输电线路智能巡检系统（共7篇）
输电线路智能巡检系统 篇1
针对国内外常规直升机巡检输电线路存在采集设备集成度低、人工观察依赖性大、数据分析手段简单、巡检过程辅助导航能力差、巡检成本偏高等普遍性问题, 近日, 浙江省电力公司成功研制出一整套直升机智能巡检系统, 并通过省部级鉴定, 在国内外首次实现输电线路直升机巡检信息采集和管理数字化、对象捕捉和跟踪自动化、缺陷识别和诊断智能化。该系统多项技术属国内外首创, 整体技术处于国际领先水平, 是输电线路直升机智能巡线技术的一次重大突破, 将大幅提高直升机巡线效率和质量, 降低直升机巡线成本。
该系统经过100多架次和近1 500 km输电线路的实际巡检, 完全满足线路巡检的实际需要, 已节省巡检生产成本250万元, 若在浙江全省推广应用, 将产生每年2 500万元的经济效益, 具有显著的经济、社会效益和推广应用价值。该项目已获专利15项, 其中发明7项, 实用型及软件著作登记等8项。
输电线路故障定位与智能巡检 篇2
1 系统工作原理
输电线路中的巡检系统, 主要是应用GPS和GIS两种技术的结合来完成的, 然后再利用掌上电脑 (PDA) 进行接收和数据存储。其中, GPS主要是用来进行目标定位, 而GIS主要是用来实现数据的收集和传输。工作开始前, 就要先用具有能够收集到信息以数据的形式反馈给掌上笔记本上。现在的科学技术十分先进, 可以在随身携带的掌上电脑上面安装电子导航系统, 以帮助工作人员找到正确的道理, 同时将所得到的信息输入数据库进行储存。那么所需要反馈的巡检信息都有哪些内容呢?有工作人员位置的坐标、到达指定杆塔的时间、指定杆塔的名称、状态和参数、出现缺陷的应急措施等等。其他信息也可以由巡视的工作人员手动输入, 重点是一定要保证对缺陷内容记录的完整性。
储存在PDA中的数据可以通过USB接口传输到专门用于管理的电脑中, 然后经过处理后于系统服务器、客户端进行数据传输和共享。在此过程中, 可以利用GIS系统将收集到的位置信息进行处理, 并且显示在地图上面, 然后系统将自动进行两点间的连线, 以确定运动轨迹。如果发现有异常, 管理人员可以利用无线网络对其进行手动调控, 同时, 要时刻关注终端和后台之间的数据通信, 让企业的管理真正做到信息化和智能化。
2 开发平台的选择
这个桌面对编程语言的要求并不高, 所以像VB, VC, Delphi、Power Builde这些语言都可以使用, 只要在编程过程中符合微软的要求, 并且遵循COM/ActiveX规范。而在对GIS进行选择的时候, 确定使用国内超图公司的Super Map 2000开发平台。其实, 就硬件配置而言, Pocket PC要比Palm高很多, 但是相对的成本也比较高。所以使用基于Windows CE系统的电脑时, 无形中就增加了整个开发过程中的资金投入。AdaptiveServer Anywhere可以同时为服务器、电脑终端和掌上PAD提供企业级的功能服务。其功能十分齐全, 主要包括参照完整、存储过程、行级锁、自动任务安排和恢复等等。
Adaptive Server Anywhere在对手持设备、电话和高级电器进行数据库部署设计时, 充分考虑了这些只有内存设备的特点。Sybase的核心技术之一就是Ultra Lite;而移动设备的云状以及嵌入功能的而是想全是依靠Ultra Lite, 它同时支持Windows CE, PalmOS, Java和VxWorks。而小型设备的应用程序的数据存储、检车和操作都是依靠SQL来完成的。
3 GIS+GPS线路巡检系统设计方案
我们研究的电力线路巡检系统主要是GPS和GIS这两个技术相结合后的产物, 这个系统可以帮助巡检人员顺利的完成指定区域内电力线路和设备运行状况的维护和检查工作, 以此确保各地的线路和设备可以照常运转。
而我们通常将巡检工作人员手中的P D A称作是移动端, 利用这个微型设备中的地图和GPS信息可以轻松的对目标进行导航和定位。而管理系统则可以根据从系统中得到的点连接出工作人员的行动轨道。另外, PDA本身也具备记录检查任务的时间和空间的功能, 所以巡检员可以轻松的根据其提示的信息进行线路、故障等重要信息。
4 智能巡检系统管理功能的划分
该系统的运行平台为W i n d o w s, 采用的是A d a p t i v e ServerAnywhe中文版8.0的数据库, 数据的支持, 所以才将这两大部分合并为一个有机的整体。再来看GIS, 它的核心部分就是地理数据库, 那些就空间、属性和时间特征的数据都是在这个库里面被管理、储存和查询的。如 (图1) 所示:
通过以上分析, 我们队移动巡检系统的结构可以进行适当的调整, 终于得出他的基本功能模块。嵌入式软件的基础是前如何操作系统, 其第一层建筑就是空间数据管理, 第二层就是对这些数据的空间分析、显示和编辑等, 第三层是针对用户的GIS应用软件的操作界面。这个系统没经过一定的时间都会对目标进行G P S的数据读取, 以此实现准确的定位功能, 同时将其正确的经纬度投射到平面坐标上, 最终落实到地图上。
5 结语
为了保证电力系统能够安全、可靠、稳定的运行下午, 就必须重视输电线路故障的检测和排除工作。而精准的故障定位不但可以加快恢复供电, 还可以将停电所造成的损失降到最低。所以, 电力系统已经将输电线路准确的故障定位列为一项重要的课题进行研究。
参考文献
[1]毛宏斌.智能巡检管理系统在输电线路巡视中的应用[J].科技情报开发与经济.2010 (01) .
