CN115112182A - 一种输电线路状态监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输电线路状态监测系统及方法，包括：铁塔检测模块、输电线路检测模块、数据获取模块、数据清洗模块、状态评价模块、数据传输模块及供电模块，所述铁塔检测模块设置在输电线路铁塔上，所述输电线路检测模块设置在输电线路上，所述铁塔检测模块及输电线路检测模块连接所述数据获取模块，所述数据获取模块连接所述数据清洗模块，所述数据清洗模块连接所述状态评价模块，所述状态评价模块通过所述数据传输模块连接后台监控上位机。本发明提供的输电线路状态监测系统及方法，便于实现，能够对输电线路及输电线路铁塔的数据采集及状态监测，提高了输电安全性。

Description

一种输电线路状态监测系统及方法

技术领域

本发明涉及输电线路监测技术领域，特别是涉及一种输电线路状态监测系统及方法。

背景技术

输电线路处在复杂多变的环境之中，其设备的可靠性直接影响电力系统的安全运行。因此，需要对输电线路进行监测保障电力系统的正常运行。现有的输电线路监测往往采用人工监测或者传感器方式，采用人工监测费时费力，容易受天气影响，严重时可能会造成安全事故，由于现有的许多输电线路搭设在山区等通信较差的地方，采用传感器监测方式存在信息传输困难等问题，而且在根据传输回的传感器信息对输电线路进行状态评价时，主要依靠人为主观判定，存在不确定性，容易产生误判，另外，传感器在进行数据采集时可能会采集到误差较大的数据，可能会影响到判定结果。因此，设计一种输电线路状态监测系统及方法是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种输电线路状态监测系统及方法，便于实现，能够对输电线路及输电线路铁塔的数据采集及状态监测，提高了输电安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种输电线路状态监测系统，包括：铁塔检测模块、输电线路检测模块、数据获取模块、数据清洗模块、状态评价模块、数据传输模块及供电模块，所述铁塔检测模块设置在输电线路铁塔上，所述输电线路检测模块设置在输电线路上，所述铁塔检测模块及输电线路检测模块连接所述数据获取模块，所述数据获取模块连接所述数据清洗模块，所述数据清洗模块连接所述状态评价模块，所述状态评价模块通过所述数据传输模块连接后台监控上位机；

所述铁塔检测模块用于采集铁塔状态数据，包括超声波传感器、预紧力传感器、铁塔倾角传感器、铁塔振动传感器、沉降传感器及铁塔温湿度传感器，所述超声波传感器及预紧力传感器设置在所述输电线路铁塔的螺栓上，所述铁塔倾角传感器及铁塔振动传感器设置在所述输电线路铁塔的顶部角钢上，所述沉降传感器设置在所述输电线路铁塔的底部水泥地基上，所述铁塔温湿度传感器设置在所述输电线路铁塔的顶部角钢及导电连接部位上，所述超声波传感器、预紧力传感器、铁塔倾角传感器、铁塔振动传感器、沉降传感器及铁塔温湿度传感器电性连接所述数据获取模块；

所述输电线路检测模块用于采集输电线路状态数据，包括覆冰传感器、输电线路震动传感器、输电线路温度传感器、风偏传感器及输电线路倾角传感器，所述覆冰传感器、输电线路震动传感器、输电线路温度传感器、风偏传感器及输电线路倾角传感器电性连接所述数据获取模块；

所述数据获取模块用于获取铁塔状态数据及输电线路状态数据，并将其发送至数据清洗模块；

所述数据清洗模块用于对铁塔状态数据及输电线路状态数据进行数据清洗，并将清洗后的数据发送至状态评价模块；

所述状态评价模块根据清洗后的数据对输电线路的状态进行评估，并将评估结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机；

所述供电模块用于给各个模块进行供电。

可选的，所述数据传输模块为北斗通信模块及4G通信模块，所述状态评价模块通过北斗通信模块及4G通信模块通信连接所述后台监控上位机。

可选的，所述供电模块包括太阳能电池板、蓄电池、电能转换存储模块，所述数电线路铁塔上设置所述太阳能电池板，所述太阳能电池板通过电能转换存储模块连接所述蓄电池，用于给所述蓄电池进行充电，所述蓄电池用于给各个模块供电。

