输电线路风害预警系统方案大学论文Word文件下载.docx
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3.2系统结构功能设计10
3.2.1系统整体构架10
3.2.2风害预报警和实时报警12
3.3前端监测系统16
3.4通信系统20
3.5后台管理系统21
3.6数据库系统24
3.7系统防护设计............................................................................................25
4施工方案26
4.1施工人员图26
4.2工程执行流程图26
5培训计划26
6售后服务27
7参考文献27
1产品背景
1.1输电线路风害预警系统需求
近年来，受大气候、微地形和微气象条件的影响，我国多次发生输电线路因风致振动而导致倒塔、断线等事故，造成了巨大的经济损失。
倒塔、断线等事故一般滞后恶劣天气一段时间发生，实时监控输电线路的状况，及时采取措施，这样可以降低恶劣天气对输电线路造成的危害[1,9,10]。
因此，建立输电线路在线监测智能预警机制，对线路的安全稳定运行有重要意义。
新疆地处亚洲腹地，大陆性气候明显、干燥少雨、夏季酷热、冬季严寒、风力强劲、大风频繁[2]。
新疆大风区北起乌鲁木齐后沟，东南至吐鲁番县头道河，呈西北东南走向。
当冷空气来临时，北疆准噶尔盆地气压高于南疆，达坂城谷地盛行西北风，而当南疆气压高于北疆时，又常刮东南风，主导风向为西北偏西和东南偏南风。
输电线路由于大风引起的绝缘子脱落、金具磨损、导线疲劳断线、风偏闪络等故障时有发生[3,6,7]。
根据2011~2013年数据统计,新疆电网110千伏及以上输电线路共发生风害跳闸事故20次，严重影响了电网的安全稳定运行。
随着风速的加大和累积风害（累积风害既是累积输电线路历史上每次遭受的损害）的损害程度加深，将对输电线路的安全影响加大，一旦输电线路发生风偏闪络等事故将照成大面积停电，严重影响供电的可靠性，而且还会带来大量的经济损失。
1.2技术优势
我公司根据国家智能电网发展的需求，结合新疆实际大风情况，自行研发了输电线路防风害智能监测系统。
输电线路防风害智能检测系统是针对风灾地区风害对输电线路损害预报预警的高科技产品（后期可根据用户需求进行升级，扩展防山火、防外破等综合预警功能）。
该套产品集成了最新的传感器技术、高效的人工智能技术[4]（如数据挖掘技术、分布式管理技术等）、信号分析/处理技术等，实现了在风灾地区对输电线路的实时监控和实时监控信息反馈。
同时该套产品还使用了高精度的智能算法，找出风害预防对策，以提高维护效率，降低维护成本。
而对于大风数据的获得：
系统利用常规气象台站观测资料、自动站观测资料，开展新疆电网大风分布和时间演变规律研究，对给定输电线路的大风等级进行区划研究，从区域尺度上确定线路不同等级的风区；
利用高分辨率数值预报产品（15km左右），建立高分辨率风场与有限观测站点大风的关系模型，研究复杂地形下地形对风场的影响，从而利用有限站点的预报结果拟合或估算高分辨率（15km）风场分布，获得大风、强风区域的大风预报预警数据；
在可能的情况下，在地形地貌非常复杂的强风区域，利用WRF数值预报模型，通过四维变分同化技术，开展高分辨率数值预报，实现高分辨率数值预报产品输出，直接得到高分辨率（1-2km）风场预报预警数据。
1.3关键技术分析
1）电网大风高分辨率预报预警数据采集技术：
新疆地广人稀，地形地貌复杂，在气象台站观测站点非常有限的情况下，大风预报预警非常困难。
为了获得高分辨率的大风预报预警数据，本系统主要工作如下：
a）输电线路大风区划：
采用新疆自治区所有常规气象台站1980-2014年观测数据，包括日平均风速、最大风速和最大风速风向；
