CN110864727A - 一种基于线缆传感器的gis电网精细预警系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力电网领域，涉及一种基于线缆传感器的GIS电网精细预警系统。包括GIS服务器、GIS数据库模块、气象预警模块、基站控制模块、综合预警模块、多个基站模块以及多个线缆传感器模块；综合预警模块将GIS数据库模块中的数据进行综合处理后显示在其显示屏幕上。可以在线测定线缆的老化率，同时并不影响线缆的输电；结合线缆老化率可以提供针对不同老化情况的线缆的高精度预警。

Description

一种基于线缆传感器的GIS电网精细预警系统
技术领域
本发明属于电力电网领域，涉及GIS电网预警系统，尤其涉及一种基于线缆传感器的GIS电网精细预警系统。
背景技术
近年来，国网电力电网输变电设备防灾减灾国家重点实验室坚持电网安全生产驱动创新的研究理念，紧密围绕电网防灾减灾开展研究，在电网防冰方面开展了大量创新性研究工作，特别是在灾害预测预警方面取得了突破性的进展。大风灾害是影响电力安全的主要因素之一，大风可能会造成输电线缆的断裂，直接影响输电，且造成的影响较大，恢复时间较长。
当输电线缆老化时其断裂张力降低，线缆老化会大大提高大风灾害天气的输电风险，因此针对线缆老化进行预警势在必行。
申请号：201520290157.2方案公开了一种一种线缆固定装置，公开了一种线缆固定装置，包括固定基板，固定基板的中部下凹形成线缆固定槽，固定基板的两侧形成凸棱所述线缆固定槽内设有多个通孔，所述每个通孔上设有用于卡合线缆的卡扣，线缆固定简单，且各线缆之间留有间隙，多根线缆不会绞合在一起，防止相互干扰，也防止线缆老化出现不全事故，虽然其公开的结构可以在一定程度上延缓线缆老化，降低线缆老化的风险，但是并不适用于大型的输电线缆。
申请号：201711316455.4公开了基于反演算法的输电线路舞动预测方法、系统及存储介质，以应用于覆冰等因素所导致舞动的精细化预测。根据舞动预测计算模型及对应的输入要素粗预测输电线路舞动的区域分布情况；根据电网GIS信息，在粗预测结果为舞动的区域中搜索输电线路杆塔，并记录所搜索出的输电线路杆塔的反演信息；根据反演信息空间连线各段输电线路两端关联的杆塔，生成舞动指数待二次精细化预测的输电线路；对待二次精细化预测的输电线路上的各像素点，基于气象要素空间插值法进行舞动指数的二次精细化预测，并根据预设的舞动指数与颜色值的对应关系，对预测结果进行直观显示。其不能针对线缆老化进行针对性预测，且其仅公开显示预测结果，但是没有具体公开其计算和预警及显示的过程。
目前急需一种能够针对大风灾害天气和线缆老化率进行精细预警的电力GIS预警系统。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
针对上述内容，为解决以上缺陷，本发明提供一种基于线缆传感器的GIS电网精细预警系统，其特征在于包括GIS服务器、GIS数据库模块、气象预警模块、基站控制模块、综合预警模块、多个基站模块以及多个线缆传感器模块；GIS数据库模块、气象预警模块、基站控制模块、综合预警模块分别与GIS服务器数据连接；GIS服务器收集气象预警模块和基站控制模块的数据，并存储在GIS数据库模块中；综合预警模块将GIS数据库模块中的数据进行综合处理后显示在其显示屏幕上。
所述GIS数据库模块中储存有包含海拔信息的地图数据，其数据格式为(Lng1，Lat1，H)，其中Lng1为经度，Lat1为纬度，H为海拔。
所述气象预警模块为风力预警模块，从气象数据中心获取未来24-72小时的风力预警数据；所述风力预警数据为包含经纬度信息的风力数据，数据格式为(Lng2，Lat2，F，T)；其中Lng2为经度，Lat2为纬度，F为风力，T为时刻。
所述基站控制模块连接多个基站模块，基站模块设置在输电线缆的转接或变压器设备上；基站模块连接线缆传感器模块，线缆传感器设置在输电线缆上，线缆传感器模块收集线缆的拉力热阻数据，数据格式为(Lng3，Lat3，D，R)，其中Lng3为线缆传感器模块所在的经度，Lat3为线缆传感器模块所在的纬度，D为拉力，R为热阻。
