不能全面评估线路故障。

一种输电线路故障检测装置可以解决现有输电线路故障检测装置无法检测接地、短路、断路故障且使用可靠性较低的问题，但该装置没有考虑到环境因数的影响，无法具体分析输电线路故障的原因。

一种基于无线传感器组网、电力载波的芯片和监控系统实现了采用电力载波技术和无线技术相互结合的方式对工业设备和环境进行有效的监控，但是该技术并没有具体针对输电线路环境有效因数与输电潮流进行监控。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的上述缺陷，而提供一种输电线路评估诊断系统和方法。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种输电线路评估诊断系统，所述系统包括用于采集前端数据并协同处理的感知层、用于数据传输的网络层和用于数据监控与状态监听应用层；所述感知层包括WSN-AMI（WirelessSensor Network-Advanced Metering Infrastructure,无线传感器网络-高级量测信息架构）协作模式采集传输模块、WSN-ADO（Wireless SensorNetwork-Advanced Distribution Operation，无线传感器网络-高级配电运行）线路故障定位模块和WSN-ATO（Wireless Sensor Network-Advancedtransmission operation，无线传感器网络-高级输电运行）环境监测模块，所述网络层包括多源异构拓扑控制及网络性能优化模块，所述应用层包括客户端监控网络管理模块；各模块都连接到输电线路评估诊断网络；

所述WSN-AMI协作模式采集传输模块包括群传感器模块、无线2530节点模块和数据接口模块，所述无线2530节点模块控制群传感器模块结合IEEE1588同步协议与拓扑控制采集现场电力数据以及环境信息，并通过数据接口模块与网络层通信；

所述WSN-ADO线路故障定位模块用于利用故障相相邻节点间故障电流幅值差与对应非故障相相邻节点间故障电流幅值差之比，结合节点无线传输能量衰减和电能质量评估，实现故障精确定位；

所述WSN-ATO环境监测模块用于采集输电线路的运行环境数据和线路铁塔的运行环境数据，所述数据包括输电线路各个节点的电压、电流、电量、功率、频率、功率因数、相位、谐波、电力失压、电力欠相、电力窃电，以及温度、湿度、覆冰、风偏、雷击、输电塔边风速和雨量、张力、应力、盐密程度、弧垂、位移与加速度；

所述多源异构拓扑控制及网络性能优化模块用于通过拓扑控制和傅里叶算法数据压缩进行数据传输，将所述感知层采集到的数据发送到应用层，并将应用层发送的指令传输到感知层；

所述客户端监控网络管理模块用于对感知层采集到的数据进行脉动分析，根据分析结果对输电线路进行评估诊断，并通过互联网固定端口、IP（Internet Protocol,网际协议）远程监控输电线路现场。

其中，所述网络层还包括心跳检测的故障自动监控模块，用于通过发送与接收心跳包来检测节点或节点之间的网络是否发生故障。

其中，所述群传感器模块包括电流互感器、电压互感器、加速度传感器、温度传感器、湿度传感器，覆冰检测传感器、风速传感器、张力传感器、盐密检测传感器、弧垂传感器、位移传感器。

本发明还提供了一种输电线路评估诊断方法，所述方法包括以下步骤：

A、在感知层采集输电线路的电力数据、电力异常数据和环境数据，所述电力数据包括输电线路各个节点的电压、电流、电量、功率、频率、功率因数、相位和谐波，所述电力异常数据包括电力失压、电力欠相和电力窃电，所述环境数据包括温度、湿度、覆冰、风偏、雷击、输电塔边风速和雨量、张力、应力、盐密程度、弧垂、位移与加速度；

B、通过网络层将采集到的数据发送到应用层；

C、在应用层对感知层采集到的数据进行脉动分析，根据分析结果对输电线路进行评估诊断，并通过互联网固定端口、IP远程监控输电线路现场。

其中，在所述步骤A中，具体包括：

A1、通过电流互感器和电压互感器实时采集输电线路的电压和电流，并对采集到的电压和电流进行滤波，利用2530无线节点将滤波后的电压和电流数据转发至网络层；

A2、根据所述电压和电流数据计算得到电量、功率、频率、功率因数、相位和谐波，并检测电力异常情况，将数据汇总并通过无线网络队列形式传输至网络层；

A3、采集环境数据，并将所述环境数据以定时打包的形式传输至网络层，传输优先级降低一级。

其中，在所述步骤A中，还包括：利用故障相相邻节点间故障电流幅值差与对应非故障相相邻节点间故障电流幅值差之比，结合节点无线传输能量衰减和电能质量评估，实现故障精确定位。