输电线路智能巡检系统 篇3
1 线路巡检技术方案比较和选择
通过各巡检技术方案的比较 (见附表) , 可清楚看出利用GPS方式进行巡检, 具有其它巡检技术方案无法替代的优越性。电力线路设备巡检系统是将掌上电脑与自动识别技术 (如条码技术、射频技术等) 结合, 以及掌上电脑与全球卫星定位系统 (GPS) 相结合等多种技术手段的总和, 可完成移动中的设备定位和数据采集, 采用红外技术、无线通信或有线通信等先进手段将计算机信息系统延伸到掌上电脑中来, 实现电力系统信息采集一体化的功能。掌上电脑对于采集信息和巡检过程的纪录, 也方便了巡检工作的客观化管理, 使管理工作做到有据可查。
2 GPS巡线系统技术原理和业务流程
通过卫星信号读取杆塔的经纬度、海拨高度等数据, 并将这些数据保存在计算机, 巡检时将杆塔及其经纬度发送至巡检设备 (PDA或手持机) 。巡线员到达巡检现场后, 用巡检设备内保存的经纬度数据与巡线员当时所处位置的经纬度相比较, 如果巡线员在离杆塔一定范围内时 (默认为30m, 可由用户灵活设置) , 则自动找到杆塔, 并记录该杆塔已巡检, 并可输入其缺陷;若巡线员没有走到预定范围之内, 则PDA提示找不到杆塔, 即未到该杆塔附近巡检。
GPS巡线系统允许巡线人员利用掌上电脑来纪录巡检信息, 同时可通过GPS模块来实现定位设备信息, 提高系统可伸缩性、可用性等各种性能。系统主要包含桌面PC机和掌上电脑2部分。巡检任务完成后, 通过同步手段, 使巡检的各种信息与后台管理系统相连接, 为管理者提供及时的巡检数据和巡检信息, 方便管理者对实际运行设备状况的了解和对巡检工作的监督。该系统易于安装和使用, 用户不需要具有很强的计算机知识就能方便应用。系统提供的各种功能, 如灵活的巡检任务设置、下载, 方便的巡检信息记录和信息提示, 快速的巡检内容上传等为巡检工作带来了极大方便。同时, 巡检工作的每一项操作都记录于电脑, 提供了检查和统计的客观依据, 方便了管理。设备智能巡检系统使巡检工作完成了从“传统人工”到“移动信息”的过渡, 实现了电子化、信息化、智能化巡检, 提高了巡检的工作效率, 更好地保证了输变电设备高效率、低故障率的安全运行, 使供电公司巡检工作跨上了一个新台阶。该系统包括桌面管理和PDA应用程序2个部分。
(1) GPS巡线系统桌面管理模块。桌面管理实现了线路工区日常工作的管理。通过本管理系统软件建立线路名称、线路杆塔号, 并制定杆塔初始化定位任务并下发到PDA中;将线路杆塔进行定位初始化并上传到服务器;制定巡检任务, 下发到PDA, 即可开始巡线;到达杆塔适当位置后, 首先打开PDA进行杆塔定位, 定位成功后, 再按手持仪提示的项目逐条检查, 录入后并存储在PDA中;巡检完成后, 将PDA与装有本管理系统软件服务器端的计算机通过串口上传巡检数据;计算机分析处理数据, 形成所需报表, 如巡线员的到位情况, 线路的缺陷统计等等。GPS电力巡线业务流程如附图所示。
(2) GPS巡线系统PDA应用程序模块。利用掌上电脑实现了巡检信息的现场采录, 用于巡线人员对巡检点设备信息进行记录和查询。PDA主要负责在巡检过程中记录工作信息、提示工作任务、查看设备状态等。当巡线人员从桌面PC系统将巡检任务下载到PDA后, 在巡检现场通过GPS定位设备, 并从PDA上获取设备信息和巡检内容。然后根据巡检任务输人设备巡检后的参数和信息, PDA同时记录此次巡检时间和巡检纪录。
PDA工作原理:巡检安排人员将某巡线员本次巡检内容, 通过USB串口下载到PDA中。巡线员带着PDA (配有GPS模块) 前往现场, 在到达所需检查地点的同时, 掌上电脑会自动将其所在的地理位置信息和当前时间自动记录下来, 并与该地点设备的初始定位值进行比照, 然后给出杆塔设备是否定位成功的提示。回到工区后, 可通过USB串口将巡检结果快速、安全地传回到后台系统中。回传成功后, 系统同时删除PDA中的本次巡检任务和结果, 以保证PDA中的空间被最大化的利用。根据传回来的信息, 可形成各种缺陷记录单、统计报表等供各职人员查看。
3 GPS巡线系统使用的特点及评价
GPS巡线系统包括了国家电网公司制定的一系列严格的企业标准, 规范企业内部各种生产行为和技术指标, 严格按照各项国家标准和行业标准来指导和控制输电线路的巡检。此外, 该系统还可从标准化作业书中选择不同的内容, 重新整合成一套适合企业自身巡线工作需要的新版本, 提高了巡线的完整性、全面性。使用手持式GPS定位仪, 工作人员只有到达现场才能记录下现场的位置和时间信号, 克服了巡线人员的线路漏检现象。采用GPS进行定位, 运行可靠性强, 使用安全, 不易被复制, 具有技术上先进性和现场运行的可行性。GPS定位仪小巧轻便, 能够精确的定位、定时, 受外界的干扰小, 可全天候工作。不需要在杆塔现场安装传感器如条形码、磁卡等, 而普通的条形码容易在日晒、雨淋等情况下失效, 磁卡除了安装成本昂贵外, 还容易出现磁力退化等现象。定位仪能够精确的纪录巡检的时间、位置、巡检中发现的问题等等。可以即时定位, 一旦巡线人员启动PDA巡检程序中的定位功能, 系统将自动读入实时接收的三维坐标数据, 并将该杆塔的设备属性显示出来, 供巡线人员查看。减少巡线人员的工作量, 实现缺陷记录规范化、标准化。降低管理成本, 无需在线路杆塔上安装任何其他装置;免除人为检验成本;一机多人用、多用途使用, 资源得到最大化利用, 降低管理成本。
4 结束语
输电线路智能巡检系统 篇4