所述GIS服务器通过基站控制模块收集各个线缆传感器的数据，并将其存储在GIS数据库模块中；GIS数据库模块中存储有线缆老化模型，所述线缆老化模型由预先测试的与实际输电线缆相同型号线缆的老化数据，测定不同热阻下对应的断裂拉力；并以此建立热阻和断裂拉力的函数模型。
所述线缆传感器包括传感器控制模块(1)、紧线模块、松线模块；传感器控制模块内含控制器芯片、无线收发器和继电器开关，所述无线收发器用于与基站模块实现通信，继电器开关有三档，第一档接通紧线，第二档空档，第三档接通松线；紧线模块包括充电电池(2)，电池内自带开关；紧线模块包括两个相对的传感器组(3)，传感器组(3)测量电流、压降、温度，传感器组(3)之间连接紧线(4)，紧线(4)的规格与实际输电线缆(7)相同；松线模块包括检测传感器(5)，用于检测松线接通状态，检测传感器(5)之间连接松线(6)，松线(6)的长度比紧线(4)长；实际使用时，传感器控制模块(1)两端连接实际输电线缆(7)，同时传感器控制模块与紧线模块和松线模块固定连接，使紧线(4)上的拉力与输电线缆相同，松线(6)上拉力与输电线缆无关。
所述紧线模块并联充电电池，充电电池在紧线模块接通时进行充电，充电电池在松线模块接通时为紧线模块的传感器组提供电源。
GIS服务器将收集的风力数据和拉力热阻数据保存至GIS数据库模块；综合预警模块将拉力热阻数据根据线缆老化模型将热阻数据R转化为断裂拉力数据Db；综合预警模块将GIS数据库模块的数据进行整合，即当(Lng3，Lat3，D，Db)与(Lng2，Lat2，F，T)和(Lng1，Lat1，H)的经纬度相同时，合并为(Lng4，Lat4，D，Db，F，T，H)，并保存成预警数据，Lng4等于当Lng3＝Lng2＝Lng1时的Lng3，Lat4等于当Lat3＝Lat2＝Lat1时的Lat3；
综合预警模块根据预警数据计算风险率V＝(D/Db)×(F/Fb)×(H/Hb)；其中Db为断裂拉力数据，Fb为风力阈值，Hb为海拔阈值；综合预警模块再生成风险数据，风险数据格式为(Lng4，Lat4，V，T)。
显示屏幕的背景为地图背景，综合预警模块将风险数据以显示在显示屏幕的地图背景上，其中显示根据Lng4、Lat4确定显示的坐标，根据V显示不同浓度的颜色，V值越大颜色越深，根据T作为时间变化的时间轴，动态显示。
线缆老化模型的建立过程为：
1)将与实际输电线缆相同型号的线缆剪成1000段，每段的长度为50-100cm，作为待测样品；
2)将待测样品分别在不同的酸碱度溶液、冷热变化的条件下进行老化；
3)将老化后的待测样品进行热阻测试，得到热阻值，之后进行拉力测定，获得其断裂拉力；
4)根据步骤3)得到的数据建立热阻-断裂拉力曲线；
5)对步骤4)的曲线进行线性回归得到线缆老化模型。
本发明的优点在于：
本发明提供了一种线缆传感器，可以在线测定线缆的老化率，同时并不影响线缆的输电；本发明的预警系统基于线缆老化率和风力的预警，大风会对输电造成重大损失，结合线缆老化率可以提供针对不同老化情况的线缆的高精度预警；本发明提供了老化率的测定方式，可以应用于其他线缆老化的评定；本发明将预警结果显示在显示屏幕上，由于收集的数据仅针对基站位置的坐标进行了收集，因此在显示是以基站位置显示一个红点，红点的大小显示根据基站的输电功率确定，可以直观的提现预警的风险等级。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
附图1示出了根据本发明实施方式的系统结构示意图；
附图2示出了根据本发明实施方式的线缆传感器结构示意图；
附图3示出了根据本发明实施方式的线缆传感器连接示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本发明的实施方式，提出一种基于线缆传感器的GIS电网精细预警系统，其特征在于包括GIS服务器、GIS数据库模块、气象预警模块、基站控制模块、综合预警模块、多个基站模块以及多个线缆传感器模块；GIS数据库模块、气象预警模块、基站控制模块、综合预警模块分别与GIS服务器数据连接；GIS服务器收集气象预警模块和基站控制模块的数据，并存储在GIS数据库模块中；综合预警模块将GIS数据库模块中的数据进行综合处理后显示在其显示屏幕上。
所述GIS数据库模块中储存有包含海拔信息的地图数据，其数据格式为(Lng1，Lat1，H)，其中Lng1为经度，Lat1为纬度，H为海拔。