本发明还提供了一种输电线路状态监测方法，应用于上述的输电线路状态监测系统，包括如下步骤：

步骤1：数据获取模块获取铁塔检测模块及输电线路检测模块实时采集的铁塔状态数据及输电线路状态数据，并将其发送至数据清洗模块；

步骤2：数据清洗模块对铁塔状态数据及输电线路状态数据进行数据清洗，得到有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据，并将其发送至状态评价模块；

步骤3：状态评价模块根据有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据做出评价，并将评价结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机。

可选的，步骤2中，数据清洗模块对铁塔状态数据及输电线路状态数据进行数据清洗，得到有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据，并将其发送至状态评价模块，具体包括如下步骤：

S1：数据清洗模块获取铁塔状态数据及输电线路状态数据，其中，铁塔状态数据及输电线路状态数据根据不同的传感器类型划分为不同的参数样本，计算每个参数样本的第一算数平均值，并找出每个参数样本的最大值，使用第一算数平均值替代最大值，得到第一次更新后的参数样本；

S2：计算第一次更新后的参数样本的第二算数平均值，并找出参数样本的最大值，使用第二算数平均值代替第一次更新后的参数样本的最大值，得到第二次更新后的参数样本；

S3：计算出第二次更新后的参数样本的第三算数平均值，计算第二次更新后的参数样本的方差，若方差大于预设阈值，则迭代转到S1步骤，直至方差小于预设阈值，则完成数据清洗，得到有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据。

可选的，步骤3中，状态评价模块根据有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据做出评价，并将评价结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机，具体为：

状态评价模块获取历史铁塔数据、历史输电线路状态数据及历史故障数据，将所述历史铁塔数据、历史输电线路状态数据及历史故障数据进行融合，得到故障特征树，根据故障特征树生成状态评估关联约束知识库，根据状态评估关联约束知识库构建状态评估模型，将有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据输入状态评估模型中，状态评估模型根据有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据做出评价，判断是否发生故障，并将评价结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的输电线路状态监测系统及方法，该系统包括铁塔检测模块、输电线路检测模块、数据获取模块、数据清洗模块、状态评价模块、数据传输模块及供电模块，通过铁塔检测模块能够采集铁塔状态数据，通过输电线路检测模块能够采集输电线路状态数据，通过数据清洗模块能够对铁塔状态数据及输电线路状态数据进行数据清洗，能够降低误差，提高评价精度，通过状态评价模块根据清洗后的数据进行状态评价，得到评价结果，通过数据传输模块将评价结果发送至后台监控上位机，工作人员通过评价结果进行相应的措施，保证了输电安全，设置有供电模块能够通过太阳能或者输电线路振动能量进行供电，节能环保；该方法包括数据获取模块获取铁塔检测模块及输电线路检测模块实时采集的铁塔状态数据及输电线路状态数据，并将其发送至数据清洗模块，数据清洗模块对铁塔状态数据及输电线路状态数据进行数据清洗，得到有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据，并将其发送至状态评价模块，状态评价模块根据有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据做出评价，并将评价结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例输电线路状态监测系统结构示意图；

图2为本发明实施例输电线路状态监测方法流程示意图。

附图标记：1、铁塔检测模块；2、输电线路检测模块；3、数据获取模块；4、数据清洗模块；5、状态评价模块；6、数据传输模块；7、后台监控上位机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种输电线路状态监测系统及方法，便于实现，能够对输电线路及输电线路铁塔的数据采集及状态监测，提高了输电安全性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供的输电线路状态监测系统，包括：铁塔检测模块1、输电线路检测模块2、数据获取模块3、数据清洗模块4、状态评价模块5、数据传输模块6及供电模块，所述铁塔检测模块1设置在输电线路铁塔上，所述输电线路检测模块2设置在输电线路上，所述铁塔检测模块1及输电线路检测模块2连接所述数据获取模块3，所述数据获取模块3连接所述数据清洗模块4，所述数据清洗模块4连接所述状态评价模块5，所述状态评价模块5通过所述数据传输模块6连接后台监控上位机7；

