CN106355322A - 一种电网环境灾害在线监测平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网环境灾害在线监测平台，包括监测中心和与其相连接的移动式监测单元，所述移动式监测单元包括沿电网线路设置的架空轨道、所述架空轨道上设置的移动机构、所述移动机构上设置监测终端，所述监测终端包括传感器模块、控制模块、视频监测模块和第一通信模块，所述移动机构上设置定位装置，所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、明火传感器、雨量传感器、风速传感器。本发明可以对线路覆冰、泥石流、地震、大风、洪水、火灾等灾害实现监测，并通过监测到的信息做到一定的预估功能，实现对电网的可视化、实时化监测，应对灾害提前解决或在灾害发生后第一时间进行抢修，大大减少了电网受灾的损失。

Description

一种电网环境灾害在线监测平台

技术领域

本发明涉及电力系统远程在线监测技术领域，具体涉及一种电网环境灾害在线监测平台。

背景技术

电力是国家的支柱能源和命脉，同时由于电网系统多数直接暴露于自然条件下，受环境因素和自然灾害影响较大。各类自然灾害的发生往往直接威胁着电网系统的安全运行，甚至造成严重的电网破坏和大面积停电事故，进而影响到人们的正常生产、生活和社会的稳定。随着国家电网智能化发展的不断深入，特高压输电网络的大规模建设，以大联网、大容量为标志的规模化、高效率的电网遭遇灾害时，其影响速度快、范围广，且有社会化趋势。

地震、洪水、冻雨、山火等自然灾害往往会对电网造成大面积破坏，快速有效地监测电网设备损坏状况和已损坏电网设备所在位置，对尽快恢复灾区的电力供应意义重大。但自然灾害发生后，由于供电中断以及灾害对有线网或无线网等通信设施的严重破坏，电力载波通信、基于 Internet 的有线网络通信、通用分组无线业务 (GPRS) 无线网络通信、全球移动通讯系统 (GSM) 短消息等传统的电网远程监控通信方式无法正常工作。因此需要对电网进行周边的气象数据进行监测，但是目前主要还是依靠人工巡查方式对灾区电网进行监测，效率低下。

公开号为203520461U、名称为“一种电网灾害预警装置”、申请号为201320686171.5 的专利公开了一种电网灾害预警装置，包括气象信息获取接口、地震监测信息获取接口、预警标准比对模块、警报模块、无线发射器。在不同的电网布局点安装该装置后，能够自我接收气象信息及地震监测信息，并与设定的预警值做比对，一旦超出警戒值，便会启动报警装置，并通过无线发射器向外发送报警信号。但是该专利在偏远山区、在远离城市的地方，无法顺利接触到气象信号、或者在气象信息不准确的情况下，就有可能误判，发出错误的警报，干扰正常的工作。该发明需要在电网周边大量设置传感器以及满足信息传递要求的通信基站，用到的设备较多，对设备稳定性的要求也较高。

申请号为201610248227.7的发明涉及一种基于卫星遥感图像的自然灾害风险监测系统，包括：图像采集装置；定位装置；定位信息处理模块，与定位装置信息连接；三维系统，与定位信息处理模块信息连接；数据存储模块，用于存储已有的目标区域的自然灾害信息；空间数据处理模块，与数据存储模块和三维系统信息连接；数据库建立模块，与空间数据处理模块信息连接；模型建立模块，与数据库建立模块信息连接；预警标准设定模块，与模型建立模块和现场灾情反馈模块信息连接；预警信息推送模块，与预警标准设定模块信息连接；现场灾情反馈模块，与预警标准设定模块信息连接。该发明提供的基于卫星遥感图像的自然灾害风险监测系统，可以在很大程度上避免自然灾害对特高压工程的破坏程度。但是仅仅依靠图像进行监测，对信息的监测力度不够，对灾害的预警较弱。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种电网环境灾害在线监测平台，仅仅使用少量的传感器便可实现对整个电网环境灾害信息以及设备信息的监测，对线路、通信设备以及传感器的使用量较少。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种电网环境灾害在线监测平台，包括监测中心和与其相连接的移动式监测单元，所述移动式监测单元包括沿电网线路设置的架空轨道、所述架空轨道上设置的移动机构、所述移动机构上设置监测终端，所述监测终端包括传感器模块、控制模块、视频监测模块和第一通信模块，所述移动机构上设置定位装置，所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、明火传感器、雨量传感器、风速传感器，所述控制模块与传感器模块、视频监测模块和第一通信模块连接。