所述气象预警模块为风力预警模块，从气象数据中心获取未来24-72小时的风力预警数据；所述风力预警数据为包含经纬度信息的风力数据，数据格式为(Lng2，Lat2，F，T)；其中Lng2为经度，Lat2为纬度，F为风力，T为时刻。
所述基站控制模块连接多个基站模块，基站模块设置在输电线缆的转接或变压器设备上；基站模块连接线缆传感器模块，线缆传感器设置在输电线缆上，线缆传感器模块收集线缆的拉力热阻数据，数据格式为(Lng3，Lat3，D，R)，其中Lng3为线缆传感器模块所在的经度，Lat3为线缆传感器模块所在的纬度，D为拉力，R为热阻。
所述GIS服务器通过基站控制模块收集各个线缆传感器的数据，并将其存储在GIS数据库模块中；GIS数据库模块中存储有线缆老化模型，所述线缆老化模型由预先测试的与实际输电线缆相同型号线缆的老化数据，测定不同热阻下对应的断裂拉力；并以此建立热阻和断裂拉力的函数模型。
所述线缆传感器包括传感器控制模块(1)、紧线模块、松线模块；传感器控制模块内含控制器芯片、无线收发器和继电器开关，所述无线收发器用于与基站模块实现通信，继电器开关有三档，第一档接通紧线，第二档空档，第三档接通松线；紧线模块包括充电电池(2)，电池内自带开关；紧线模块包括两个相对的传感器组(3)，传感器组(3)测量电流、压降、温度，传感器组(3)之间连接紧线(4)，紧线(4)的规格与实际输电线缆(7)相同；松线模块包括检测传感器(5)，用于检测松线接通状态，检测传感器(5)之间连接松线(6)，松线(6)的长度比紧线(4)长；实际使用时，传感器控制模块(1)两端连接实际输电线缆(7)，同时传感器控制模块与紧线模块和松线模块固定连接，使紧线(4)上的拉力与输电线缆相同，松线(6)上拉力与输电线缆无关。
所述紧线模块并联充电电池，充电电池在紧线模块接通时进行充电，充电电池在松线模块接通时为紧线模块的传感器组提供电源。
GIS服务器将收集的风力数据和拉力热阻数据保存至GIS数据库模块；综合预警模块将拉力热阻数据根据线缆老化模型将热阻数据R转化为断裂拉力数据Db；综合预警模块将GIS数据库模块的数据进行整合，即当(Lng3，Lat3，D，Db)与(Lng2，Lat2，F，T)和(Lng1，Lat1，H)的经纬度相同时，合并为(Lng4，Lat4，D，Db，F，T，H)，并保存成预警数据，Lng4等于当Lng3＝Lng2＝Lng1时的Lng3，Lat4等于当Lat3＝Lat2＝Lat1时的Lat3；
综合预警模块根据预警数据计算风险率V＝(D/Db)×(F/Fb)×(H/Hb)；其中Db为断裂拉力数据，Fb为风力阈值，Hb为海拔阈值；综合预警模块再生成风险数据，风险数据格式为(Lng4，Lat4，V，T)。
显示屏幕的背景为地图背景，综合预警模块将风险数据以显示在显示屏幕的地图背景上，其中显示根据Lng4、Lat4确定显示的坐标，根据V显示不同浓度的颜色，V值越大颜色越深，根据T作为时间变化的时间轴，动态显示。
线缆老化模型的建立过程为：
1)将与实际输电线缆相同型号的线缆剪成1000段，每段的长度为50-100cm，作为待测样品；
2)将待测样品分别在不同的酸碱度溶液、冷热变化的条件下进行老化；
3)将老化后的待测样品进行热阻测试，得到热阻值，之后进行拉力测定，获得其断裂拉力；
4)根据步骤3)得到的数据建立热阻-断裂拉力曲线；
5)对步骤4)的曲线进行线性回归得到线缆老化模型。
在显示屏幕上显示风险数据时，每一个基站的位置显示一个圆圈，圆圈颜色根据V显示不同浓度的颜色，V值越大颜色越深。圆圈的直径根据对应基站的输电功率确定，功率越大圆圈的直径越大，从而直观的将基站的风险和影响范围进行显示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于线缆传感器的GIS电网精细预警系统，包括GIS服务器、GIS数据库模块、气象预警模块、基站控制模块、综合预警模块、多个基站模块以及多个线缆传感器模块；GIS数据库模块、气象预警模块、基站控制模块、综合预警模块分别与GIS服务器数据连接；GIS服务器收集气象预警模块和基站控制模块的数据，并存储在GIS数据库模块中；综合预警模块将GIS数据库模块中的数据进行综合处理后显示在其显示屏幕上；
所述GIS数据库模块中储存有包含海拔信息的地图数据，其数据格式为(Lng1，Lat1，H)，其中Lng1为经度，Lat1为纬度，H为海拔；