采用新疆自治区加密自动站观测资料，包括逐小时平均风速、最大风速和最大风速风向；
建立新疆电网输电线路风速风向数据库；
统计每个站点（包括自动站）的年最大风速，采用极值I型分布作为概率模型：
平均重现期为T的最大风速可按下式确定：
利用得到的10、20、30和50年重现期风速极值，开展输电线路风速极值的区划研究，规划输电线路不同等级风速的分布，从而为电网安全运行与预报预警提供基础支撑。
b）15km分辨率大风预报预警：
2014年5月，中国气象局下发了我国自主研发的T639中期数值预报系统数值预报产品，同时，中国气象局还下发欧洲中期数值预报中心的ECMWF数值预报产品，目前细网格分辨率为0.125°
（大约10-15km）。
利用数值预报产品，实现未来1-7天的逐3小时高分辨率风速预报预警。
系统拟采用数值预报产品，利用常规台站和自动站观测资料，验证分析数值预报产品在新疆电网输电线路走廊的适用性和准确度，建立山地典型地形与平坝风速关系的数学模型；
研发数值预报产品传输和分析处理平台，通过订正分析，实现获得15km分辨率大风的实时滚动预警预报数据。
c）1~2Km精细化大风预报预警：
在地形地貌非常复杂的强风区域，需要深入开展局地微地形微气象条件对电网大风影响的研究。
拟利用美国大气研究中心（NCAR）等研发的WRF数值模式对台站和自动站测风资料开展同化研究，输出精细化风场资料，分辨率为1-2km。
实现强风区域高分辨率大风预警预报。
08:
00
WRF模式自动化预报系统，总积分时间为3天。
把整个积分时段分成两个部分，从前一天20:
00开始到次日08:
00为预积分时段，而从次日08:
00开始之后为正式预报时间。
预报周期如下图1.1所示：
图1.1预报积分示意图
WRF精细化大风数值预报系统的总体框架如图1.2所示：
》基础数据（1.观测数据：
实时数据、流域GIS数据。
2.公共数据：
全球再分析气象资料、大气环流数据、地形数据等）
图1.2基于WRF的精细化预报预警系统
2）输电线路导线事故（导线舞动、风偏、相间闪络）：
大风导致的输电线路事故严重威胁着电网的安全运营，输电线路事故对输电线路会造成金具磨损，断线，甚至会发生杆塔倒塌事故[5]，所以在本系统中，对于导线事故的监测是非常必要的。
在输电线路导线事故的防范的研究中，考虑到输电线路事故形成的条件主要有覆冰、温度、湿度和大风等因素，系统利用这些因素和输电线路历史检测数据，采用最小二乘法预警输电线路事故，然后将该值接入报警模块以短信或电脑声光报警的方式发往电网，为用户提供维护服务[8]。
3）杆塔基础倾斜或倒塌：
“输电塔——线”体系是一种复杂的空间偶联体系，这种耦合效应使得输电塔的动力特性和风振响应的评估十分困难、复杂，所以，对于杆塔倾斜度的监测离不开对输电线路导线事故的监测[11]。
对于杆塔基础的监测，系统结合杆塔倾角、温度、湿度、地理位置和输电线的张力等综合数据，采用杆塔摧毁概率算法进行告警预算。
2产品主要功能描述
1）预警风灾：
系统收集气象局有关气象数据、输电线路历史监测数据和输电线路实时监测数据，计算出风灾发生概率和风灾对输电线路的损害情况，向用户发出风灾提前预警信息和风灾实时报警信息。
2）提出预防风灾措施：
系统结合输电线路损害情况，采用机器学习等人工智能的方法，提前计算出输电线路可能的损害情况，以便为用户提供对应的预防风害的措施。
3）电子地图定位：
系统具有灾情地理位置定位功能，当报警发生时，系统向用户提供具体的报警发生的杆塔坐标，以提高用户工作效率，同时也为用户节约维护成本。
4）离线发送报警：
当系统处于离线状态时，系统支持信息记忆能力，当系统通信恢复时，将及时通知用户。
5）支持手机、电子邮件接收报警信息：
当用户处于休假或外出时，系统可向用户发送手机短信报警或电子邮件报警，以确保报警的及时性。
6）支持设备状态查询：