高压输电线路和超高压架空电力线是长距离输配电力的主要方式。为保证供电可靠性,电力公司需要定期对线路设备巡检。高压输电线路巡检机器人能够代替人工进行电力线路的巡检工作,提高输电线路巡检的效率和精度。因此,高压输电线路巡检机器人的研究成为热点[1]。20世纪80年代末,日本、加拿大、美国等发达国家先后开展了巡检机器人的研究工作,部分实现了机器人的沿架空线路行走、跨越障碍和巡检等功能[2,3]。国内的研究起步较晚,始于20世纪90年代,在国家863计划资助下几家单位先后开展了此项研究,并取得了一定的成果[4]。综合国内外发展现状,巡检机器人仍处于实验室研发阶段,还需进一步的完善以达到实用化要求。控制、机械、损伤探测是影响巡检机器人应用与发展的关键技术,其中智能控制系统的设计对整机功能的实现具有至关重要的作用。为促进巡检器人的发展,我们研究设计了新型的履带式巡检机器人。
本文首先介绍了一种新型的履带式巡检机器人,然后重点阐述了机器人行走和越障的智能控制系统,分析了越障的动作规划过程,最后对机器人越障动作进行了仿真验证。
1 履带式巡检机器人的本体结构
原有110KV输电线路巡检机器人样机能够实现在线行走和自主越障功能,但存在重量大、关节多、机构复杂、运行不稳定等缺点。针对这些缺点,在保持原有样机优点的基础上,重新进行了机械本体结构设计,得到履带式巡检机器人。机器人整体结构如图1所示。
该机器人机械本体主要由3个单体和基座组成。每个手臂就是1个单体,其中前手臂和后手臂上具有驱动轮,并可以实现收缩、升降、旋转运动;中间手臂具有单轮没有驱动力,可以进行升降、旋转动作。机器人本体上具有10个驱动关节。机器人的基座是一个箱体,用于安放控制器、高能量蓄电池。这一设计在能够满足实现机器人在线行走和越障功能要求外,还具有以下特点:
(1)柔性臂采用折叠式结构,既能实现大范围跨越,又能实现整体回缩,使得机器人整体结构紧凑,重心变化平稳。
(2)手掌采用单侧开放式设计,简化结构,减少了驱动电机数目,减少了越障时的动作环节,提高了机器人的运行效率。
(3)采用履带式行走机构,增加了机器人与线路的接触面积,增大了机器人行走时的摩擦力,提高了机器人运行的稳定性。
2 智能控制系统
巡检机器人沿架空电力线路爬行,要跨越防震锤、悬垂绝缘子、线夹、杆塔等障碍,障碍物的类型相对固定。但是线路和障碍物的相对位姿和形态不是固定的,而且在实际环境中还有其他不确定因素。在障碍情况特别复杂,机器人仅靠自身的传感器可能无法完成判断,不能实现自主控制。因此,根据巡检机器人的工作特点,确定巡检机器人应具备主从遥控操作控制和自动控制2种方式[5]。所以本巡检机器人的控制系统由机器人本体控制系统和远程地面控制系统2部分组成。
2.1 基于递阶控制系统的系统结构设计
递阶智能控制是在研究早期学习控制系统的基础上,从工程控制论角度总结人工智能与自适应控制、自学习控制和自组织控制的关系之后逐渐形成的。由萨里递斯提出的基于3个控制层次和IPDI原理的三级递阶智能控制系统是比较常用的一种方法[6]。根据这一理论,结合巡检机器人的特点,设计了专门的三级控制结构,其结构框图如图2所示。机器人本体控制系统采用由组织级和执行级两级控制结构。
组织级的设计以基于PC104-PLUS总线标准的工控计算机系统为核心,其主要组成如下:研华PC104主板及附件、图像采集卡、调试检修控制面板、数据采集卡、超声波测距传感器、CCD高清晰黑白工业摄像机、无线网卡、电源模块。主控计算机连接机器人前后手臂上的摄像机和超声波测距传感器以确定障碍物的类型和位置,同时留出足够的I/O口以备连接更多的线路检测设备。组织级主要负责机器人任务分解和行为的协调。在远程遥控模式下,它接收地面主机发出的控制命令,并解释为各个关节的行为动作,发送给相应的执行级,同时将巡检图像传输给地面主机进行监视。在机器人自主运行模式下,它根据各种传感器的反馈信息和机器人的位姿信息,进行计算规划机器人的行为动作并发送给下位机,控制机器人自主行走和自主越障。组织级与地面控制部分通过无线网络进行通信,与执行级通过RS232进行通信。
执行级是递阶智能控制的最底层,要求具有较高的精度但较低的智能。因而,执行级的核心采用多片高性能、低功耗的STC系列52单片机,外围加上电机驱动器、限位开关、光电编码器,实现对各个关节电机和驱动电机的可靠控制。
远程地面控制部分由监控主机和无线通讯模块组成,可以监视机器人的运行状况,存储机器人拍摄的录像,实施遥控操作,控制机器人行走、越障、停止等。
2.2 基于专家控制系统的动作规划
巡检机器人的行走环境介于结构化和非结构化环境之间。这就要求机器人具有一定的智能,能够根据实际情况进行在线行为动作规划,从而实现自主行走和自主越障功能[7]。对于相对固定的障碍物类型,可以事先规划动作序列。在运行过程中,根据实际情况再对越障动作进行部分的在线规划与事先已规划的动作相结合,生成适用于当前情况的控制行为序列。因此,机器人本体控制系统组织级的主要任务是进行局部的行为动作规划。
组织级代表控制系统的主导思想,并使用人工智能控制技术。在此,采用基于专家系统的组织级机构模型,用于实现组织级对高层信息的处理,实现机器人的机器推理、规划、决策、学习和记忆操作。专家控制系统是应用专家系统概念和技术,模拟人类专家的控制知识与经验而建造的控制系统。它需要获取在线的动态信息,并对系统进行实时控制,几乎所有的专家控制系统都包含知识库、推理机、控制规则集和(或)控制算法等。根据专家控制器的设计原则,结合巡检机器人控制的特点,采用基于规则模型的专家控制器。专家控制器一般模型的基本形式为:
式中:E为控制输入集;K为知识库中的经验数据和事实集;I为推理机构的输出集;G为规则修改指令;U为控制器输出集[5]。
根据上述控制模型,可确定基于产生式规则库的专家控制器结构图,如图3所示。根据图3所示结构图,可以确定机器人动作行为规划的控制过程。当机器人遇到障碍物的时候,首先主控机获取障碍物的图像信息,在特征识别和信息处理环节通过图像处理程序得到障碍物的特征信息,在知识库中进行查询与之匹配的信息,进而确定障碍物类型。然后再通过推理机构结合行为规则知识库,获得动作规划的行为命令和规划的目标,再通过控制规则集把这一宏观上的行为命令解释成具体的动作命令序列。最后发送给执行级,由单片机和驱动器,利用传感器的反馈信息,准确地完成各个关节的协调动作。当一宏观命令执行完毕后,主控机通过传感器获取当前障碍物和机器人位姿,判断是否达到行为规划预期目标。若没有达到预期目标则根据当先信息重新进行动作规划,继续执行。若已达到预期目标则直接执行下一条行为命令。
在整个控制过程中需要不断的接受传感器的反馈信息。3个传感器信息反馈环所对应的传感器不同,反馈的时刻和作用也不同。内环的传感器反馈电机光电编码器信息,用来控制电机转动速度和转动角度。中间环反馈关节动作命令结束条件的信息,如限位开关、光电开关的信息。当满足结束条件时,根据这些信息,来判断决策如何执行关节动作中的命令,它是关节动作序列中的执行取向反馈环。外环是在一条行为规划命令执行结束后,把障碍物和机器人的位姿信息反馈给主控机,根据这些信息和行为规划预期目标库中信息比较判断是否需要重新规划。它是命令执行后实际效果的反馈环节。
巡检机器人按照上述的行为规划过程,利用3个反馈环,就可以自主地进行越障行为规划和越障运动控制,实现自主越障功能。
3 越障动作仿真
对巡检机器人越障的典型任务——跨越悬垂绝缘子串,进行机器人的运动学仿真,验证越障动作是否合理、功能能否实现,并分析在特定动作规划下的运动学特性。本文仅部分列出了跨越悬垂绝缘子串的分解动作,如图4所示。(a)图表示巡检机器人正常行走的姿态。行走过程中,前手臂上的摄像机和超声波传感器用于判断障碍物的类型和距离。(b)图表示前手掌脱线后位姿,基本动作是小臂和肩关节的旋转。在此过程中利用腕部的光电传感器检测手掌是否脱线,通过编码器记录肩关节和肘关节旋转角度。(c)图表示机器人向前移动跨越悬垂绝缘子串(障碍)后的位姿。中间手臂的超声波传感器判断中间轮是否接近障碍。(d)图表示重新挂线后的位姿。它是脱线的逆过程,关键是利用肩关节转动角度的记录和手掌上的多个光电开关,来保证手掌平行处于电线正上方。(e)表示后手臂单体调节至与前手臂对称的位姿和向上移动并外摆脱线后的位姿。中间手臂的上升和摆动是通过光电传感器和限位开关控制。(f)图表示巡检机器人向前移动,越过障碍并重新上线后的位姿。前进距离通过后手臂上超声波传感器控制。(g)图表示后手臂重复前手臂的动作,越过障碍后的位姿。(h)图表示机器人完成越障动作,恢复初始状态。
机器人基本动作是大小臂的升降、手掌的脱线和挂线、肩关节的旋转,其越障是通过这些基本动作的协调配和来实现。通过仿真验证了越障动作的可行性、正确性。自主越障的关键是对障碍物位置和机器人位姿的判断,这需要根据传感器信息融合技术,综合利用多种传感器来实现。
4 结论
履带式巡检机器人是输电线路巡检机器人研究的新尝试。本文主要从控制角度进行研究,把多种智能控制理论应用到巡检机器人的控制上。根据巡检机器人工作特点,提出了基于递阶控制理论的系统整体结构设计和基于规则库模型的专家控制系统用于机器人行为规划,分析了行为规划过程。另外,通过对越障过程的仿真,验证了越障动作的正确性。
摘要：文章介绍了一种新型的履带式高压输电线路巡检机器人,阐述了基于递阶控制理论的分级控制系统结构设计和基于规则库模型的专家控制系统控制策略,仿真验证了机器人越障动作过程的正确性。
关键词：履带式巡检机器人,递阶控制系统,专家控制系统,规则库
参考文献
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电力线路智能巡检系统研究 篇5
截止2010年, 我国110kV及以上输电线路总长约为50万公里, 居世界第二位[3]。自然地, 对于这样一个覆盖面极广的电力设施来说, 它的巡视与检修就会变成一项工作量与工作强度极大的工作, 而其中三个主要因素, 分别是:1) 输电线路因素:地域特征 (如跨度大, 区域广, 所在地域地形错综复杂等) 、气候特征 (如寒冷、燥热等) 、线路繁琐;2) 巡检人员因素:人员的身体素质、责任心等;3) 巡检任务和技术因素:基础资料繁琐、业务量大、管理比较分散、考察困难、维护人员文化素质偏低等。
目前, 为了适应配电网结构日趋复杂的趋势以及提高户外巡检人员工作效率, 针对GIS的电力移动巡检技术迅速发展。移动巡检技术基于移动平台, 使用PDA和GPS卫星接收器, 结合GIS系统, 满足工程管理人员现场进行巡检线路查询、计划变更、竣工资料录入;满足巡视检修人员现场进行工作计划查询、设备信息和地理信息的查询, 记录配电网设备信息、记录缺陷情况、记录巡检到位情况等[4]。
电力系统中常见的巡检管理系统概括起来有如下五种[5,6,7]:
1) 人工手写工作薄巡检
2) 基于条码识别的巡检应用
3) 基于PDA和GPS的巡检应
4) 基于机器人的自动化巡检方式
5) 基于RFID识别技术的巡检应用
除了上述常见的五种巡检方式以外, 还有直升机巡检, 视频巡检等方式。