其中，在所述步骤B中，具体包括：通过拓扑控制和傅里叶算法数据压缩进行数据传输，将所述感知层采集到的数据发送到应用层，并将应用层发送的指令传输到感知层。

其中，在所述步骤B中，还包括通过发送与接收心跳包来检测节点或节点之间的网络是否发生故障，具体为：

当第一节点与第二节点之间无数据收发时，通信进入传输空闲状态，所述第一节点启动一个计时器，对空闲状态进行计时；

当到达预先设定的时间之后仍然处于传输空闲状态时，所述第一节点向所述第二节点发送一个心跳包；

所述第一节点判断是否收到所述第二节点返回的心跳回应包，如果是，则判定未发生故障；否则判定所述第二节点出现故障或所述第一节点与第二节点之间的网络出现故障，并断开当前网络连接，准备下一次连接。

其中，在所述步骤C中，具体包括：

C1、利用快速傅里叶算法获取感知层采集到的数据中各参数的频率特性；

C2、根据频域内各参数的突变情况，获取系统脉动系数；所述系统脉动系数为系统突变频率所占的百分数；

C3、根据所述系统脉动系数，对输电线路进行评估诊断并进行系统保护。

其中，在所述步骤C3中，具体包括：

当所述系统脉动系数小于5％时，判定系统安全；

当所述系统脉动系数在5％到10％之间，判定系统轻微不稳定，并进行报警；

当所述系统脉动系数大于10％时，判定系统严重不稳定，并自动控制跳闸门跳闸。

其中，在所述步骤C3中，还包括判断是否发生恶劣环境情况，具体包括：

根据温度、湿度、应力判断是否发生冰雪灾害使输电线路倒塌；

根据温度、湿度、风偏、雷击、应力判断是否发生雷雨大风天气使输电线路倒塌；

根据应力、风偏判断是否发生地震使输电线路倒塌。

（三）有益效果

本发明的输电线路评估诊断系统和方法实现了输电线路现场监控与故障诊断，既满足了远程信息管理要求，又实现了现场设备监控拓展的功能。

附图说明

图1是本发明实施例的一种输电线路评估诊断系统的结构图；

图2是本发明实施例的输电线路评估诊断系统的现场布置示意图；

图3是本发明实施例的传感器网络的2层结构模型；

图4是本发明实施例的节点间的逻辑关系示意图；

图5是本发明实施例的GPRS-WSN数据融合示意图；

图6是本发明实施例的WSN网络拓扑控制示意图；

图7是本发明实施例的一种输电线路评估诊断方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明利用WSN节点对输电线路各个路段的电压、电流、线路的温度、覆冰程度、输电塔边风速和雨量、张力、盐密程度、弧垂、位移与加速度等信息进行监测，通过GPRS网络实现数据远程传输，客户端通过上位机软件固定端口IP访问监控。结合传感器群技术从光、电、热、力等多物理量角度，基于理论分析和试验验证研究不同状态特征参量之间的时空关联关系，建立面向输电线路的多参量量综合评估诊断模型。

本发明实施例的一种输电线路评估诊断系统的结构如图1所示，其现场布置如图2所示，所述系统包括用于采集前端数据并协同处理的感知层、用于数据传输的网络层和用于数据监控与状态监听应用层；所述感知层包括WSN-AMI协作模式采集传输模块、WSN-ADO线路故障定位模块和WSN-ATO环境监测模块，所述网络层包括多源异构拓扑控制及网络性能优化模块、心跳检测的故障自动监控模块，所述应用层包括客户端监控网络管理模块；各模块都连接到输电线路评估诊断网络。

所述WSN-AMI协作模式采集传输模块包括群传感器模块、无线2530节点模块和数据接口模块，所述无线2530节点模块控制群传感器模块结合IEEE1588同步协议与拓扑控制采集现场电力数据以及环境信息，并通过数据接口模块与网络层通信。本实施例中，所述WSN-AMI协作模式采集传输模块对输电线路进行监控，各节点必须能准确实时给出各类信息，包括WSN技术采集输电线路各个节点的电力数据（电压、电流、电量、功率、频率、功率因数、相位、谐波等）、电力异常数据（失压、欠相、窃电等），以及环境信息（温度、湿度、覆冰程度、输电塔边风速和雨量、张力、盐密程度、弧垂、位移与加速度）。网内节点的协作互助为基本通信方式，解决数据传输问题。以各种成熟的接入技术为物理层基础，从MAC层以上通过ZigBee协议、多模式接入、自组织的路由寻址方式、传输控制、拥塞避免等技术实现节点协作数据传输模式，具体实现有以下五个方面：