所述铁塔检测模块1用于采集铁塔状态数据，包括超声波传感器、预紧力传感器、铁塔倾角传感器、铁塔振动传感器、沉降传感器及铁塔温湿度传感器，所述超声波传感器及预紧力传感器设置在所述输电线路铁塔的螺栓上，所述铁塔倾角传感器及铁塔振动传感器设置在所述输电线路铁塔的顶部角钢上，所述沉降传感器设置在所述输电线路铁塔的底部水泥地基上，所述铁塔温湿度传感器设置在所述输电线路铁塔的顶部角钢及导电连接部位上，所述超声波传感器、预紧力传感器、铁塔倾角传感器、铁塔振动传感器、沉降传感器及铁塔温湿度传感器电性连接所述数据获取模块，通过超声波传感器、预紧力传感器、铁塔倾角传感器、铁塔振动传感器、沉降传感器及铁塔温湿度传感器实时获取输电线路铁塔的倾角、振动、应力应变、预紧力及温湿度；

所述输电线路检测模块2用于采集输电线路状态数据，包括覆冰传感器、输电线路震动传感器、输电线路温度传感器、风偏传感器及输电线路倾角传感器，所述覆冰传感器、输电线路震动传感器、输电线路温度传感器、风偏传感器及输电线路倾角传感器电性连接所述数据获取模块；

所述数据获取模块3用于获取铁塔状态数据及输电线路状态数据，并将其发送至数据清洗模块；

所述数据清洗模块4用于对铁塔状态数据及输电线路状态数据进行数据清洗，并将清洗后的数据发送至状态评价模块；

所述状态评价模块5根据清洗后的数据对输电线路的状态进行评估，并将评估结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机7；

所述供电模块用于给各个模块进行供电。

所述数据传输模块6为北斗通信模块及4G通信模块，所述状态评价模块通过北斗通信模块及4G通信模块通信连接所述后台监控上位机7；

其中，北斗通信模块及4G通信模块均采用现有技术的模块即可。

所述数据获取模块3、数据清洗模块4及状态评价模块5均可通过控制器结合现有技术的编程算法实现，能够实现本发明记载的功能即可。

所述供电模块包括太阳能电池板、蓄电池、电能转换存储模块，所述数电线路铁塔上设置所述太阳能电池板，所述太阳能电池板通过电能转换存储模块连接所述蓄电池，用于给所述蓄电池进行充电，所述蓄电池用于给各个模块供电；

供电模块也可采用将输电线路振动的动能转换为电能的方式，采用现有技术能够实现该功能的装置即可，例如采用由永磁体、弹簧、感应线圈等组成的振动能量收集装置实现，输电线路带动永磁体在感应线圈处移动，产生电流。

如图2所示，本发明还提供了一种输电线路状态监测方法，应用于上述的输电线路状态监测系统，包括如下步骤：

步骤1：数据获取模块获取铁塔检测模块及输电线路检测模块实时采集的铁塔状态数据及输电线路状态数据，并将其发送至数据清洗模块；

步骤2：数据清洗模块对铁塔状态数据及输电线路状态数据进行数据清洗，得到有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据，并将其发送至状态评价模块；

步骤3：状态评价模块根据有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据做出评价，并将评价结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机。

步骤2中，数据清洗模块对铁塔状态数据及输电线路状态数据进行数据清洗，得到有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据，并将其发送至状态评价模块，具体包括如下步骤：

本发明采用均值迭代法进行数据清洗，不需要预估测量参数样本的概率分布，对数据样本点的个数也没有限制，能有效地处理稳态数据，提高数据的真实性，均值迭代法采用平均值迭代更新测量数据中的最大和最小值，从而使异常值在每一次的迭代过程中对整个稳态数据的影响降低，直到收敛于某一精度，只要迭代次数足够，就可以将数据中的异常值“剔出”。

