CN111711958A - 基于智慧输电线路多业务共用大芯数opgw接续点分布选择方法 - Google Patents

基于智慧输电线路多业务共用大芯数opgw接续点分布选择方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于智慧输电线路监测多业务共用大芯数OPGW接续点分布选择方法，包括：步骤S1：提取输电线路杆塔信息；步骤S2：提取杆塔是否安装监测装置和/或5G基站的信息；步骤S3：以安装监测装置的耐张塔为第一优先级，安装5G基站的耐张塔为第二优先级，未安装监测装置和5G基站的耐张塔为第三优先级，以线路中点为基准，确定第一个OPGW接续点；步骤S4：以是否安装监测装置或5G基站为第一优先级，以耐张塔为第二优先级，以直线塔为第三优先级，从第一个OPGW接续点执行向前搜索和向后搜索，在5km的范围内确定下一OPGW接续点，并依次确定其余OPGW接续点。将接续点选择问题转换为与耐张段的设置的相关性问题，从最底层保证了扩容后的OPGW线路的安全性，并大大降低了改造工程的成本。

Description

基于智慧输电线路多业务共用大芯数OPGW接续点分布选择 方法
技术领域
本发明涉及电力工程、通信工程领域，尤其涉及一种基于智慧输电线路监测多业务共用大芯数OPGW接续点分布选择方法。
背景技术
智慧输电线路是能源互联网主要组成部分，是以坚强输电线路为基础，综合应用监测传感、信息通信、数据融合、人工智能等技术，实现数据管理全景化、运行状态透明化、诊断决策智慧化和设备修复高效化，具有本质坚强、实时感知、全息互联、自主预警、智能处置特征的输电线路。
本质坚强是指设防标准合理，技术措施可靠，运行维护高效，符合标准化线路达标创建要求。
实时感知是指应用高可靠性监测传感技术，以及空天地立体监测、协同巡检等综合手段，实时掌控本体状态、通道环境，为开展自主预警及智能处置提供可靠的数据支撑。
全息互联是基础数据、监测数据和运行数据互联互通，具备开展自主预警以及智慧处置的平台化基础。
自主预警是指借助于人工智能、大数据等技术统筹开展线路状态分析，实现线路对可能导致线路故障、缺陷和隐患的情况的主动判断并根据实际情况作出客观预警。
智能处置是指借助物联网技术开展故障、缺陷及隐患处置智能辅助和作业安全智能防护等工作，实现线路故障、缺陷和隐患的高效合理处置。
在智慧输电线路建设或技术改造中，利用现有输电线路优质杆塔资源搭载监测装置及通信传输设备，就近接入光纤复合架空地线（OPGW），支撑智慧输电线路安全稳定运行，具有稳定可靠、简捷方便等优势，特别对处于高山峻岭甚至是交通不便无人区的输电线路运行状态在线监测、线路走廊环境安全和森林火灾等自然灾害实时视频监控，更是一种投资省、见效快的通信传输解决方案。
光纤复合架空地线 (Optical fiber composite overhead ground wires, 简称OPGW)是用于高压输电系统通信线路的新型结构地线，具有普通架空地线和通信光缆的双重功能。
承载OPGW的高压输电线路的杆塔主要分直线杆塔和耐张杆塔，直线杆塔只承受垂直荷载和风造成水平荷载，而耐张塔除此之外还要承受纵向荷载和角度荷载。断线时，耐张塔要能够承受住断线张力，缩小事故范围。一般终端塔、转角超过3度、承受上拔力时都要使用耐张塔。两基耐张杆塔之间就是一个耐张段，无论中间有多少直线杆塔。即使线路直线段比较长，一般情况下，也要控制至少3-5公里要有一个耐张段。有时连续两基耐张塔，这一段就叫孤立档，哪怕只有几十米，一个孤立档也是一个耐张段。
目前，OPGW接续点位置设计上，通常在可以承受纵向荷载和角度荷载的耐张铁塔作为光纤接续点，在耐张塔上布置安装OPGW接续盒，以方便OPGW接续和熔接作业。直线杆塔由于OPGW开断受力等问题，不作为光纤的接续点而设置接续盒。
OPGW沿着不同电压等级的输电线路不断接续延伸，形成了连续几公里至几百公里、特高压线路甚至几千公里的变电站之间点对点专用电力系统通信光纤传输通道。一旦OPGW所在的输变电工程投入运行，OPGW就同步传输电网输电线路的继电保护、调度自动化和发电厂的安全稳定控制等电网运行实时信息，无法再对OPGW光纤进行开断、转接等运行方式变更。