（1）利用2530无线节点，电流、电压互感器高精度实时同步采集线路信号，并进行有效滤波处理。

（2）对电压、电流数据通过相关算法计算出电量、功率、频率、功率因数、相位、谐波等参量，并检测电力异常情况，将数据汇总并通过无线网络队列形式传输至客户端。

（3）以定时打包的形式将环境地理信息（温度、湿度、覆冰、风偏、雷击等）传输至客户端，传输优先级降低一级，防止数据传输出现瓶颈问题。

（4）2530无线节点的拓扑控制，结合概率算法、遗传算法实现节点低率耗控制，结合GAF算法、FLOYD算法、遗传算法解决节点信息层次拓扑问题。

（5）运用光、电、热、力等多物理量传感器群技术，需考虑同步授时问题，本实施例采用IEEE1588同步协议，在预先定义的时间内完成指定数量信息的交换同时提供一种机制能精确同步所有成员的时钟，同步执行传感器群采集动作，实现小网络亚微秒级同步采集，低计算消耗，解决现有技术中多物理参数同步采集冗余问题，提高了采集精度、实时性以及采集装置对恶劣环境的适应性。

其中，所述群传感器模块包括电流互感器、电压互感器、加速度传感器、温度传感器、湿度传感器，覆冰检测传感器、风速传感器、张力传感器、盐密检测传感器、弧垂传感器、位移传感器等等，如图3，是传感器网络的2层结构模型。其中，A为张力传感器，B为温度传感器，C为湿度传感器，D为风速传感器，E为电压互感器，F为电流互感器。

所述无线2530节点模块用于采集处理现场电力数据以及环境信息，将数据处理完成后转发至数据接口模块，如图4，是节点间的逻辑关系。其中，LNx表示逻辑节点，PCxx表示物理连接，LCxx表示逻辑连接，IMGx表示信息簇。

所述数据接口模块是指预留数据接入的标准接口，一是用于数据从感知层纳入网络层，二是方便于传感器拓展接入。

所述WSN-ADO线路故障定位模块用于利用故障相相邻节点间故障电流幅值差与对应非故障相相邻节点间故障电流幅值差之比，结合节点无线传输能量衰减和电能质量评估，实现故障精确定位。本实施例中，所述WSN-ADO线路故障定位模块利用故障相相邻节点间故障电流幅值差与对应非故障相相邻节点间故障电流幅值差之比，结合节点无线传输能量衰减的方法来实现故障的精确定位，具体有以下四个技术要点：

（1）通过运算放大器电流-电压信号转换并有效放大，滤波。

（2）节点无线传输能量衰减精确检测，减少障碍物阻隔干扰。

（3）线路故障定位信息准确实时传递。

（4）电能质量评估，将采集的电流电压信息通过FFT运算，得出1-50次的高次谐波参数含量，通过谐波分析评估电能质量。

所述WSN-ATO环境监测模块用于采集输电线路的运行环境数据和线路铁塔的运行环境数据，所述数据包括输电线路各个节点的电压、电流、电量、功率、频率、功率因数、相位、谐波、电力失压、电力欠相、电力窃电，以及温度、湿度、覆冰、风偏、雷击、输电塔边风速和雨量、张力、应力、盐密程度、弧垂、位移与加速度。本实施例中，所述WSN-ATO环境监测模块采集输电线路的运行环境数据和线路铁塔的运行环境数据，包括线路温度、湿度、覆冰、风偏、雷击，铁塔环境温度、应力状况等，主要包括以下几种恶劣环境情况：

