基于GIS平臺的線路覆冰光纖光柵監測主站開發與實踐

肖開偉+昌明+李英娜+趙振剛+李川

摘要：為了能夠實時監測輸電線路上的各種信息，并監測輸電線路的安全狀態，本文開發了一套輸電線路在線監測主站，通過采集安裝在輸電線路上的各類光纖傳感器的光纖光柵的波長，從而實時地監測線路信息。該主站基于GIS平臺，采用asp.net技術，通過生動的人機交互模式實現對監測數據的實時顯示、查詢和高級分析，同時還可滿足各級用戶遠程查看和操作的需要，目前該系統已在云南昭通運行，運行效果表明該系統具有較高的穩定性和準確性。

關鍵詞：輸電線路；覆冰；監測系統主站；GIS

O 引言

電力工業是國民經濟的重要基礎產業，輸電線路電力設施是電力工業發展的物質基礎。而輸電線路在線監測起源于20世紀60年代，在美國、加拿大、法國等國家已有多年歷史，但在我國輸電線路的在線監測工作仍處在探索、研究、試行的階段。光纖傳感技術具有無源監測的特點，可以有效解決視頻監測和電信號傳感器存在的電源供應不足問題，且該項技術還具有抗電磁干擾能力強、檢測精度高及監測頻率高等優點，適合用于輸電線路的在線監測并且已取得了一定研究成果。

本文在輸電線路光纖傳感系統的應用基礎上，開發了一套輸電線路在線監測主站，該主站通過采集光纖傳感器的光纖光柵的波長，從而實時地監測線路的溫度、濕度、導線重力、桿塔傾角、現場環境狀況等信息，并通過生動的人機交互模式實現對監測數據的實時顯示、查詢和高級分析，同時還可滿足各級用戶遠程查看和操作的需要，該系統能夠提高輸電線路的運行可靠性和防災減災能力，保證輸電線路安全穩定運行，具有顯著的社會效益和經濟效益。目前該系統已在云南昭通運行，取得了良好的應用效果。

1 輸電線路覆冰光纖光柵監測系統總體原理

光纖傳感技術是以光波為載體，光纖為媒質，利用光的散射、折射、反射、干涉、衍射等原理，通過測量光強、波長、相位等光波的物理特征的變化來對外界的溫度、應變、磁場、電場等進行測量的一種新型傳感技術。輸電線路覆冰光纖光柵監測系統總體原理框圖如圖1所示，光纖傳感器安裝在輸電線路的桿塔或者電線上，當光纖傳感器監測到線路實際情況后，會將具體的量變轉化為自身波長的變化，而通過OPGW將變化信號傳到裝在變電站一側的光纖解調儀，解調儀將傳過來的波長解調出來，然后將解調的光纖傳感數據存入到工控機的數據庫中，工控機通過自身的算法，并結合相關的數學模型對監測到的數據進行處理，解析出傳感器監測的相關參量，比如導線溫度、導線重量、環境溫濕度、桿塔變形角度等等，之后通過電力系統內網上傳到主站系統，主站系統通過三維界面、圖表等相關的方式實時的展現給管理人員。

2 主站系統技術架構

基于GIS平臺的線路覆冰光纖光柵監測主站系統，即光技術在線監測系統，從系統技術結構上，根據系統分擔的任務和特點，分別采取不同的技術架構模式，總體架構模式如下圖2所示。系統采用集中式的數據庫系統設計，PostgreSQL存儲基礎數據和在線監測數據。影像數據和一部分靜態的電子地圖數據則采用GeoDatabase方式存儲在硬盤加快數據存儲速度。其中三維圖形平臺（ B/S），是基于微軟DotNet平臺使用C#語言編寫的ASP.NET Web應用程序，使用SkyLine作為3D數據的展示與應用平臺，使用OpenLayers來訪問GeoServer提供的WMS平面地圖服務。數據庫系統采用的是Postgresql數據庫，使用ADO.NET數據訪問接口與數據庫進行數據交互。B/S采用asp.net+jquery來編寫界面，而用ado.net來實現數據庫訪問，另外用開源的地圖訪問腳本： openlayers來訪問geoserver提供的WMS地圖服務，實現對地圖的操作與控制。

3 主站系統功能和數據處理

3.1 系統功能

如圖3所示，本系統的輸電線路覆冰在線監測主站主要具有以下功能。 數據接收：主站系統將解調儀和T控機中的相關數據接收過來，之后通過結合相關的數學模型對監測到的數據進行處理，解析出傳感器監測的相關參量，比如導線溫度、導線重量、環境溫濕度、桿塔變形角度等等。 三維桿塔展示：對光纖解調儀解調出的各種傳感參量進行在桿塔上展現出來，主站可以展現每一個位置的傳感器的量，并直觀的顯示出來。如圖4所示。 光纖復合絕緣子等各種參量監測：主站系統將各種傳感器監測到的量通過各種形式展現出來。如圖5所示為絕緣子拉力數據的展現。

臺賬數據維護：對整個輸電線路監測系統的輸電線路、輸電桿塔、光纖傳感器的監測數據的類型進行設置。

系統管理：根據不同人員對輸電線路覆冰監測系統的不同任務和權限，該系統主站設置了權限管理功能，將訪問用戶分為了管理員和普通用戶，管理員具有對系統設置進行修改的權限，而普通用戶僅能對部分信息進行查閱。

3.2 傳感數據處理分析

本系統對輸電線路上的各類傳感器的性能及數據準確性進行了數據質量分析，選取相似環境與相似結構的輸電線路作為對比對象，對每類監測量（導線稱重、溫度及振動、絕緣子溫度及傾角、桿塔傾角、環境溫濕度及風速）與相似線路上安裝布設的傳統機電式傳感器數據特性進行了比對，并結合光纖傳感與解調特性，改進并優化了監測參量計算模型，提高了各類傳感器的數據準確性和可靠性。

選取直線距離西靖線30#塔約125公里的甘鎮線261#塔作為數據對比對象。甘鎮線261#所處地理位置為山地，海拔1926米，塔身結構為220kV直線塔，塔高22米，水平檔距170米，與西靖線較為相似。選取了10月中旬至11月初的數據進行數據對比分析。如圖6、7所示分別為導線稱重傳感器和環境溫度傳感器曲線圖。

通過對比發現，光纖與電學的導線稱重傳感器、環境溫度傳感器、環境濕度傳感器數據穩定性較好，數據變化趨勢較為一致，同時也驗證了該主站系統運行良好，其采集和處理數據都比較準確。

4 結論

本文在基于光纖傳感技術的輸電線路多參量狀態監測系統研究與應用的基礎上，開發了基于GIS平臺的線路覆冰光纖光柵在線監測主站，實現了桿塔狀態、導線狀態、覆冰狀態和微氣象條件的綜合狀態監測系統，從主站界面上可以實時的觀測到傳感器監測的參數，從而可以實時的了解線路的狀況。本系統的良好運行提高了輸電線路在線監測水平，促進光纖傳感技術在電力領域的應用，提升輸電線路可靠性，保障了電網的安全運行，具有較好的社會效益和經濟效益。endprint