1. 电力线路智能巡检系统总体设计
1.1 巡检系统的系统目标
本系统在现有电力线路巡检系统的基础上引入无线GPRS通信技术、卫星的定位技术以及GIS的路径决策机制, 拟使本系统达到以下巡检目标:
(1) 通过采用先进的信息仪器设备提高巡线系统管理水平, 用带有GPRS无线通信技术并安装有巡线系统客户端的智能移动终端录入并远程无线传送现场巡线信息以代替现有人工记录, 人工传送的传统方式。开发后台的巡线管理系统, 将智能终端和管理系统的计算机联网, 实现现场巡视信息的计算机化管理, 使管理人员可以第一时间获取现场巡检信息, 并可以根据巡检情况, 立即做出分析和处理。并通过GPRS对终端实时下达处理命令, 使设备的一般缺陷及时得到处理, 及时消除电力线路存在的危险隐患。通过采用GPRS实现巡检数据的无线实时传送, 使每一位巡检工作人员都能与一位缺陷管理人员共同巡检。
(2) 能够支持电力线路的附属设备的定义和巡检, 设备巡检项目能够自定义。使本系统可以针对不同地区的同类线路、设备根据需要制定不同的巡检项目, 使系统更具针对性, 甚至对于天气、地形地质等参数也可以随地区需要自行定义。
(3) 系统使用灵活、操作界面友好、维护方便, 易学易用。
1.2 巡检系统总体功能模块分析设计
移动巡检系统的功能经过仔细划分, 应该包含以下几个方面:
(1) 确认用户身份
用户需要输入登录密码来确认身份。
(2) 下载用户巡检任务
根据用户登录系统的身份从服务器上下载用户巡检任务及相关资料。
(3) 缩放地图与设备
用户可以方便地执行图形的放大、缩小、漫游等功能, 也可以执行全屏命令。若定位功能处于开启状态, 则会自动显示附近最近的杆塔 (或其他线路设备, 依情况而定) 的基本信息和前次的巡检结果, 充分满足用户了解地形的全局轮廓与局部细节等需求。系统根据当前地图显示比例, 自动调节显示内容。
(4) 分层显示要素
不同地图要素及设备、标注分层显示, 用户可以根据需要重点显示个别图层, 也可以关闭无关图层提高显示速度, 系统通常分为地形地貌, 地表建筑, 电力设备 (不包括线路) , 输电线路, 简易天气等多个图层。
(5) 查找定位地点与设备
用户可以输入查找条件, 系统自动在地图上定位地点或设备, 例如:把查找条件设为地名, 如果该地点存在, 地图就会把该点移到屏幕中央, 并高亮显示。
(6) 查询设备属性
除了用户到达设备附近时会提示显示设备的详细信息以外, 用户也可以通过查询的方式查看的设备详细属性。
(7) 定位巡检任务
定位本次巡检任务的具体位置 (包括起始点和具体的前进路线) 并居中显示, 然后完成设备信息数据采集, 另外如有特殊情况而导致实际路线和预定路线不同时, 也会如实记录。
(8) GPS巡视导航功能
随时记录经纬度位置信息与时间信息, 另外在某部分巡检任务完成时, 在提交的报告中也会显示当时的坐标与时间。在背景地图上显示用户当前所在位置, 为巡视人员行车、行走提供指导。
(9) 到位监督
利用卫星导航系统, 确认用户是否巡视到位, 系统会自动完成巡检到位记录;若巡视人员未在规定时间内到达巡视点, 则系统会向该巡视人员登陆的客户端发送信息提醒, 若多次提醒无效, 则自动归为巡检不利。
(10) 填写巡视记录与缺陷记录
根据巡视任务的不同, 可分别填写巡视记录, 包括***kV线路巡视记录表、架空输电线路状态评估评分表、输电线路状态运行周期一览表、***电力局***年度***月输电线路设备状态正常巡视实施计划表等。
当巡视过程中发现缺陷的时候, 可填写缺陷记录, 缺陷记录会以选择的形式, 同时也支持用户自定义缺陷形式;另外也支持通过备注补充的形式详细描述缺陷情况。系统会根据定义的标准对该处设备 (通常以某基杆塔为单位) 对线路运行情况进行评估评分, 并会在下次巡检时显示本次的评分情况;若为一般缺陷, 系统会给予基于运行规程的消缺建议 (通常由管理人员与有经验的巡视人员给出) 。若是重大或紧急缺陷, 系统会立刻反馈给检修部门, 并及时定制消缺计划, 在得到检修部门许可后, 及时下达消缺任务。
(11) 数据上传
每一基杆塔巡视完毕后, 移动设备终端都会将巡视记录、缺陷记录、GPS坐标信息以及时间上传回服务器数据库。
2 智能巡检系统数据库的设计与功能
2.1 数据库的结构
缺陷数据库主要有四部分组成, 包括缺陷的位置、类型、缺陷程度以及缺陷对应的规程部分, 为了方便查询, 将缺陷分成这样四个部分, 虽然每部分都对应于不同的功能, 但是目的都是为了能够更快更有效地锁定实际缺陷。
位置:依据运行规程的描述以及线路运行的多年经验, 从位置部分分析将缺陷分成两大部分, 分别是设备本体和附属设施, 以帮助巡检人员做出基础判断。
接下来将设备本体缺陷位置细化, 归出常见的六部分, 基本涵盖了所有常见的线路缺陷发生位置, 另外对附属设施的缺陷位置也进行了分类, 依据安装的设施或者周边的情况不同也归成多个类别。
在第二层位置分类的基础上, 本数据库还进行了第三第四次细化 (视缺陷情况而定) , 通常依据线路具体具有的设备情况来进行细化。
规程:本数据库的规程部分采用的是DL/T 741-2010架空输电线路运行规程, 根据位置的分类将规程的内容一一与之对应, 而摆脱原有的记录形式, 使得查询对照更加方便有效, 能使检修人员可以快速给出基于规程的消除缺陷建议。另外, 根据所用地域的不同, 适合自定义添加缺陷的规则, 能够让该数据库适应更大的使用范围。