（1）发生冰雪灾害使输电线路倒塌，反应的环境因素有：温度，湿度，应力等。

（2）发生雷雨大风天气使输电线路倒塌，反应的环境因素有：温度，湿度，风偏、雷击，应力等。

（3）发生地震使输电线路倒塌，反应的环境因素有：应力状况、风偏。

通过实时监测ATO环境信息，在多信息集成和融合条件下实现线路故障监测及管理。

所述多源异构拓扑控制及网络性能优化模块用于通过拓扑控制和傅里叶算法数据压缩进行数据传输，将所述感知层采集到的数据发送到应用层，并将应用层发送的指令传输到感知层。本实施例中，所述多源异构拓扑控制及网络性能优化模块通过拓扑控制，能够提高路由协议和MAC协议的效率．可为时间同步、数据融合、目标定位等很多方面奠定基础．有利于提高数据传输的效率和准确性，智能电网本身具有灵活的可重构的配电网络拓扑，无线传感器网络需要与之相适应，具体有以下三个技术要点：

（1）基于标准化的电网IEC61850协议下，优化Zigbee协议构建无线传感器网络。

（2）连接在电网上的节点前端并不是时时刻刻都需要网络通信的，因此，利用“心跳检测”技术使设备具有不通讯时自动断开网络连接的功能，无疑会给设备以及网络带来巨大的资源节省，同时也减少了对网络流量的占用。

（3）数据压缩传输，利用快速傅里叶算法对传感器前端的多物理量模拟信息进行频谱分析，得出频谱特性，再结合短时傅里叶算法进行分析，得出单位时间段内的频率分布，根据频率分布运用阶梯压缩，即高频信息提高采样率，低频信息降低采样率，实现数据压缩功能，提高传输效率。

本实施例中，所述多源异构拓扑控制及网络性能优化模块包括

IEC61850网络模块、GPRS网络模块、Zigbee网络模块，数据压缩传输模块。所述IEC61850网络模块是指基于IEC61850协议国家标准专用电力系统通信信网络。所述GPRS网络模块是指GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，以封包（Packet）式来传输。所述Zigbee网络模块是指基于2530无线节点模块、基于Zigbee协议自由组建的无线通信网络，实现数据融合与协作采集传输，如图5，是GPRS-WSN数据融合，如图6，是WSN网络拓扑控制。

所述心跳检测的故障自动监控模块用于通过发送与接收心跳包来检测节点或节点之间的网络是否发生故障。本实施例中，使用“心跳检测”功能的原因包括监控者关机、网络断开、软件关闭、程序错误或网络故障等原因。该检测机制的原理是：当无数据收发时，通信进入传输空闲状态，服务器会启动一个计时器，对空闲状态进行计时，如果到达一定的时间之后仍然处于传输空闲状态，那么有可能是对方或者网络出现问题，这时它会给对方发送一个心跳包，如果一切正常，那么对方会回发一个心跳回应包，如果未收到回应，那么可以断定出现故障，它将断开当前网络连接，准备下一次连接。

所述客户端监控网络管理模块用于对感知层采集到的数据进行脉动分析，根据分析结果对输电线路进行评估诊断，并通过互联网固定端口、IP远程监控输电线路现场。本实施例中，所述客户端监控网络管理模块实现了整个系统中数据多源容错，地理区域跨度很大，电气网络、无线传感器网络、GPRS网络、多网交错，实现客户端监测可视化，控制易操作，应答迅速，有以下六个要点：

（1）基于GPRS网络技术实现数据远程传输，客户端通过互联网固定端口IP进行远程监控。

（2）运用C++MFC可视化编程，构建界面友好、节点标号、数据分类、波动监测的上位机。

（3）数据接口采用串口协议，进行校验和计算提高数据准确度，降低开发难度。

（4）故障诊断针对性提示，对电网电力异常事件（失压、欠相、窃电等）、输电线路故障及环境恶劣信息作出不同响应。

（5）运用快速傅里叶计算光、电、热、力等多物理量参数的频率特性，进行脉动分析，即在频域分析参数的突变情况，系统突变频率所占的百分数，表示为系统脉动系数，通过分析系统脉动系数，实现输电线路评估诊断。

（6）综合（5）中频域分析参数的突变情况，系统脉动过大时，即发生电能质量不稳定或线路故障时，采取应急措施：当系统脉动系数小于5％时，系统安全；当系统脉动系数在5％到10％之间，系统轻微不稳定，会发出警鸣；当系统脉动系数大于10％时，系统严重不稳定，计算机自动控制跳闸门跳闸，保护系统。