输电力线路运行状态实时在线监测的传感元件、无线通信设备和安全监控视频装置，通常选择安装在电力线路的制高点或视野开阔的相对海拨高点的铁塔上，以扩大输电线路视频监控有效范围，提高监测效果；中国铁塔的4G/5G通信网络业务面对人口相对稠密的社会公众用户，5G网络基站主要部署在城乡结合部地形地势相对开阔的高处的输电铁塔上。而现有OPGW光纤接续点的设计原则只要求是耐张塔以方便安装接续盒，采用由若干个耐张段累计3-5公里范围内随机选择耐张铁塔的方法，多数无法满足搭挂5G通信基站设备、智慧输电线路状态监测监控设备的对位置的特殊要求，难以通过抽取OPGW接续盒中的光纤，连接组成光纤通信传输网络，无法实现利用OPGW传输新的通信业务的预期目标。
由于OPGW投入运行后，传输着电网安全稳定运行的实时信息，无法再对OPGW光纤进行开断、转接等操作，要求OPGW接续点的位置必需与搭挂新增通信设备在同一基输电铁塔上。
因此，现有输电线路OPGW的接续点位置、光纤接续方式等通用设计方式，已经难以满足输电铁塔挂载通信4G/5G基站的传输光纤接入和输电力线路运行状态在线监测、辅助视频监控等应用特点，无法实现新增业务对OPGW接入的特殊要求，将严重制约大芯数OPGW实际应用效果。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷和不足，并考虑到智慧线路改造的战略意义，本发明提出一种基于智慧输电线路监测多业务共用大芯数OPGW接续点分布选择方法，充分利用现有OPGW耐张段的结构特点，在保证扩充设备和接续线路安全性的前提下，提供了有效节约成本及降低施工量的OPGW接续点布置的方法。
其具体采用以下技术方案：
一种基于智慧输电线路监测多业务共用大芯数OPGW接续点分布选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：提取输电线路杆塔信息，包括：杆塔类型和杆塔距离分布；
步骤S2：提取杆塔是否安装监测装置和/或5G基站的信息；
步骤S3：以安装监测装置的耐张塔为第一优先级，安装5G基站的耐张塔为第二优先级，未安装监测装置和5G基站的耐张塔为第三优先级，以线路中点为基准，确定第一个OPGW接续点；
步骤S4：以是否安装监测装置或5G基站为第一优先级，以耐张塔为第二优先级，以直线塔为第三优先级，从第一个OPGW接续点执行向前搜索和向后搜索，在5km的范围内确定下一OPGW接续点，并依次确定其余OPGW接续点。
优选地，步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S31：查找距离线路中点最近的安装监测装置的耐张塔作为第一个OPGW接续点；如查找结果为空，则执行步骤S32；
步骤S32：查找距离线路中点最近的安装监测装置的耐张塔作为第一个OPGW接续点；如查找结果为空，则执行步骤S33；
步骤S33：选取距离线路中点最近的耐张塔作为第一个OPGW接续点；
优选地，步骤S4具体包括以下步骤：
步骤S41：执行向前搜索或向后搜索，查找5km的范围内的安装有监测装置或5G基站的杆塔作为下一个或多个OPGW接续点；如查找结果为空，则执行步骤S42；
步骤S42：查找5km的范围内的全部耐张塔，并将其中最远的作为下一个OPGW接续点；如查找结果为空，则执行步骤S43；
步骤S43：查找5km的范围内的全部直线塔，并将其中最远的作为下一个OPGW接续点；
步骤S44：下一个OPGW接续点选取完毕后，回到步骤S41，以当前OPGW接续点作为第一个OPGW接续点，继续执行下一次相同的向前搜索或向后搜索。
优选地，步骤S1中，所述杆塔距离分布通过杆塔地理信息坐标生成的位置矩阵计算：将经纬度转化为选定系统坐标系下的横轴与纵轴，对杆塔间距离进行计算获得。
优选地，在步骤S42-步骤S43中，查找范围为3km-5km。