类型:同样基于位置对缺陷的可能类型进行分类, 通常有异常、破坏、腐蚀等几大类, 采用与位置部分相同的原则, 从粗到细, 先分出各处的基本类型, 然后再在缺陷详细中进行细化的分类描述, 一期能够快速锁定缺陷, 第一时间得出消缺计划, 提高巡检和消缺的效率。
缺陷程度:依据原有的线路巡视经验和规程, 将缺陷程度分为四大类, 分别是一般隐患、一般缺陷、重大缺陷、紧急缺陷, 前两类归为巡检人员可在数据库及系统指导下完成消缺的, 而后两类则属于无法直接消缺, 需要专业的消缺小组完成消缺任务的。
缺陷程度分类基于部分规程以及多年消缺经验, 所以在不同区域可能情况会有所不同, 在这一地区是正确的分类在别的地区可能就存在问题了, 所以本数据库也支持用户自定义数据并上传新的程度分类, 以适应各地不同的情况。
2.2 数据库的功能模块
(1) 用户登录
为确保数据库安全, 用户在使用数据库查询前, 必须先登录数据库。数据库将根据用户的注册信息判断当前用户是否有权限进入, 通常分为巡检人员、系统管理人员、数据库管理人员和其他人员, 同时也基于用户信息确定该用户权限, 提供相应的查询等服务。
智能终端登录时, 数据库和系统一样, 也会检查用户是否具有携带移动设备外出巡检的权限。
(2) 查询功能模块
作为数据库最重要也是最全面的功能, 本数据库支持多种查询模式, 用户可以通过手动翻页, 缺陷编号查询, 缺陷位置查询, 缺陷描述查询, 缺陷程度查询等多种形式的对在库的缺陷类型进行查询, 同时还会对具体的缺陷类型定期进行内容添加, 包括该类型缺陷发生的时间, 杆塔 (或其他设备) 号, 以及发现人员及对应的处理情况, 都会记录在库, 帮助事后判断处理结果的好坏以及制定合理有效的预防措施。
(3) 自定义功能模块
鉴于本数据库在建立时考虑的方面不可能做到非常全面, 基于的规程等也十分有限, 所以非常有必要设计成可以内容可自定义的形式, 用户可以根据自身所在环境的情况, 对数据库的内容形式进行修改, 添加等命令, 甚至在规程部分也可以加入自己所处省份的相关线路规程, 以使数据库更加贴近实际, 更能发挥其作用。
(4) 自填表功能模块
本数据库内可存包括线路状态巡视周期审批、线路状态巡视周期计划、线路状态月巡视实施计划、线路状态评估评分等多种表类型, 同样支持自定义修改以及添加新的表格新式。例如, 在巡视人员完成巡视任务并提交各个部分线路的报告后, 数据库可将其整合成为全表以节省巡视任务的时间。其他情况下, 数据库也可以提供很多相应的表格填写功能以供使用。
(5) 参数自赋值功能
数据库也能够和卫星定位系统配合使用, 在系统提供的地图上标注有数据库提供的线路参数, 在巡检人员到达某基杆塔时, 系统会通过数据库自动同步杆塔的相关数据, 显示在终端的已有的模板中, 包括电压等级, 线路回数, 所在地区气象土壤等条件, 这些都可以在数据库中进行预设添加, 以作为巡检人员分析线路缺陷情况以及程度等的参考。
(6) 线路基础单元评分功能模块
在巡检人员完成某线路基础单元的巡检任务并提交报告后, 会根据数据库中已有的评分机制对其进行评分, 并记录在案, 在完成全部巡检任务后, 会由数据库进行汇总, 完成线路的总体评分, 上传到巡检系统中, 并会在下一次的巡检时和巡检任务一起下达, 然后巡检人员在执行巡检任务时能够依据上一次的巡检结果, 做到有的放矢, 重点查看前一次缺陷的部分, 从而有效提高巡检效率。
(7) 缺陷编号功能模块
数据库会对已有或者添加入库的缺陷类型进行编号 (通常依据其所在的位置顺序进行编号) , 将缺陷类型分为多个大类, 通过字母加数字的形式进行编号, 方便管理人员在工作时可以依据编号进行快速查询, 提高了添加和修改等自定义行为的速度, 提高数据库管理人员的工作效率。
(8) 缺陷历史查询
数据库存有已有过缺陷的杆塔 (已消缺) 的记录, 尤其是运行年限比较久的, 常常出现不止一次地缺陷的情况, 所以可以通过缺陷历史查询的方式来了解缺陷情况比较严重的线路运行情况, 以制定合理的预防措施;巡检人员在巡检时也可查询巡检线路的缺陷历史 (此处指除自动显示的上次巡线的历史之外的部分) , 以分析缺陷的实际情况或是否又出现等。
(9) 缺陷联想功能模块
作为智能终端内数据库的功能, 缺陷联想功能会在巡检人员选择缺陷类型的时候出现, 通过该基杆塔的缺陷历史 (主要是基于前一次的缺陷情况) , 为巡检人员提供该杆塔原缺陷相关的缺陷类型, 缺陷的联想会从原缺陷, 原缺陷的附近位置的缺陷, 或是类似类型的缺陷等方面提供联想, 旨在巡检人员能够快速确定具体的缺陷类型。
(10) 巡检结果记录及反馈功能
数据库会将巡检人员的巡检报告分别保存, 然后将其整合成完整的巡检报告及时上传给巡检系统。
3 结语
研究表明, 本系统能够实现对电力线路的远程无线数据传送和管理, 并能够为巡检计划的制订提供计算机辅助决策, 通过数据库的各项功能提高了巡检人员的效率, 达到了系统设计的目的。通过使用移动设备的GPRS无线据传输方式和逐层分类缺陷数据库, 使电力巡检工作由“传统人工”向“移动信息”过渡。可使线路巡检的工作效率有明显的提高, 尽可能地降低电力线路的故障率, 保证电力系统安全、可靠、优质的连续运行, 最终实现电力线路巡检的电子化、智能化和信息化管理。
