输电网多维可视化在线监测解决方案

输电网多维可视化在线监测解决方案2011-03-30一、建设背景“智能电网”是当今世界电力发展和变革的最新动向，并被认为是21世纪世界电力系统的重大科技创新和发展趋势。国家电网公司提出“加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网”。智能电网能够进一步提高电网安全运行水平，提高电网运行状况的可控、在控、能控能力。输电网中，很多架空线路所处的地理环境、气候条件比较恶劣，导地线及金具锈蚀、绝缘劣化、导线舞动、导线覆冰等因素，都可能成为输电网安全运行的隐患；特别是在冬季，导线覆冰时常威胁电网的安全运行。和架空线路一样，地下电缆线路正常运行也时常受到威胁，隧道非法闯入、隧道积水、隧道温度过高、电缆本体温度过高、接地电流过大、局部放电过强均可能造成重大运行事故；另外，隧道内有害气体浓度过高也时常威胁着隧道内工作人员的生命安全。另外，输电网设备运行管理和状态评估等工作多数仍采用周期性管理和离线式检测与评估机制，间隔期内可能发生的环境隐患、设备隐患及外力破坏等情况缺乏有力的防范和应对措施，自动化和信息化程度不高，导致对隐患的监测及预警能力不强。作为“智能电网”重要建设内容的输电网在线监测，就是要利用各种监测技术手段，实现各类隐患及事故的动态预警和报警，使得相关预防措施可及时地展开，减少和避免电网事故，杜绝大面积停电的发生。另外，通过各类在线及离线信息的综合分析，对输电网运行状态及设备健康状况进行动态评估，并根据电网及设备实际状况，动态安排各类运维工作，从根本上改变传统的周期性管理的模式。近年来，随着在线监测技术不断发展和成熟，该项技术在我国电力系统逐步获得应用和推广，并积累了一定的实践经验，已被我国电力企业尤其是以国家电网公司为代表的电网企业所接受和认同。随着国家电网公司建设坚强智能电网战略的提出，随着各种监测技术的不断进步，建设全面的输电网在线监测系统正在成为新时期的热点。“输电网多维可视化在线监测”以电网智能化运行管理为目标，集成各种在线监测技术，对输电架空线路和地下输电电缆的运行状态进行实时监测，实现异常及故障状态的预警和报警，实现设备健康状况的动态评估，实现管理模式从“事后处置”到“事前预警”、“粗放控制”到“状态评估”、“定期巡视”到“状态监视”的转变，实现电网运行状态的多维可视化以及异常立体报警模式，对突发事件实现三位一体的应急指挥。二、建设内容1)输电线路在线监测输电架空线路监测项目主要包括：导线覆冰、导线舞动、杆塔倾斜、杆塔振动、现场视频、微气象环境、金具温度、绝缘子风偏、泄漏电流、雷电等。电缆线路监测项目有：电缆表面温度、接地电流、局部放电、井盖状态、隧道积水、隧道温度、视频监控等。系统根据输电网运行相关规范，建立各监测参数的预警及报警数据库，并自动对采集到参数进行判断，对于符合条件的参数，按照系统预定的规则以各种方式进行预警和报警，如推屏、声光、短信等，同时利用三维GIS、图表、曲线、虚拟仪表、动画等多种形式，实现预警和报警的多维可视化。2)输电网状态的动态评估整合EMS/SCADA、生产管理、在线监测、环境气象、智能巡检、雷电定位等信息，采用多维动态分析手段，对输电网运行状态及设备健康状况进行动态评估，为科学安排巡视、检修、试验等计划提供依据，实现由“周期管理”向“状态管理”的转变。三、系统总体结构输电网多维可视化在线监测运行于复杂网络环境中，需要与众多的业务系统进行交互。为保证系统良好的适应性和扩展性，本系统采用分层设计思路，包括：业务应用层、应用系统平台层、数据存储层和外部数据接入层。1)应用系统平台层用于管理数据模型并为业务应用层提供服务的应用服务器软件，如：ArcGISServer和三维图形平台，WebService等。2)业务应用层各类业务功能应用，具体有电网数据管理和展示、监测数据展示、报警信息定位、架空线路和电缆运行状态分析、统计报表等。3)数据库存储层存储电网设备信息的属性数据库、存储电网图形信息的GIS数据库、存储依据基础数据构建的电网数字化模型库、存储在线监测数据的监测库等。4)外部数据接入层包含在线监测设备、通信设备、通信协议、通信规约、前置数据接收设备等内容，以及PMS系统信息、故障信息、SCADA信息通过数据交换平台提供的数据集内容。四、架空线路监测架空线路可视化监测，实现架空线路各类监测信息的可视化，包括：杆塔倾斜、绝缘子风偏、线路覆冰、导线弧垂、导线温度、微风振动、导线舞动、线下环境等。通过监测信息的可视化，可以建立一个直观的能够反映现场真实情况及设备状态的数字化空间，为架空线路运行监控提供可视化工具，提高监控的效率和效果。架空线路可视化监测的主要功能包括输电线路三维可视化、线路工况监测可视化、视频监控可视化、线路负荷监视可视化、异常天气可视化、预警与报警可视化等。（1）线路三维可视化通过拖动、平移、旋转等方式进行浏览时，系统动态加载三维地形模型数据和三维输电线路、在线监测设备、变电站模型数据。在实际浏览过程中，可以使用鼠标拖动、鼠标双击、惯性飞行等方式进行场景内的浏览，同时可以使用鼠标滚轮进行视点远近控制。（2）线路工况监测可视化线路工况监测内容包括：导线覆冰、导线温度、导线舞动、杆塔倾斜、微风振动、微气象环境、绝缘子风偏、绝缘子污秽（盐密、灰密）、泄漏电流等。