S1：数据清洗模块获取铁塔状态数据及输电线路状态数据，其中，铁塔状态数据及输电线路状态数据根据不同的传感器类型划分为不同的参数样本，以铁塔状态数据为例，其中，通过超声波传感器、预紧力传感器、铁塔倾角传感器、铁塔振动传感器、沉降传感器及铁塔温湿度传感器实时获取输电线路铁塔的倾角、振动、应力应变、预紧力及温湿度，故铁塔状态数据包括倾角数据、振动数据、应力应变数据、预紧力数据及温湿度数据，将其划分为倾角参数样本、振动参数样本、应力应变参数样本、预紧力参数样本及温湿度参数样本，对不同的参数样本分别进行数据清洗，为：

计算每个参数样本的第一算数平均值，并找出每个参数样本的最大值，使用第一算数平均值替代最大值，得到第一次更新后的参数样本；

S2：计算第一次更新后的参数样本的第二算数平均值，并找出参数样本的最大值，使用第二算数平均值代替第一次更新后的参数样本的最大值，得到第二次更新后的参数样本；

S3：计算出第二次更新后的参数样本的第三算数平均值，计算第二次更新后的参数样本的方差，若方差大于预设阈值，则迭代转到S1步骤，直至方差小于预设阈值，则完成数据清洗，得到有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据。

步骤3中，状态评价模块根据有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据做出评价，并将评价结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机，具体为：

状态评价模块获取历史铁塔数据、历史输电线路状态数据及历史故障数据，将所述历史铁塔数据、历史输电线路状态数据及历史故障数据进行融合，得到故障特征树，根据故障特征树生成状态评估关联约束知识库，根据状态评估关联约束知识库构建状态评估模型，将有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据输入状态评估模型中，状态评估模型根据有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据做出评价，判断是否发生故障，并将评价结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机；

若发生故障，则状态评估模型采集故障数据，更新状态评估模型，便于后续的监测。

本发明提供的输电线路状态监测系统及方法，该系统包括铁塔检测模块、输电线路检测模块、数据获取模块、数据清洗模块、状态评价模块、数据传输模块及供电模块，通过铁塔检测模块能够采集铁塔状态数据，通过输电线路检测模块能够采集输电线路状态数据，通过数据清洗模块能够对铁塔状态数据及输电线路状态数据进行数据清洗，能够降低误差，提高评价精度，通过状态评价模块根据清洗后的数据进行状态评价，得到评价结果，通过数据传输模块将评价结果发送至后台监控上位机，工作人员通过评价结果进行相应的措施，保证了输电安全，设置有供电模块能够通过太阳能或者输电线路振动能量进行供电，节能环保；该方法包括数据获取模块获取铁塔检测模块及输电线路检测模块实时采集的铁塔状态数据及输电线路状态数据，并将其发送至数据清洗模块，数据清洗模块对铁塔状态数据及输电线路状态数据进行数据清洗，得到有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据，并将其发送至状态评价模块，状态评价模块根据有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据做出评价，并将评价结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种输电线路状态监测系统，其特征在于，包括：铁塔检测模块、输电线路检测模块、数据获取模块、数据清洗模块、状态评价模块、数据传输模块及供电模块，所述铁塔检测模块设置在输电线路铁塔上，所述输电线路检测模块设置在输电线路上，所述铁塔检测模块及输电线路检测模块连接所述数据获取模块，所述数据获取模块连接所述数据清洗模块，所述数据清洗模块连接所述状态评价模块，所述状态评价模块通过所述数据传输模块连接后台监控上位机；