摘要：本文对智能巡检技术在电力公司可实现的应用做了详尽地分析和研究以及实践, 提出了智能巡检系统的概念, 该系统使用移动设备, 结合当今流行的手持GIS技术, 开发出应用于移动设备和PC两部分的专门针对电力部门的移动巡检系统, 并配合全面的缺陷数据库。该系统满足巡检工人携带智能终端等移动设备在户外开展巡检工作。移动设备自带的网络可以同步数据库中含有电力设备和地理背景设备的电子地形图, 通过手机自带的定位功能获取卫星信号来定位设备坐标, 既满足了在恶劣的自然环境下或是恶劣的天气情况下快速定位电力设备的需求, 同时也可以通过定位系统对巡检人员工作的完成情况进行监督考核。
关键词：移动巡检,智能终端,GIS,GPS,缺陷数据库
参考文献
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输电线路智能巡检系统 篇6
1 输电线路的智能预警的原理
1.1 在线巡视的结构
输电线路的在线巡视的系统的结构主要有光纤通信的网络系统、后台主机的系统以及杆塔的终端系统。在杆塔的终端系统中, 红外的感知以及成像模块, 气象监测的模块, 杆塔的供能以及终端主机的模块等都可以用在数据的采集以及处理上面, 从而满足电力系统相关的巡视要求。同时, 光电的分离技术以及光纤的通信的网络技术, 也可以进行视频以及红外图像信息的传输, 从而使杆塔的终端以及后台主机的系统实现实时的连接。在整个结构中, 后台的主机系统对全线杆塔的终端设备以及整个网络进行着统一的控制、管理以及调节, 并且详细记录着控制中心的各项数据以及操作。如果电路中遇到了比较异常的情况, 相关的设备也可以进行及时的预警。尽可能的防止意外事故事件的发生。
1.2 预警系统的原理
在输电系统中, 根据具体输电任务的要求, 输电线路可以进行一定的结构分级。第一级的位置是杆塔的终端主机, 可以对线路是否发生故障进行初步的判断。第二级的位置在后台的主机系统, 可以对线路的故障类型进行精确的判断。一般来说, 输电的线路是通过杆塔的终端主机向后台的主机进行信息的发送。在利用杆塔的终端主机对信息进行分析以及比较的时候, 如果有异常的现象发生, 后台的主机就会进行信号的发动, 并且将相关的命令以及视频图像信息传送到后台的主机上, 从而有利于后台的主机系统对故障进行更进一步的分析。
后台的主机在接收到杆塔的终端主机发送的信号以后, 将会利用图像识别的技术以及综合分析与系统建模的等方法, 对检测到的相关数据进行具体的分析, 从而判断设备以及线路是否已经发生了故障。
由于清远属于粤北山区, 输电线路发生山火、台风或者是雷击等灾害时, 电力人员可以利用相关的设备对故障进行及时的分析以及检测, 并且对故障进行及时的报警以及解决。
2 预警系统的任务
在对线路进行在线的巡视的时候, 智能的预警系统能够利用杆塔的终端对相关的数据进行识别, 并且能够利用杆塔的终端利用相关的数据对故障进行具体的判断。对单杆塔的终端进行采集以及数据处理是预警系统的最基本的功能。它的任务主要包括数据的预处理、故障判断、知识库的管理、结果执行以及学习能力等。
杆塔的终端有可见光的视频、红外图像、红外探测的信号以及微气象的数据等。预警系统首先要能够对那些可见光的视频或是红外的图像做出常规的处理, 然后按照一定格式对数据进行一定程度的监测, 最后再将数据提供给后台的主机。杆塔的终端的主机对于可见光的视频以及红外的图像等能够进行初步的判断。后台的主机系统能够对各项监控的数据进行综合的分析, 比如使用阈值对算法进行提取、纹理识别以及模板匹配的算法等对图像进行识别, 并且能够对线路的故障进行具体的判断。
在对故障进行确定以后, 电力人员可以结合以往的经验以及具体的环境, 对故障的辨别方法进行慎重的判断以及选择。在杆塔终端的设备有所变化的时候, 电力人员也要及时的进行相应的修改, 使预警系统的功能随时间以及学习实例的增加而不断的得到提升。
3 预警系统的故障判断
当线路发生异常现象的时候, 电力人员最好是结合线路以及环境的具体特征, 尽可能的使图像信噪比得到提升。在进行故障检查的时候, 电力人员要根据断线以及线路覆冰等故障在图像里的特点, 将视频以及图像里的一些关键的信息尽可能的提取出来, 比如说像素差以及灰度值等, 并且结合微气象以及红外图像等数据对线路工作的状况进行精确判断。在对预警系统进行故障判断的时候, 第一级的单元由于运算的能力比较有限, 也不需要对故障进行精确的判断, 所以一般使用的是运算量比较小, 也比较容易实现的图像的差分法进行判断。这种方法虽然比较简单, 可是检测的结果却并不能做到非常的精确。如果是遇到光照的变化比较剧烈或是有雨雪等复杂的天气的时候, 这种方法的效果就不会那么好。因此, 为了适应这种气候的变化的影响, 电力人员可以使用三帧差分的算法。另外, 电力人员也可利用输电线路的覆冰综合的算法对线路进行判断, 并且对于覆冰引起的倒塔以及舞动等相关故障要进行及时的解决。这种方法可以有效提升判断线路故障的准确性, 有效保障线路的安全与稳定。
摘要：随着我国电力系统的不断完善以及相关科技水平的不断提升, 国内对电力的依赖不断增强, 对输电线路的供电的可靠性和安全性的要求日益提高。智能预警的系统是输电线路进行在线巡视所使用的一种新型技术, 可以有效的提升输电线路的稳定性与安全性。本文对输电线路的智能预警的原理、预警系统任务以及输电异常的辨别进行了详细的分析, 对有效提升输电线路的安全性具有重要指导作用。
关键词：输电线路,在线巡视,智能预警系统
参考文献
[1]赵建青, 姚瑶, 邱玩辉, 唐金锐, 刘洪洁, 李振宇, 陈旭, 谢敬, 尹项根.基于输电线路在线巡视系统的智能预警系统研究[J].电力系统保护与控制, 2013, 41 (23) :49-53.