该功能为用户提供实时监测在线设备的工作状态的信息，以防设备在故障状态下，系统向用户发送错误报警。
7）系统智能学习：
系统会根据报警情况，用户采纳报警情况（报警真实性），进行智能学习，自动屏蔽误报警，以提高系统实时报警和预报警的准确性。
8）支持用户间在线信息交流：
系统为用户间的交流专门开辟了一块区域，方便用户在线详细交流信息。
9）数据自动恢复能力：
考虑到环境的复杂性和可能出现系统使用人员误操作等删除了数据，为了避免该情况的发生，系统自带数据自动恢复功能。
10）系统风害情况生成统计图：
考虑到用户对微风振动、风偏、导线弧垂、风舞、输电线拉力、导线倾斜角、杆塔倾斜角等信息的可读性，系统将自动生成统计图，便于用户理解。
11）系统自动升级：
系统支持在线自动升级，以增强系统的综合能力。
3系统设计
3.1系统设计原则
1）实用性：
系统设计中所用物理器件的选择标准除了追求技术先进外，更重要的是考虑物理器件在实际应用场景中的性能，而且设备的选择必须符合国家和地方政府的行业技术标准；
系统设计中的各功能模块的设计本着功能不重复、不冲突等原则；
系统设计除了考虑功能全面性外，同时考虑系统设计的简单性，让用户易学、易懂、易操作。
2）先进性：
系统设计中所用装置均为市场主流，并保留有升级空间；
系统设计中也考虑到系统的向上扩展性。
3）标准性：
装置设计遵循最新国家电网针对输电线路在线监测装置提出的一系列标准以及与此相关的国家标准、国际标准。
4）可管理性与易维护性：
系统设计中考虑装置维护管理和系统升级，其中装置维护管理的操作简单、安全，系统数据备份及数据恢复速度快。
5）可扩展性：
系统硬、软件采用模块化结构设计，各模块功能明确，配置灵活，系统可根据用户的实际情况和具体要求进行功能模块的增减，方便为以后检测系统的综合检测功能扩展做准备。
6）可靠性：
装置能够长期稳定工作，为用户提供的数据真实可靠；
装置自身具有较好的容错能力，允许用户出现错误的操作。
3.2系统结构功能设计
3.2.1系统整体构架
输电线路防风害预警系统主要由前端监测系统、通信系统和后台管理系统构成。
在防风害预警系统正常工作中，前端系统主要负责收集风速、风向、温度、湿度和大气压力等小气候数据和输电线拉力、导线倾斜角、杆塔倾斜角的实时数据以及大风预报预警数据，在整个输电线路防风害预警系统中充当“眼睛”的作用，通信系统主要负责将前端系统采集回来的数据传输到后台管理系统，所以通信系统就相当于“神经系统”。
前端系统把收集的实时信息通过通信系统，发送到后台管理系统，后台管理系负责计算、分析这些信息，并决定是否发送报警信息和应对风害的策略，所以后台管理系统在整个系统中扮演着“大脑”的作用。
该系统由前端系统、通信系统和后台管理系统一起实现了实时环境监控、数据收集、数据上传、数据分析、风害提前预警、风害实时报警和风害预防策略的提出的功能。
前端实时环境监控
图3.1系统整体架构图
如图3.1，在整个系统中，系统通过前端系统采集实际环境信息，并通过通信系统发往后台管理系统。
对于提前预报警，系统将从中国气象局挖掘气象数据，并结合输电线路历史报警信息作出风害提前预警；
对于实时报警，系统根据前端系统上传的数据以及输电线路历史报警信息作出风害实时报警。
当后台系统分析完报警信息后，向用户发送报警信息，当用户对报警处理完成时，后台将已处理的信息存入数据库系统。
系统整体工作流程如图3.2所示。
接收报警信息和报警处理方案，对报警采取相应措施
图3.2系统整体流程图
3.2.2风害预报警和实时报警
灾害预警，是指在灾害发生之前，根据其发展规律或观测的可能性前兆，提前发出警报信号，以避免危害在不知情或准备不足的情况下发生，从而最大程度地降低危害所造成的
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