所述铁塔检测模块用于采集铁塔状态数据，包括超声波传感器、预紧力传感器、铁塔倾角传感器、铁塔振动传感器、沉降传感器及铁塔温湿度传感器，所述超声波传感器及预紧力传感器设置在所述输电线路铁塔的螺栓上，所述铁塔倾角传感器及铁塔振动传感器设置在所述输电线路铁塔的顶部角钢上，所述沉降传感器设置在所述输电线路铁塔的底部水泥地基上，所述铁塔温湿度传感器设置在所述输电线路铁塔的顶部角钢及导电连接部位上，所述超声波传感器、预紧力传感器、铁塔倾角传感器、铁塔振动传感器、沉降传感器及铁塔温湿度传感器电性连接所述数据获取模块；

所述输电线路检测模块用于采集输电线路状态数据，包括覆冰传感器、输电线路震动传感器、输电线路温度传感器、风偏传感器及输电线路倾角传感器，所述覆冰传感器、输电线路震动传感器、输电线路温度传感器、风偏传感器及输电线路倾角传感器电性连接所述数据获取模块；

所述数据获取模块用于获取铁塔状态数据及输电线路状态数据，并将其发送至数据清洗模块；

所述数据清洗模块用于对铁塔状态数据及输电线路状态数据进行数据清洗，并将清洗后的数据发送至状态评价模块；

所述状态评价模块根据清洗后的数据对输电线路的状态进行评估，并将评估结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机；

所述供电模块用于给各个模块进行供电。

2.根据权利要求1所述的输电线路状态监测系统，其特征在于，所述数据传输模块为北斗通信模块及4G通信模块，所述状态评价模块通过北斗通信模块及4G通信模块通信连接所述后台监控上位机。

3.根据权利要求1所述的输电线路状态监测系统，其特征在于，所述供电模块包括太阳能电池板、蓄电池、电能转换存储模块，所述数电线路铁塔上设置所述太阳能电池板，所述太阳能电池板通过电能转换存储模块连接所述蓄电池，用于给所述蓄电池进行充电，所述蓄电池用于给各个模块供电。

4.一种输电线路状态监测方法，应用于权利要求1-3任一所述的输电线路状态监测系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：数据获取模块获取铁塔检测模块及输电线路检测模块实时采集的铁塔状态数据及输电线路状态数据，并将其发送至数据清洗模块；

步骤2：数据清洗模块对铁塔状态数据及输电线路状态数据进行数据清洗，得到有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据，并将其发送至状态评价模块；

步骤3：状态评价模块根据有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据做出评价，并将评价结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机。

5.根据权利要求4所述的输电线路状态监测方法，其特征在于，步骤2中，数据清洗模块对铁塔状态数据及输电线路状态数据进行数据清洗，得到有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据，并将其发送至状态评价模块，具体包括如下步骤：

S1：数据清洗模块获取铁塔状态数据及输电线路状态数据，其中，铁塔状态数据及输电线路状态数据根据不同的传感器类型划分为不同的参数样本，计算每个参数样本的第一算数平均值，并找出每个参数样本的最大值，使用第一算数平均值替代最大值，得到第一次更新后的参数样本；

S2：计算第一次更新后的参数样本的第二算数平均值，并找出参数样本的最大值，使用第二算数平均值代替第一次更新后的参数样本的最大值，得到第二次更新后的参数样本；

S3：计算出第二次更新后的参数样本的第三算数平均值，计算第二次更新后的参数样本的方差，若方差大于预设阈值，则迭代转到S1步骤，直至方差小于预设阈值，则完成数据清洗，得到有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据。

6.根据权利要求5所述的输电线路状态监测方法，其特征在于，步骤3中，状态评价模块根据有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据做出评价，并将评价结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机，具体为：

状态评价模块获取历史铁塔数据、历史输电线路状态数据及历史故障数据，将所述历史铁塔数据、历史输电线路状态数据及历史故障数据进行融合，得到故障特征树，根据故障特征树生成状态评估关联约束知识库，根据状态评估关联约束知识库构建状态评估模型，将有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据输入状态评估模型中，状态评估模型根据有效铁塔状态数据及有效输电线路状态数据做出评价，判断是否发生故障，并将评价结果通过数据传输模块发送至后台监控上位机。

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