优选地，当两个安装有监测装置或5G基站的杆塔之间距离≤3km时，两基杆塔都选择作为接续点；当前OPGW接续点与变电站门型架引下终端盒之间OPGW长度≤3km时，按实际长度配盘。
优选地，步骤S1-步骤S4通过MATLAB编程实现。
本发明及其优选方案解决了在实现多业务融合大芯数OPGW接续点布置选点的过程中，监测装置和5G基站安装位置与接续点要求和安全设计要求无相关性的问题，其一方面将接续点选择问题转换为与耐张段的设置的相关性问题，利用了现有线路的稳定性基础，从最底层保证了扩容后的OPGW线路的安全性；另一方面，在保证安全性的前提下，最大限度减少了接续点的设置，并与监测装置或5G基站的安装位置能够尽可能重合，从而大大降低了改造工程的工作量和物料成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1为本发明实施例总体流程示意图；
图2为本发明实施例MATLAB实现程序算法示意图1；
图3为本发明实施例MATLAB实现程序算法示意图2；
图4为本发明实施例输电线路简化示意图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
如图1所示，本实施例的设计方案包括以下步骤：
步骤S1：提取输电线路杆塔信息，包括：杆塔类型和杆塔距离分布；其中，杆塔距离分布一般可以通过杆塔地理信息坐标生成的位置矩阵计算获得，如果已有数据库中已经保存了现网杆塔的距离分布信息，也可以直接提取相应信息；
步骤S2：提取杆塔是否安装监测装置和/或5G基站的信息；
步骤S3：以安装监测装置的耐张塔为第一优先级，安装5G基站的耐张塔为第二优先级，未安装监测装置和5G基站的耐张塔为第三优先级，以线路中点为基准，确定第一个OPGW接续点；这样选点的目的在于，以第一个OPGW接续点为基准，建立接续点与耐张段之间的关联性；
步骤S4：以是否安装监测装置或5G基站为第一优先级，以耐张塔为第二优先级，以直线塔为第三优先级，从第一个OPGW接续点执行向前搜索和向后搜索，在5km的范围内确定下一OPGW接续点，并依次确定其余OPGW接续点。
步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S31：查找距离线路中点最近的安装监测装置的耐张塔作为第一个OPGW接续点；如查找结果为空，则执行步骤S32；
步骤S32：查找距离线路中点最近的安装监测装置的耐张塔作为第一个OPGW接续点；如查找结果为空，则执行步骤S33；
步骤S33：选取距离线路中点最近的耐张塔作为第一个OPGW接续点；
步骤S4具体包括以下步骤：
步骤S41：执行向前搜索或向后搜索，查找5km的范围内的安装有监测装置或5G基站的杆塔作为下一个或多个OPGW接续点；如查找结果为空，则执行步骤S42；
步骤S42：查找5km的范围内的全部耐张塔，并将其中最远的作为下一个OPGW接续点；如查找结果为空，则执行步骤S43；
步骤S43：查找5km的范围内的全部直线塔，并将其中最远的作为下一个OPGW接续点；
步骤S44：下一个OPGW接续点选取完毕后，回到步骤S41，以当前OPGW接续点作为第一个OPGW接续点，继续执行下一次相同的向前搜索或向后搜索。
在上述步骤当中，如果选取的是直线塔，则需要将其改造为耐张塔，才能满足接续的要求，这样相当于进一步增强和补齐了输电线路的耐张段的补全设计，使其的整体稳定性得到进一步提升。
本实施例为了满足智慧线路监测及信息传输设备和4G/5G通信基站设备等新业务接入大芯数OPGW的需求，首先将线路监测装置和4G/5G通信基站设备搭载电力路杆塔的计划方案，融合绘制在设计的输电线路地理信息位置图中，形成多业务设备搭载电力杆塔位置（编号）综合分布图。
根据多业务设备搭载电力杆塔分布图，按照长度3-5km的OPGW分盘原则，优先选择搭载新业务设备的杆塔作为OPGW接续点。当出现两基搭载设备的杆塔之间距离≤3km的小概率情况时，可结合实际需求和经济效益综合比较分析，选择两基杆塔都作为接续点，或通过敷设短距离光缆进行接入；当搭载新业务设备杆塔与变电站门型架引下终端盒之间OPGW长度≤3km时，按实际长度配盘。