进一步的，所述监测中心包括用于接收监测信息的第二通信模块以及与所述第二通信模块相连接并进行变电站监测信息汇总管理的工控机，所述第二通信模块与第一通信模块连接，所述第一通信模块和第二通信模块采用GPRS模块。

进一步的，所述视频监测模块包括设置在所述移动机构上的微型云台，所述微型云台上设置红外摄像头和红外热成像仪。

进一步的，所述监测中心设置VR视频眼镜，所述VR视频眼镜上设置三轴陀螺仪，所述VR视频眼镜通过所述第二通信模块、第一通信模块、控制模块与所述视频监测模块连接。

进一步的，所述移动机构采用与所述架空轨道相配合的电动轨道车，所述移动机构两端设置弹性推块，所述移动机构为若干个。

进一步的，线路杆塔上设置雷击监测装置，所述雷击监测装置连接设置有第一无线收发模块，所述移动机构上设置与所述第一无线收发模块相配合的第二无线收发模块，所述控制模块与所述第二无线收发模块连接。

进一步的，所述定位装置包括所述架空轨道上设置的线槽、所述线槽底部的弹性支撑机构、和所述弹性支撑机构上表面设置的分布式光纤振动传感器，所述分布式光纤振动传感器顶部高于所述线槽顶部，所述分布式光纤振动传感器与所述监测中心连接。

进一步的，所述分布式光纤振动传感器顶部高于所述线槽顶部0.5cm至1cm。

进一步的，所述弹性支撑机构包括条状的弹性橡胶，所述弹性支撑机构上表面设置与所述分布式光纤传感器相配合的弧形槽体，所述分布式光纤传感器下表面与所述弧形槽体的表面粘接在一起。

进一步的，所述定位装置包括所述架空轨道上间隔设置的若干个传感器槽，所述传感器槽内设置光纤光栅传感器，所述若干个光纤光栅传感器之间通过传输光纤连接，所述光纤光栅传感器顶部高于所述传感器槽上沿0.5cm至1cm，所述传输光纤设置在所述架空轨道上设置的空腔内。

进一步的，所述传输光纤的一端设置宽带光源，所述传输光纤的另一端通过光纤光栅网络分析仪与所述监测中心连接。

进一步的，所述光纤光栅传感器两端设置斜面垫块。

本发明提供了一种电网环境灾害在线监测平台，与现有技术最大的不同点在于监测单元是可移动的，架空轨道沿电网线路架设，可以在杆塔之间建造或额外设立杆塔并架设，架空轨道上只需要承载移动式监测单元，因此其承重等问题都很小，建造成本很低，所有东西可以预制，现场架设，并且不需要额外架线，也不用对大量的传感器进行调试，安装建造成本都会很低。监测终端的传感器采用了温度传感器监测电网周边的环境温度、湿度传感器监测电网周边的环境湿度、明火传感器利用明火中的紫外线对电网周边是否发生火灾进行监测、雨量传感器可以对电网周边的降雨量进行监测、风速传感器对电网周边的环境风力进行监测，并与视频监测模块相互配合，对电网沿线的温度、湿度、火灾、降雨、风速、图像视频等进行监测，可以对线路覆冰、泥石流、地震、大风、洪水、火灾等灾害实现监测，并通过监测到的信息做到一定的预估功能，实现对电网的可视化、实时化监测，应对灾害提前解决或在灾害发生后第一时间进行抢修，大大减少了电网受灾的损失。定位装置可以对监测到的环境数据的具体方位进行监测并与环境数据一同发送至监测中心，便于检修人员对电网整体的把握。