其中，所述客户端监控网络管理模块包括上位机模块、指令模块、数据模块。所述上位机模块是指运用C++MFC可视化编程，构建界面友好、节点标号、数据分类、系统脉动系数分析，波动监测、安全预警的上位机。所述数据模块是指通过GPRS网络传输的现场传感器群数据。所述指令模块可以实现：定义一数值指令，初始化、现场设备使能控制；定义一数值指令，读取现场传感器群参数；定义一数值指令，查看现场线路故障情况（包括定位信息）；定义一数值指令，设置故障预警阈值。

本发明实施例的一种输电线路评估诊断方法如图7所示，所述方法包括以下步骤：

步骤s701，在感知层采集输电线路的电力数据、电力异常数据和环境数据，所述电力数据包括输电线路各个节点的电压、电流、电量、功率、频率、功率因数、相位和谐波，所述电力异常数据包括电力失压、电力欠相和电力窃电，所述环境数据包括温度、湿度、覆冰、风偏、雷击、输电塔边风速和雨量、张力、应力、盐密程度、弧垂、位移与加速度。本实施例中，具体包括：通过电流互感器和电压互感器实时采集输电线路的电压和电流，并对采集到的电压和电流进行滤波，利用2530无线节点将滤波后的电压和电流数据转发至网络层；根据所述电压和电流数据计算得到电量、功率、频率、功率因数、相位和谐波，并检测电力异常情况，将数据汇总并通过无线网络队列形式传输至网络层；采集环境数据，并将所述环境数据以定时打包的形式传输至网络层，传输优先级降低一级。还包括利用故障相相邻节点间故障电流幅值差与对应非故障相相邻节点间故障电流幅值差之比，结合节点无线传输能量衰减和电能质量评估，实现故障精确定位。

步骤s702，通过网络层将采集到的数据发送到应用层。本实施例中，具体包括：通过拓扑控制和傅里叶算法数据压缩进行数据传输，将所述感知层采集到的数据发送到应用层，并将应用层发送的指令传输到感知层。还包括通过发送与接收心跳包来检测节点或节点之间的网络是否发生故障，具体为：当第一节点与第二节点之间无数据收发时，通信进入传输空闲状态，所述第一节点启动一个计时器，对空闲状态进行计时；当到达预先设定的时间之后仍然处于传输空闲状态时，所述第一节点向所述第二节点发送一个心跳包；所述第一节点判断是否收到所述第二节点返回的心跳回应包，如果是，则判定未发生故障；否则判定所述第二节点出现故障或所述第一节点与第二节点之间的网络出现故障，并断开当前网络连接，准备下一次连接。

步骤s703，在应用层对感知层采集到的数据进行脉动分析，根据分析结果对输电线路进行评估诊断，并通过互联网固定端口、IP远程监控输电线路现场。本实施例中，具体包括：利用快速傅里叶算法获取感知层采集到的数据中各参数的频率特性，公式为： $X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left(n\right)W_N^{\mathrm{kn}},k=\mathrm{0,1,2},......,N-1,$ 其中

为称为旋转因子，k对应数字域，n对应时域，运算后得出X(k)各参数的频率特性；根据频域内各参数的突变情况，公式为：δ=MAX(X(k)),k=0,1,2,.....,N-1，从而获取系统脉动系数δ；所述系统脉动系数为系统突变频率所占的百分数；根据所述系统脉动系数，对输电线路进行评估诊断并进行系统保护。具体包括：当所述系统脉动系数小于5％时，判定系统安全；当所述系统脉动系数在5％到10％之间，判定系统轻微不稳定，并进行报警；当所述系统脉动系数大于10％时，判定系统严重不稳定，并自动控制跳闸门跳闸。

本发明的一种输电线路评估诊断方法的具体实现方法如下：

第一步，主控制器读取运行参数（写入ROM的运行参数），对各无线节点和通信接口进行初始化，包括初始化感知层的群传感器模块、无线2530节点模块、数据接口模块；网络层的IEC61850网络模块、GPRS网络模块、Zigbee网络模块；应用层的上位机模块、指令模块、数据模块；

所述的主控制器是指STM32F 107处理器和GSM集成功能模块；所述的无线节点是指2530无线节点。所述的通信接口包括：串口接口、SPI接口、Zigbee协议接口、GPRS网络接口。

第二步，等待接收数据，数据源于感知层采集处理以及网络层传输交换，没有接受到数据时，则进入休眠状态，打开心跳检测的故障自动监控模块；当主控模块接没有收到无线ZIGBEE发送的群传感器数据时，进行数据校验，数据校验无误时，执行第三步；数据校验有误时，执行第四步；当主控模块接收到无线ZIGBEE发送的群传感器数据时，也执行第四步。具体数据校验编码方式如表1所示。