依次选择搭载设备的杆塔作为OPGW接续点后，当5km距离内电力杆塔上均无新业务设备搭载时，按3-5km区间距离，选择耐张塔作为OPGW接续点，配置安装光纤接续盒。
当搭载新业务设备的铁塔是直线杆塔，并选择作为OPGW接续点时，可在不影响电力杆塔受力的情况下，通过技术改造，部署安装光纤接续盒。
改造后的输电网络如图4所示。
基于本实施例的上述设计，以下提出了具体的设计原则：
（1）5g通信基站设备和电力线路监测设备上必须挂载接续点。
（2）OPGW两个接线点距离在3~5公里之间,且优先选择耐张塔作为接续点。
（3）5g通信基站设备和电力线路监测设备位置已经给定。
其中，步骤S1中，杆塔距离分布通过杆塔地理信息坐标生成的位置矩阵计算：将经纬度转化为选定系统坐标系下的横轴与纵轴，对杆塔间距离进行计算获得。
关于步骤S3当中的第一个OPGW接续点的选择，也可以通过将所得的各个铁塔之间的距离求和，以中点开始按照距离和三个优先级进行检索来获得。
由于考虑到每个电力线路监测设备和5G通信基站设备都必须通过OPGW接线盒抽取光纤进行通信，所以要把每一个搭载线路监测设备或5g通信基站设备的铁塔都统一定为OPGW接续点，再从已选择的接续原点前后寻找满足条件的铁塔。
选择的原则包括：如果5公里内有搭载设备的铁塔就优先择为接续点，布置安装OPGW接线盒；如果5公里内没有满足条件的搭载设备的铁塔作为接续点，那就优先选择3~5公里内的耐张塔作为接续点，如果没有耐张塔，就选择离上一个接续点最远的直线塔（<5km）作为接续点。
在两种情况下，OPGW配盘长度可少于3公里：当进入两侧变电站的最后一段OPGW长度不足3公里时、当两基搭载设备铁塔之间距离不足3公里时，都选择作为OPGW接续点，并可根据实际长度进行OPGW配盘设计。
如图2、图3所示，本实施例设计方案通过MATLAB软件编程实现运算，图中展示的是步骤S4的相关计算程序：
设计思路是先定义一个起始点，计算相邻铁塔之间的距离，然后从起始点开始逐个检索，优先级最高的铁塔是搭载5G通信基站设备或电力线路监测设备的铁塔，第一种条件是当这种铁塔出现并且其与上一个接续点距离小于5公里时，自动选择该铁塔作为接续点；
当不满足条件一，出于节省成本的考虑，程序将自动检索满足第二种条件的距离上一个接线点3至5公里内的耐张塔作为接线点；
如果条件一和条件二都不满足，那么接线盒只能安装在直线塔上，我们选择直线塔的标准是直线塔与上一个接线塔的距离越接近5公里越好以节省成本。
与此同时，对于一些特殊情况，比如说该塔是一个三公里内的直线塔，不符合接续点的选取标准，则直接检索下一座铁塔。
最后，将检索出的铁塔编号排序即可得到最终的结果，形成输电线路OPGW接续点的分布图。
某新建输变电工程，建设220KV变电站一座，位于城乡结合部，输电线路总长度36公里，线路走廊多数处于山区峻岭及林区，共有铁塔96基，其中直线杆塔62基，耐张塔34基。
根据新建智慧输电线路运行状态在线监测和环境安全综合监控要求，需要在4基铁塔（其中1基为直线塔）上搭载监测装置及其通信传输设备，通过OPGW经变电站通信网络，将实时在线监测监控信息上传到输变电设备状态临测诊断中心（OMDS）。
根据中国铁塔公司5G通信基站布点规划，拟在新建成的变电站附近2基耐张铁塔上，需要保留搭OPGW接续盒，在挂5G通信基站设备及天线系统后，经OPGW传输到变电站，通过的电信运营商光纤传输网络，接入运营商的5G通信网络。
基于本实施例方案，优先选定6基搭载输电线路状态监测装置和5G基站等新业务设备的铁塔作为OPGW接续点，其中1基直线塔经改造后作为光纤接续点。其他按照每隔3-5公里一个OPGW接续点的原则，选择无搭载设备的普通耐张塔作为接续点，接续方法及接续盒配置与现有技术相同，不再赘述。
全程约39公里的OPGW分成11盘生产、运输，订货盘长见下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