视频监测模块针对电网沿线进行图像视频监测，采用了红外摄像头和红外热成像仪，分别对图像视频以及红外热成像监测，一方面代替工作人员进行巡检，另一方面可以对较大范围内的温度进行监测，提前发现火灾隐患，能够监测到线路是否发生短路升温、远方是否明火燃烧等情况，监测的距离较远，且这两个设备设置在微型云台上，微型云台采用两轴云台，能够被操控实现对每个角度进行观察。与视频监测模块相配合的在监测中心设置VR视频眼镜，且通过在VR视频眼镜设置三轴陀螺仪，能够时刻监测眼镜的偏转角度，工控机将该角度信息转换为控制信息发送至微型云台，以此来模拟使用者的头部运动，这样使用者不仅能够清晰的看到现场画面，且通过三轴陀螺仪与微型云台的配合，使得使用者有种代入感，监测更加随心所欲，更好的替代电网沿线的人工巡检方式。

移动机构采用与架空轨道相配合的电动轨道车即可，轨道和轨道车都是常规技术，容易实现。但是移动机构是沿着电网线路进行巡检，电网线路多设置在大山、森林等人迹稀少、道路难行的地方，若移动机构损坏则需要排出人员登高检查，非常麻烦。本发明中在移动机构的两端设置推块，且移动机构为多个，在某个移动机构巡检过程中发生故障后，排出另一个移动机构进行巡检，并在巡检的过程中遇到损坏的设备是将其推着一起移动，直至检修站或电网的端部，方便工作人员进行检修。线路杆塔也会受到雷击，目前在杆塔上都设置有雷击监测装置，但是如何把雷击信息发送至监测中心成了主要问题，其间相隔较远，需要架设基站，成本较高。本发明中移动式监测单元成为一个信息中转的基站，雷击监测装置通过第一无线收发模块和第二无线收发模块将雷击信息发送至控制模块，再通过第一通信模块发送至监测中心。

本发明重点在于定位装置的实现方式，通过轨道上设置的分布式光纤振动传感器来实现的，当移动机构在架设轨道上运动时，会对分布式光纤振动传感器按压使其形变，监测中心通过内部光纤的变化可以监测到移动机构所在的具体方位，定位精准度非常高。当监测单元发送一个监测信息后，分布式光纤振动传感器便可将该时刻的地理位置信息发送至监测中心，两者相结合实现对某点某时刻的信息监测。分布式光纤传感器是对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化信息进行测量或监控的传感器，而振动传感器是其中的一种，该地理位置监测的优点在于整个传感元件仅采用光纤，价格较低，不会受到周围复杂磁场环境的影响，可以对整个监测单元移动中进行时时监测，误差极小甚至没有。此外在监测单元设置的温度传感器可以反馈温度信息，这样在监测某点环境信息时，反馈至监测中心的监测信息包括有温度信息，监测中心再将温度信息发送至工控机进行计算，对分布式光纤振动传感器进行温度补偿，可以减小监测的误差。

本发明的有益效果如下：

1、仅仅使用少量的传感器便可实现对整个电网环境灾害信息以及设备信息的监测，对线路、通信设备以及传感器的使用量较少，现场不需要布置复杂的线路，并且采用架空的轨道，不会对电网后边的正常生产生活造成影响；

2、对监测单元监测环境灾害信息时所在地理位置的确定采用分布式光纤振动传感器，整个传感元件仅采用光纤，价格较低，不会受到周围复杂磁场环境的影响，可以对整个监测模块移动中进行时时监测，误差极小甚至没有；

3、本发明可以对线路覆冰、泥石流、地震、大风、洪水、火灾等灾害实现监测，并通过监测到的信息做到一定的预估功能，实现对电网的可视化、实时化监测，应对灾害提前解决或在灾害发生后第一时间进行抢修，大大减少了电网受灾的损失。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1是本发明电网环境灾害在线监测平台的系统结构图；