表1

编码	8位二进制
		起始位	1位
数据位	8位
		数据码	2位
奇偶校验位	1位（偶校验位）
		停止位	1位
错误校验	CRC（冗余循环码）

所述的传感器群数据时指采集输电线路各个节点的电力数据，（电压、电流、电量、功率、频率、功率因数、相位、谐波等）、电力异常（失压、欠相、窃电等）、以及环境信息，（温度、湿度，覆冰程度、输电塔边风速和雨量、张力、盐密程度、弧垂、位移等）。

所述的数据校验是指定义一组数据格式规范，采用校验和方式，八字节校验一次，前七个字节为实际数据，第八位为校验和，当前七个字节数值和等于第八字节的数字时，则校验无误，当前七个字节数值和不等于第八字节的数字时，则校验有误。

第三步，各无线节点接入传感器群网络，利用群传感器模块协作模式采集环境信息（温度、湿度、覆冰、风偏、雷击等）以及线路状态信息（电压、电流、电量、功率、频率、功率因数、相位、谐波等）、电力异常（失压、欠相、窃电等），将传感器群数据结合自由组网技术，动态路由算法，通过Zigbee网络模块与数据接口模块传输至主控制器，主控制器将接收到的数据通过GPRS网络远程传输至应用层，同时监听客户端发送的指令，形成信息交换多网融合网络。

所述的协作模式采集是指2530无线节点的拓扑控制与运用IEEE1588同步协议采集。

所述的自由组网技术是指无线节点间采用组合方式通信，多节点间组成网络，数据传输无固定节点，择优传输，防止数据都塞与能量损耗。

所述的动态路由算法是指无线传输过程中实现某节点作为数据间接传输的中转节点，中转节点不是固定的，而是依据传输距离与节点位置而定的中转节点。

所述的GPRS网络是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，以封包（Packet）式来传输，可实现数据远程监控。

第四步，客户端通过互联网、GPRS网络固定端口IP进行远程监控，可接收现场传感器群数据，也可发送现场指令操作。

所述的现场指令操作包括：

1、定义一数值指令，初始化、现场设备使能控制。

2、定义一数值指令，读取现场传感器群参数。

3、定义一数值指令，查看现场线路故障情况（包括定位信息）。

4、定义一数值指令，设置故障预警阈值。

本发明的输电线路评估诊断系统和方法实现了输电线路现场监控与故障诊断，既满足了远程信息管理要求，又实现了现场设备监控拓展的功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种输电线路评估诊断系统，其特征在于，所述系统包括用于采集前端数据并协同处理的感知层、用于数据传输的网络层和用于数据监控与状态监听应用层；所述感知层包括WSN-AMI协作模式采集传输模块、WSN-ADO线路故障定位模块和WSN-ATO环境监测模块，所述网络层包括多源异构拓扑控制及网络性能优化模块，所述应用层包括客户端监控网络管理模块；各模块都连接到输电线路评估诊断网络；

所述WSN-AMI协作模式采集传输模块包括群传感器模块、无线2530节点模块和数据接口模块，所述无线2530节点模块控制群传感器模块结合IEEE1588同步协议与拓扑控制采集现场电力数据以及环境信息，并通过数据接口模块与网络层通信；

所述WSN-ADO线路故障定位模块用于利用故障相相邻节点间故障电流幅值差与对应非故障相相邻节点间故障电流幅值差之比，结合节点无线传输能量衰减和电能质量评估，实现故障精确定位；

所述WSN-ATO环境监测模块用于采集输电线路的运行环境数据和线路铁塔的运行环境数据，所述数据包括输电线路各个节点的电压、电流、电量、功率、频率、功率因数、相位、谐波、电力失压、电力欠相、电力窃电，以及温度、湿度、覆冰、风偏、雷击、输电塔边风速和雨量、张力、应力、盐密程度、弧垂、位移与加速度；

所述多源异构拓扑控制及网络性能优化模块用于通过拓扑控制和傅里叶算法数据压缩进行数据传输，将所述感知层采集到的数据发送到应用层，并将应用层发送的指令传输到感知层；

所述客户端监控网络管理模块用于对感知层采集到的数据进行脉动分析，根据分析结果对输电线路进行评估诊断，并通过互联网固定端口、IP远程监控输电线路现场。

2.根据权利要求1所述的输电线路评估诊断系统，其特征在于，所述网络层还包括心跳检测的故障自动监控模块，用于通过发送与接收心跳包来检测节点或节点之间的网络是否发生故障。