本工程采用72芯的大芯数OPGW，根据智慧输电线路监测方案，选择线路中心附近相对高点安装视频安全监控装置及通信传设备的57#耐张塔作为OPGW接续点，配置直熔式和插拨式OPGW接续盒各一个。安装60芯直熔式固定接续盒，将60芯光纤分段接续，形长距离成点对点OPGW通道，保持作为电力专用通信系统的光纤传输通道；安装12芯插拨式接续盒，通过插拨光纤作为智慧输电线路监测等新增业务的区间光纤通信传输通道，实现了多业务融合使用大芯数OPGW，经济和社会效益显著。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的基于智慧输电线路监测多业务共用大芯数OPGW接续点分布选择方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种基于智慧输电线路监测多业务共用大芯数OPGW接续点分布选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：提取输电线路杆塔信息，包括：杆塔类型和杆塔距离分布；
步骤S2：提取杆塔是否安装监测装置和/或5G基站的信息；
步骤S3：以安装监测装置的耐张塔为第一优先级，安装5G基站的耐张塔为第二优先级，未安装监测装置和5G基站的耐张塔为第三优先级，以线路中点为基准，确定第一个OPGW接续点；
步骤S4：以是否安装监测装置或5G基站为第一优先级，以耐张塔为第二优先级，以直线塔为第三优先级，从第一个OPGW接续点执行向前搜索和向后搜索，在5km的范围内确定下一OPGW接续点，并依次确定其余OPGW接续点。
2.根据权利要求1所述的基于智慧输电线路监测多业务共用大芯数OPGW接续点分布选择方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S31：查找距离线路中点最近的安装监测装置的耐张塔作为第一个OPGW接续点；如查找结果为空，则执行步骤S32；
步骤S32：查找距离线路中点最近的安装监测装置的耐张塔作为第一个OPGW接续点；如查找结果为空，则执行步骤S33；
步骤S33：选取距离线路中点最近的耐张塔作为第一个OPGW接续点；
根据权利要求2所述的基于智慧输电线路监测多业务共用大芯数OPGW接续点分布选择方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：
步骤S41：执行向前搜索或向后搜索，查找5km的范围内的安装有监测装置或5G基站的杆塔作为下一个或多个OPGW接续点；如查找结果为空，则执行步骤S42；
步骤S42：查找5km的范围内的全部耐张塔，并将其中最远的作为下一个OPGW接续点；如查找结果为空，则执行步骤S43；
步骤S43：查找5km的范围内的全部直线塔，并将其中最远的作为下一个OPGW接续点；
步骤S44：下一个OPGW接续点选取完毕后，回到步骤S41，以当前OPGW接续点作为第一个OPGW接续点，继续执行下一次相同的向前搜索或向后搜索。
3.根据权利要求1所述的基于智慧输电线路监测多业务共用大芯数OPGW接续点分布选择方法，其特征在于：步骤S1中，所述杆塔距离分布通过杆塔地理信息坐标生成的位置矩阵计算：将经纬度转化为选定系统坐标系下的横轴与纵轴，对杆塔间距离进行计算获得。
4.根据权利要求3所述的基于智慧输电线路监测多业务共用大芯数OPGW接续点分布选择方法，其特征在于：在步骤S42-步骤S43中，查找范围为3km-5km。
5.根据权利要求5所述的多业务共用大芯数OPGW的接续点分布方法，其特征在于：当两个安装有监测装置或5G基站的杆塔之间距离≤3km时，两基杆塔都选择作为接续点；当前OPGW接续点与变电站门型架引下终端盒之间OPGW长度≤3km时，按实际长度配盘。
6.根据权利要求1-7其中任一所述的基于智慧输电线路监测多业务共用大芯数OPGW接续点分布选择方法，其特征在于：步骤S1-步骤S4通过MATLAB编程实现。
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