图2是本发明视频监测模块的系统结构图；

图3是本发明雷击监测装置的系统结构图；

图4是本发明弹性推块的结构示意图；

图5是本发明分布式光纤振动传感器的结构示意图；

图6是本发明弹性支撑机构的结构示意图；

图7是本发明光纤光栅传感器的结构示意图；

图8是本发明光纤光栅传感器的系统结构图。

具体实施方式

下面结合图1至图8对本发明技术方案进一步展示，具体实施方式如下：

实施例一

如图1所示：本实施例提供了一种电网环境灾害在线监测平台，包括监测中心1和与其相连接的移动式监测单元2，所述移动式监测单元2包括沿电网线路设置的架空轨道6、所述架空轨道6上设置的移动机构13、所述移动机构13上设置监测终端4，所述监测终端4包括传感器模块15、控制模块12、视频监测模块14、和第一通信模块3，所述移动机构13上设置定位装置5，所述传感器模块15包括温度传感器、湿度传感器、明火传感器、雨量传感器、风速传感器，所述控制模块12与传感器模块15、视频监测模块14和第一通信模块3连接。

所述监测中心1包括用于接收监测信息的第二通信模块7以及与所述第二通信模块7相连接并进行变电站监测信息汇总管理的工控机8，所述第二通信模块7与第一通信模块3连接，所述第一通信模块3和第二通信模块7采用GPRS模块，所述工控机8上设置显示设备10和声音报警器9。

本发明与现有技术最大的不同点在于监测单元是可移动的，架空轨道沿电网线路架设，可以在杆塔之间建造或额外设立杆塔并架设，架空轨道上只需要承载移动式监测单元，因此其承重等问题都很小，建造成本很低，所有东西可以预制，现场架设，并且不需要额外架线，也不用对大量的传感器进行调试，安装建造成本都会很低。监测终端的传感器采用了温度传感器监测电网周边的环境温度、湿度传感器监测电网周边的环境湿度、明火传感器利用明火中的紫外线对电网周边是否发生火灾进行监测、雨量传感器可以对电网周边的降雨量进行监测、风速传感器对电网周边的环境风力进行监测，并与视频监测模块相互配合，对电网沿线的温度、湿度、火灾、降雨、风速、图像视频等进行监测，可以对线路覆冰、泥石流、地震、大风、洪水、火灾等灾害实现监测，并通过监测到的信息做到一定的预估功能，实现对电网的可视化、实时化监测，应对灾害提前解决或在灾害发生后第一时间进行抢修，大大减少了电网受灾的损失。定位装置可以对监测到的环境数据的具体方位进行监测并与环境数据一同发送至监测中心，便于检修人员对电网整体的把握。工控机上的显示设备可以对监测结果进行显示，声音报警器在某项监测数据超过安全值时进行报警。

实施例二

如图2至图4所示：其与实施例一的区别在于：所述视频监测模块14包括设置在所述移动机构13上的微型云台28，所述微型云台28上设置红外摄像头29和红外热成像仪30。

所述监测中心1设置VR视频眼镜11，所述VR视频眼镜11上设置三轴陀螺仪16，所述VR视频眼镜11通过所述第二通信模块7、第一通信模块3、控制模块12与所述视频监测模块14连接。

视频监测模块针对电网沿线进行图像视频监测，采用了红外摄像头和红外热成像仪，分别对图像视频以及红外热成像监测，一方面代替工作人员进行巡检，另一方面可以对较大范围内的温度进行监测，提前发现火灾隐患，能够监测到线路是否发生短路升温、远方是否明火燃烧等情况，监测的距离较远，且这两个设备设置在微型云台上，微型云台采用两轴云台，能够被操控实现对每个角度进行观察。与视频监测模块相配合的在监测中心设置VR视频眼镜，且通过在VR视频眼镜设置三轴陀螺仪，能够时刻监测眼镜的偏转角度，工控机将该角度信息转换为控制信息发送至微型云台，以此来模拟使用者的头部运动，这样使用者不仅能够清晰的看到现场画面，且通过三轴陀螺仪与微型云台的配合，使得使用者有种代入感，监测更加随心所欲，更好的替代电网沿线的人工巡检方式。