（3）视频监控可视化对杆塔现场环境的远程监视，当监视到异常情况时可进行远程录像、拍照。同时，系统可以对指定线路的视频分组自动轮询，实现远程巡视。（4）线路负荷监视可视化以EMS/SCADA系统信息为基础，对线路负荷进行实时监测，并以图形化的方式直观展示线路负荷。（5）异常天气可视化根据气象预报及实况展示异常天气。通过与气象局的数据交换接口，获取气象信息，可以在GIS图上展示实时天气信息和气象预报信息，也可以展示气象历史信息。（6）报警与预警可视化当系统监测到异常或故障时，如线路过载、覆冰过厚等，自动进行报警和预警，同时自动定位到所在位置。五、地下电缆监测地下输电电缆可视化监测通过对电缆负荷及其负载率监测、电力隧道井盖监控及其出入管理、电力隧道视频监控，以及对电力隧道内水位、气体、接地电流、局部放电的监测，结合二维GIS、三维GIS、各种可视化手段、以及异常立体报警模式，对电缆网运行状况进行全面可视化监控。电缆网可视化监测功能包括模拟巡视、温度热谱图、井盖监控可视化、视频监控可视化、综合监测可视化、危险点可视化、电缆网专题图等。（1）维模巡视在二三维场景下，通过地上的模拟地面巡视和地下模块巡视方式对输电网进行巡视，同时实现二维三维的同步。例如，在二维巡视时，可快速切换到三维场景下进行巡视，查看整个电缆网的三维分布情况；当需要对某段隧道查看其详细细节情况时，切入地下模块巡视模式，通过模块行走查看隧道内设备的详细分布情况。（2）电缆温度热谱图以线芯温度监测和电缆线路负荷监测为主，温度或负荷过高时将自动进行预警，同时自动在GIS图定位预警电缆线路。电缆温度主要以两种方式展示，温度曲线和温度热谱图；电缆线路负荷以负荷曲线的方式展现。（3）井盖监控可视化井盖监控的主要内容是井盖开合状态，当井盖被非法开启时，自动进行报警，并在GIS图中自动定位井盖位置。在GIS图中，可以通过专用符号标识井盖开合状态直观地进行展示。同时，在GIS图中，可以便捷地对井盖进行远程开启或关闭操作。（4）视频监控可视化视频监控通过视频的方式获取隧道内部现场信息，可以从各个角度观察隧道内的情况，实现对隧道内部情况的实时监视。支持分屏展示视频信息，可对同一隧道的多个位置或者对多条隧道同时进行监视。（5）综合监测可视化其它在线监测信息还有隧道水位、接地电流和局部放电信息。GIS图上均绘有这三类参数的监测点，因此可以便捷地在GIS图上查阅其实时数据。当水位深度、接地电流值、局部放电值过大时，系统自动进行报警，自动在GIS图中定位告警位置。隧道积水可视化隧道积水可视化接地电流曲线（6）电缆网专题图有隧道断面图、测温分布专题图和井盖监控分布专题图等GIS专题图。隧道断面图包括两种，横断面图和纵断面图。隧道横断面图用于直观地展示电缆通道的占用情况，纵断面图用于展示隧道沿线的坡度；测温分布专题图是光纤测温设备覆盖范围图；井盖监控分布专题图是指井盖监控设备的覆盖范围图。隧道横断面图井盖看护专题图（国庆保电）（7）危险点可视化在三维场景中，提供对各种危险点和施工工地的绘制功能。绘制时，用户只需在地表选定当前需要绘制的危险点区域，自动根据危险点类型生成相应的三维模型。危险点分布图六、成功案例依据输电网多维可视化在线监测解决方案，结合北京电缆公司实际需求，北京恒华科技为北京电缆公司成功研发了“北京电缆网多维动态监控监控系统”。系统监测范围覆盖了北京近600公里隧道、5000个井盖、1500公里35kV及以上输电电缆。该系统是北京市电力电缆公司为落实北京市电力公司“打造坚强首都电网，推进电网发展方式转变”的要求，实现北京高压电缆网及电力隧道“自动化监控、智能化管理”的目标而建设的应急指挥平台。该系统先后服务了2008年北京奥运会及国庆60周年保电工作，同时获得了国家电网公司科技进步二等奖。电缆网运行监控系统投入运行后，常规的电缆运行维护工作可通过系统完成，相关设备管理人员的工作重点逐渐转向监测尚未覆盖到的设备、不能实现监测的领域，如：新投运设备的验收工作，高压电缆网及通道外力防范工作，便携方式的电缆网状态监测工作等。七、远景展望目前，国内输电网可视化在线监测应用正处于初步应用阶段，仅少数输电网运维企业建立了该系统，各类监测的信息的可视化是当前工作的重点。随着智能电网建设工作的不断推进，输电网可视化在线监测的需求将不断增加；同时，与生产管理系统、应急指挥系统及调度自动化系统的业务整合，也将成为可视化在线监测的重要建设内容；另外，智能电网建设工作的深入推进，输电网可视化在线监视未来必将与变电设备在线监测进行紧密集成，从而形成完整的电网可视化监测系统。另一方面，在线监测系统建成后将逐步积累大量实时监测数据，这些在线数据深入应用将成为下一阶段系统建设的重点。在线监测信息、电网运行信息（EMS/SCADA信息）和生产管理信息整合后，将形成完整的电网静态、动态和工况信息，通过这些信息，能够全面掌握电网的运行情况。如果能够找到科学的分析模型，利用这些综合信息将能够准确地发现电网运行存在的隐患，准确地评估设备健康状况，为科学安排各类生产计划提供决策依据，为推动设备管理模式的变革提供强有力的技术保障。同时，这些信息也是资产全生命周期管理重要数据来源，必将成为资产辅助决策分析的基础。