3.根据权利要求1或2所述的输电线路评估诊断系统，其特征在于，所述群传感器模块包括电流互感器、电压互感器、加速度传感器、温度传感器、湿度传感器，覆冰检测传感器、风速传感器、张力传感器、盐密检测传感器、弧垂传感器、位移传感器。

4.一种输电线路评估诊断方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A、在感知层采集输电线路的电力数据、电力异常数据和环境数据，所述电力数据包括输电线路各个节点的电压、电流、电量、功率、频率、功率因数、相位和谐波，所述电力异常数据包括电力失压、电力欠相和电力窃电，所述环境数据包括温度、湿度、覆冰、风偏、雷击、输电塔边风速和雨量、张力、应力、盐密程度、弧垂、位移与加速度；

B、通过网络层将采集到的数据发送到应用层；

C、在应用层对感知层采集到的数据进行脉动分析，根据分析结果对输电线路进行评估诊断，并通过互联网固定端口、IP远程监控输电线路现场。

5.根据权利要求4所述的输电线路评估诊断方法，其特征在于，在所述步骤A中，具体包括：

A1、通过电流互感器和电压互感器实时采集输电线路的电压和电流，并对采集到的电压和电流进行滤波，利用2530无线节点将滤波后的电压和电流数据转发至网络层；

A2、根据所述电压和电流数据计算得到电量、功率、频率、功率因数、相位和谐波，并检测电力异常情况，将数据汇总并通过无线网络队列形式传输至网络层；

A3、采集环境数据，并将所述环境数据以定时打包的形式传输至网络层，传输优先级降低一级。

6.根据权利要求5所述的输电线路评估诊断方法，其特征在于，在所述步骤A中，还包括：利用故障相相邻节点间故障电流幅值差与对应非故障相相邻节点间故障电流幅值差之比，结合节点无线传输能量衰减和电能质量评估，实现故障精确定位。

7.根据权利要求4所述的输电线路评估诊断方法，其特征在于，在所述步骤B中，具体包括：通过拓扑控制和傅里叶算法数据压缩进行数据传输，将所述感知层采集到的数据发送到应用层，并将应用层发送的指令传输到感知层。

8.根据权利要求7所述的输电线路评估诊断方法，其特征在于，在所述步骤B中，还包括通过发送与接收心跳包来检测节点或节点之间的网络是否发生故障，具体为：

当第一节点与第二节点之间无数据收发时，通信进入传输空闲状态，所述第一节点启动一个计时器，对空闲状态进行计时；

当到达预先设定的时间之后仍然处于传输空闲状态时，所述第一节点向所述第二节点发送一个心跳包；

所述第一节点判断是否收到所述第二节点返回的心跳回应包，如果是，则判定未发生故障；否则判定所述第二节点出现故障或所述第一节点与第二节点之间的网络出现故障，并断开当前网络连接，准备下一次连接。

9.根据权利要求4至8任一项所述的输电线路评估诊断方法，其特征在于，在所述步骤C中，具体包括：

C1、利用快速傅里叶算法获取感知层采集到的数据中各参数的频率特性；

C2、根据频域内各参数的突变情况，获取系统脉动系数；所述系统脉动系数为系统突变频率所占的百分数；

C3、根据所述系统脉动系数，对输电线路进行评估诊断并进行系统保护。

10.根据权利要求9所述的输电线路评估诊断方法，其特征在于，在所述步骤C3中，具体包括：

当所述系统脉动系数小于5％时，判定系统安全；

当所述系统脉动系数在5％到10％之间，判定系统轻微不稳定，并进行报警；

当所述系统脉动系数大于10％时，判定系统严重不稳定，并自动控制跳闸门跳闸。

11.根据权利要求9所述的输电线路评估诊断方法，其特征在于，在所述步骤C3中，还包括判断是否发生恶劣环境情况，具体包括：

根据温度、湿度、应力判断是否发生冰雪灾害使输电线路倒塌；

根据温度、湿度、风偏、雷击、应力判断是否发生雷雨大风天气使输电线路倒塌；

根据应力、风偏判断是否发生地震使输电线路倒塌。

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