所述移动机构13采用与所述架空轨道6相配合的电动轨道车，所述移动机构13两端设置弹性推块35，所述弹性推块35为矩形，所述一端的弹性推块35上设置吸盘34，所述移动机构13为若干个。线路杆塔上设置雷击监测装置33，所述雷击监测装置33连接设置有第一无线收发模块32，所述移动机构13上设置与所述第一无线收发模块32相配合的第二无线收发模块31，所述控制模块12与所述第二无线收发模块31连接。

移动机构采用与架空轨道相配合的电动轨道车即可，轨道和轨道车都是常规技术，容易实现。但是移动机构是沿着电网线路进行巡检，电网线路多设置在大山、森林等人迹稀少、道路难行的地方，若移动机构损坏则需要排出人员登高检查，非常麻烦。本发明中在移动机构的两端设置推块，且移动机构为多个，在某个移动机构巡检过程中发生故障后，排出另一个移动机构进行巡检，并在巡检的过程中遇到损坏的设备是将其推着一起移动，直至检修站或电网的端部，方便工作人员进行检修。线路杆塔也会受到雷击，目前在杆塔上都设置有雷击监测装置，但是如何把雷击信息发送至监测中心成了主要问题，其间相隔较远，需要架设基站，成本较高。本发明中移动式监测单元成为一个信息中转的基站，雷击监测装置通过第一无线收发模块和第二无线收发模块将雷击信息发送至控制模块，再通过第一通信模块发送至监测中心。

实施例三

如图5和图6所示：其与实施例一的区别在于：

所述定位装置5包括所述架空轨道6上设置的线槽19、所述线槽19底部的弹性支撑机构18、和所述弹性支撑机构18上表面设置的分布式光纤振动传感器17，所述分布式光纤振动传感器17顶部高于所述线槽19顶部，所述分布式光纤振动传感器17与所述监测中心1连接。

通过轨道上设置的分布式光纤振动传感器来实现的，当移动机构在架设轨道上运动时，会对分布式光纤振动传感器按压使其形变，监测中心通过内部光纤的变化可以监测到移动机构所在的具体方位，定位精准度非常高。当监测单元发送一个监测信息后，分布式光纤振动传感器便可将该时刻的地理位置信息发送至监测中心，两者相结合实现对某点某时刻的信息监测。分布式光纤传感器是对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化信息进行测量或监控的传感器，而振动传感器是其中的一种，该地理位置监测的优点在于整个传感元件仅采用光纤，价格较低，不会受到周围复杂磁场环境的影响，可以对整个监测单元移动中进行时时监测，误差极小甚至没有。此外在监测单元设置的温度传感器可以反馈温度信息，这样在监测某点环境信息时，反馈至监测中心的监测信息包括有温度信息，监测中心再将温度信息发送至工控机进行计算，对分布式光纤振动传感器进行温度补偿，可以减小监测的误差。

所述分布式光纤振动传感器17顶部高于所述线槽19顶部0.5cm至1cm，高出的高度不能太大，否则会引起移动机构的不稳定，容易发生事故，但又不能太小，振动不明显会造成误差。

所述弹性支撑机构18包括条状的弹性橡胶，所述弹性支撑机构18上表面设置与所述分布式光纤传感器17相配合的弧形槽体20，所述分布式光纤传感器17下表面与所述弧形槽体20的表面粘接在一起。光纤传感器是在弹性支撑机构的上方，为了保证其稳定性，通过弧形槽体来固定，且两者之间通过粘结剂进行粘接，避免光纤传感器意外跳动，造成监测的误差。弹性支撑机构可以采用弹簧、泡沫、橡胶等制件，优选橡胶制件，其耐用性较强。

实施例四

如图7和图8所示：其与实施例三的区别在于：所述定位装置5包括所述架空轨道6上间隔设置的若干个传感器槽22，所述传感器槽22内设置光纤光栅传感器21，所述若干个光纤光栅传感器21之间通过传输光纤25连接，所述光纤光栅传感器21顶部高于所述传感器槽22上沿0.5cm至1cm，所述传输光纤25设置在所述架空轨道6上设置的空腔24内。