输电线路智能巡检系统 篇7
1云模型概述
在数域空间, 云并非一个确定的概率密度函数或者一条明晰的隶属曲线, 而是一个一对多的数学映射图象, 相识于自然现象中云的不确定性质。云模型则是用来统一刻画语言值中大量存在的随机性、模糊性以及两者之间的关联性。
2系统整体结构设计
智能输电线路监测系统整体设计包括多功能监测基站、3G无线通信视频监控系统和监控中心软件三部分组成 (如图1所示) 。
1.输电线路监测系统的硬件组成
输电线路监测系统主要有:
(1) 控制系统:控制系统的核心是励磁系统。
(2) 多种监测传感器:用于对高压输电线路进行远程在线监控。
(3) 太阳能供电系统:太阳能供电系统采用独立光伏供电方式, 具有稳定性高、效率高的特点和较强的抗干扰能力。
(4) 3G视频监控终端:3G视频监控终端可把摄像机采集到的图像, 再传输到距离用户最近的3G无线网络。
(5) GPRS模块:GPRS模块是一款高性能的无线通讯模块。
(6) 摄像机:摄像机是3G无线通信视频监控系统的重要组成部件。
2.基于云模型的控制系统设计
云模型控制器原理主要是利用云模型规则发生器对被控对象进行控制, 其设计内容主要有:
确定云模型控制器的输入变量与输出变量;
设计云模型控制器的控制规则, 包括规则的条数和规则的内容;
编制云模型控制算法程序。
3系统的软件实现
1.系统软件的总体设计
智能输电线路监测系统软件设计包括多功能电能表软件设计和监控计算机软件设计两大部分, 多功能电能表软件设计主要包括串行通讯协议设计、单片机控制软件设计。
2.控制软件设计
(1) 主程序和中断程序设计
主程序主要是完成一些初始化工作, 初始化主要是对STC89C51内部功能模块的工作方式、参数和中断的设置, 以及对ATT7022B的参数精度修正。
(2) 初始化程序设计
STC89C51的内部功能模块设置主要包括串口通讯和SPI通讯两个方面的初始化。
3.基于云模型的输电线路监测系统仿真与分析
系统仿真在MATLAB环境下完成, 单机无穷大系统仿真参数如下:Xd=2.534, Xd'=0.318, H=8.0, D=5.0, XT=0.1, XL=1.46, Td0=5.0, Us=1。为了验证云模型励磁控制器的效果, 本仿真用云模型算法与常规PID算法进行比较, 仿真步长为0.01s, 采用4阶龙格库塔法。
4系统整体运行
智能输电线路监测系统的性能测试即系统的整体性能测。
1.系统的基本功能测试
按键与显示功能测试:测试每一个按键是否良好, 并且对于设计的功能相对应。
报警功能测试:测试时将电表接入标准表模拟各种异常情况, 电表均有报警, 蜂鸣器响, 报警LED闪烁, LCD有相应错误代码和报警显示。
事件记录功能测试:智能输电线路监测系统能够准确记录事件包括电量清零、最大需量清零、失压、失流、电压越限等。
数据储存功能进行测试测试:智能输电线路监测系统数据存储内容包括基本参数数据保存和当前数据保存、数据转存和数据冻结。
2.系统精度测试与修正
智能输电线路监测系统的硬件和软件开发完成以后, 需要对其进行精度测试与修正, 也就是软件校表, 使多功能电能表能够精确测量三相电力参数。在对电能表进行校正时, 必须提供标准电能表。
总结
智能输电线路监测系统包括了对多个状态量的监测, 通过将多种状态量进行综合分析, 深入分析了输电线路上出现的现象的本质起因。云模型作为一种新兴的科学理论, 在智能输电线路监测系统中的应用, 提高了系统监测的准确性和智能化程度, 也使得输电线路监测与管理系统的发展得到了空前的提高。我们有理由相信, 伴随着云模型在智能输电线路监测系统中的应用越来越成熟, 对输电线路的智能监测将进一步提高, 其功能将更强大, 运用将更广泛。
摘要：作为电力系统的重要组成部分之一, 输电线路是电网安全运行的基本保证, 输电线路的安全及其可靠运行对电力系统有着非常重要的意义, 本文主要对基于云模型的智能输电线路监测系统进行分析。
关键词：输电线路,云决策器,运行情况,监测,智能
参考文献
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