所述气象预警模块为风力预警模块，从气象数据中心获取未来24-72小时的风力预警数据；所述风力预警数据为包含经纬度信息的风力数据，数据格式为(Lng2，Lat2，F，T)；其中Lng2为经度，Lat2为纬度，F为风力，T为时刻；
所述基站控制模块连接多个基站模块，基站模块设置在输电线缆的转接或变压器设备上；基站模块连接线缆传感器模块，线缆传感器设置在输电线缆上，线缆传感器模块收集线缆的拉力热阻数据，数据格式为(Lng3，Lat3，D，R)，其中Lng3为线缆传感器模块所在的经度，Lat3为线缆传感器模块所在的纬度，D为拉力，R为热阻；
其特征在于：
所述GIS服务器通过基站控制模块收集各个线缆传感器的数据，并将其存储在GIS数据库模块中；GIS数据库模块中存储有线缆老化模型，所述线缆老化模型由预先测试的与实际输电线缆相同型号线缆的老化数据，测定不同热阻下对应的断裂拉力；并以此建立热阻和断裂拉力的函数模型；
GIS服务器将收集的风力数据和拉力热阻数据保存至GIS数据库模块；综合预警模块将拉力热阻数据根据线缆老化模型将热阻数据R转化为断裂拉力数据Db；综合预警模块将GIS数据库模块的数据进行整合，即当(Lng3，Lat3，D，Db)与(Lng2，Lat2，F，T)和(Lng1，Lat1，H)的经纬度相同时，合并为(Lng4，Lat4，D，Db，F，T，H)，并保存成预警数据，Lng4等于当Lng3＝Lng2＝Lng1时的Lng3，Lat4等于当Lat3＝Lat2＝Lat1时的Lat3；
综合预警模块根据预警数据计算风险率V＝(D/Db)×(F/Fb)×(H/Hb)；其中Db为断裂拉力数据，Fb为风力阈值，Hb为海拔阈值；综合预警模块再生成风险数据，风险数据格式为(Lng4，Lat4，V，T)。
2.根据权利要求1所述的基于线缆传感器的GIS电网精细预警系统，其特征在于：显示屏幕的背景为地图背景，综合预警模块将风险数据以显示在显示屏幕的地图背景上，其中显示根据Lng4、Lat4确定显示的坐标，根据V显示不同浓度的颜色，V值越大颜色越深，根据T作为时间变化的时间轴，动态显示。
3.根据权利要求2所述的基于线缆传感器的GIS电网精细预警系统，其特征在于：在显示屏幕上显示风险数据时，每一个基站的位置显示一个圆圈，圆圈颜色根据V显示不同浓度的颜色，V值越大颜色越深。圆圈的直径根据对应基站的输电功率确定，功率越大圆圈的直径越大，从而直观的将基站的风险和影响范围进行显示。
4.根据权利要求1所述的基于线缆传感器的GIS电网精细预警系统，其特征在于：所述线缆传感器包括传感器控制模块(1)、紧线模块、松线模块；传感器控制模块内含控制器芯片、无线收发器和继电器开关，所述无线收发器用于与基站模块实现通信，继电器开关有三档，第一档接通紧线，第二档空档，第三档接通松线；紧线模块包括充电电池(2)，电池内自带开关；紧线模块包括两个相对的传感器组(3)，传感器组(3)测量电流、压降、温度，传感器组(3)之间连接紧线(4)，紧线(4)的规格与实际输电线缆(7)相同；松线模块包括检测传感器(5)，用于检测松线接通状态，检测传感器(5)之间连接松线(6)，松线(6)的长度比紧线(4)长；实际使用时，传感器控制模块(1)两端连接实际输电线缆(7)，同时传感器控制模块与紧线模块和松线模块固定连接，使紧线(4)上的拉力与输电线缆相同，松线(6)上拉力与输电线缆无关。
5.根据权利要求1所述的基于线缆传感器的GIS电网精细预警系统，其特征在于：所述紧线模块并联充电电池，充电电池在紧线模块接通时进行充电，充电电池在松线模块接通时为紧线模块的传感器组提供电源。
6.根据权利要求1所述的基于线缆传感器的GIS电网精细预警系统，其特征在于：线缆老化模型的建立过程为：
1)将与实际输电线缆相同型号的线缆剪成1000段，每段的长度为50-100cm，作为待测样品；
2)将待测样品分别在不同的酸碱度溶液、冷热变化的条件下进行老化；
3)将老化后的待测样品进行热阻测试，得到热阻值，之后进行拉力测定，获得其断裂拉力；
4)根据步骤3)得到的数据建立热阻-断裂拉力曲线；
5)对步骤4)的曲线进行线性回归得到线缆老化模型。
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