监测单元地理位置的监测还可以采用光纤光栅传感器来实现，采用该方法无法对整个架空轨道上监测模块位移进行监测，而是当监测单元所在的轨道车移动至光纤光栅传感器上时会被监测到。采用该方法使得数据信息的监测具有规律性，当移动至光纤光栅传感器的地点时将数据信息和地理信息发送至监测中心，通过规律设置的多个光纤光栅传感器来选择地点，实现对电网线路的整体覆盖，满足环境以及设备监测的要求，降低信息处理的数量，在整个监测过程较分布式光纤振动传感器来说简单化。

所述传输光纤25的一端设置宽带光源26，所述传输光纤25的另一端通过光纤光栅网络分析仪27与所述监测中心1连接。宽带光源发出信号，光纤光栅网络分析仪检测到信号波长的变化并将波长信号转换为相应的电信号，监控中心对接收到的电信号进行处理，从而计算出哪个光纤光栅传感器受到压力从而形变，就实现了对行走机构的位移测量。

所述光纤光栅传感器21两端设置斜面垫块23。斜面垫块利于行走机构的轮子爬上光纤光栅传感器，避免传感器受到侧向的冲击力过大，利于保护设备。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种电网环境灾害在线监测平台，其特征在于：包括监测中心和与其相连接的移动式监测单元，所述移动式监测单元包括沿电网线路设置的架空轨道、所述架空轨道上设置的移动机构、所述移动机构上设置监测终端，所述监测终端包括传感器模块、控制模块、视频监测模块和第一通信模块，所述移动机构上设置定位装置，所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、明火传感器、雨量传感器、风速传感器，所述控制模块与传感器模块、视频监测模块和第一通信模块连接。

2.如权利要求1所述的电网环境灾害在线监测平台，其特征在于：所述监测中心包括用于接收监测信息的第二通信模块以及与所述第二通信模块相连接并进行变电站监测信息汇总管理的工控机，所述第二通信模块与第一通信模块连接，所述第一通信模块和第二通信模块采用GPRS模块。

3.如权利要求1所述的电网环境灾害在线监测平台，其特征在于：所述视频监测模块包括设置在所述移动机构上的微型云台，所述微型云台上设置红外摄像头和红外热成像仪。

4.如权利要求3所述的电网环境灾害在线监测平台，其特征在于：所述监测中心设置VR视频眼镜，所述VR视频眼镜上设置三轴陀螺仪，所述VR视频眼镜通过所述第二通信模块、第一通信模块、控制模块与所述视频监测模块连接。

5.如权利要求1所述的电网环境灾害在线监测平台，其特征在于：所述移动机构采用与所述架空轨道相配合的电动轨道车，所述移动机构两端设置弹性推块，所述移动机构为若干个。

6.如权利要求1所述的电网环境灾害在线监测平台，其特征在于：线路杆塔上设置雷击监测装置，所述雷击监测装置连接设置有第一无线收发模块，所述移动机构上设置与所述第一无线收发模块相配合的第二无线收发模块，所述控制模块与所述第二无线收发模块连接。

7.如权利要求1所述的电网环境灾害在线监测平台，其特征在于：所述定位装置包括所述架空轨道上设置的线槽、所述线槽底部的弹性支撑机构、和所述弹性支撑机构上表面设置的分布式光纤振动传感器，所述分布式光纤振动传感器顶部高于所述线槽顶部，所述分布式光纤振动传感器与所述监测中心连接。

8.如权利要求7所述的电网环境灾害在线监测平台，其特征在于：所述分布式光纤振动传感器顶部高于所述线槽顶部0.5cm至1cm。

9.如权利要求8所述的电网环境灾害在线监测平台，其特征在于：所述弹性支撑机构包括条状的弹性橡胶，所述弹性支撑机构上表面设置与所述分布式光纤传感器相配合的弧形槽体，所述分布式光纤传感器下表面与所述弧形槽体的表面粘接在一起。