输电线路事故诊断远程仿真系统设计及实现

汤晓青,范宇,覃浩,隆茂,蒋聪,张放



输电线路事故诊断远程仿真系统设计及实现

汤晓青,范宇,覃浩,隆茂,蒋聪,张放

国网四川省电力公司技能培训中心, 四川 成都 611133

针对传统输电线路事故远程诊断系统存在运行能耗大、诊断精度低的问题，设计一种新的输电线路事故远程诊断系统。系统的总体设计分为硬件设计和软件设计，硬件部分主要分为三层，分别为数据采集层、后台服务器层以及命令交互显示层。对于软件部分，构建了输电线路事故与环境温度、湿度、风速、风向时间等影响因素下事故诊断数学模型。仿真实验结果表明，该系统运行能耗比传统输电线路事故诊断系统低，且事故诊断精度更高，具有很好的应用前景。

输电线路; 事故诊断; 系统设计; 事故诊断数学模型

我国电网的结构复杂度以及其覆盖范围都在逐日增加，应用户需求输电线路的电容量也在不断提高，对电量输送的速度要求越来越高，在此背景下，我国对于电网的投资与日俱增，与此同时，电网输电线路一旦出现事故损失也是十分惨重[1]。由于输电线路自身性质，其所处环境不得不长期暴露在外，这个限制条件使其更容易受到外部环境天气等的影响，所以提升输电线路的稳定运维，及时诊断其输电事故是目前当务之急[2]。

文献[3]提出一种利用光功率值监测方法的光纤事故远程诊断系统。将样本的光功率值数据进行均值化处理,获取准确的OTDR事故曲线。该事故远程诊断方法具有很好的效果，但是方法应用过程过于复杂，导致方法无法得以广泛应用。文献[4]主要从大数据分析的技术和特点为出发点,分析了输电线路常出现的事故,并对大数据分析的输电线路出现事故做出诊断。该系统具有简单、易理解的优点，但是事故远程诊断精度偏低。文献[5]通过对网络链路和节点事故的仿真。该方法的应用过程具有能耗大的缺点，不能得到普遍应用。

针对以上问题，提出新的输电线路事故远程诊断远程仿真系统设计及实现方法。该输电线路事故远程诊断远程仿真系统解决了传统系统存在的运行能耗大、事故远程诊断精度低的问题，具有非常广泛的应用前景。

1 输电线路事故远程诊断远程仿真系统硬件设计

输电线路事故远程诊断系统结构如图1。

图 1 系统结构图

输电线路故障诊断系统的第一层为数据采集层。在光纤通信网络的一端利用OTDR对其特性进行检测，分析光纤特征并绘制光纤特性曲线，以光纤衰减以及长度为根据对系统的故障信号进行识别诊断。

输电线路故障诊断系统的中间层是后台服务器层。后台服务器的工作程序是在找出光纤通信网络中的故障信号，之后讲开启OTDR测试命令发送给向RTU[6]，使用切换光开关把测试信号传送给光纤通信网络异常部位，在分析返回的测试数据后，确定故障信号位置，并发出告警命令，最后把数据储存起来。

输电线路故障诊断系统的第三层为客户端，使用客户端或浏览器将用户与服务器连接起来，在地图页面用户根据需求完成不同的操作，以防多个客户端同时进行任务二造成的OTDR硬件资源冲突现象

1.1 事故数据采集及存储模块

图 2 数据采集模板结构

（1）设备空间信息数据：该部分主要包含绝缘子悬挂位置杆塔、线路拓扑结构数据、空间数据、导地线的连接方式、杆塔位置数据、导线相位变化情况等；

（2）通道基础地形数据:基础地形数据主要包含线路覆盖地区地名、电网所在地的地形地貌背景、交通道路路等各项数据，以及与输电线路存在关联的其他数据；

（3）基础台账数据：输电线路主要由通道环境、导地线、绝缘子串、导线型号、接地装置、附属设施、金具、杆塔等基础部件组成。根据线路及其部件的设备档案数据包含绝缘子串形、杆塔型号、出厂日期、导线排列方式、绝缘子盘径、金具型号、所属工区、安装位置、地线股数、电压等级、投运日期线路长度、地线型号、导线分裂根数、绝缘子型号、架设方式等。

1.2 存储器设计

而对于输电线路事故远程诊断的数据存储模块，该模块使用OYR存储器，其可以将输电线路事故诊断的视频、文字、音频数据一同储存。输电线路事故诊断的存储器内部设有由数据通道34个，GJK出口23个，QCB出口28个，运转速度为960 MHz。输电线路事故诊断的存储器的内部结构由两部分组成，该结构的功能是程序处理和基本存储。基本存储被分成三个区域，分别负责用户端、HBV数据块、和程序块[8,9]。存储器结构如下图3所示。

图 3 存储器结构

观察图3可知，该系统存储器的最大功率不能超过15 mW，这样才会保障同时运转内部通道控制器和存储数据，精准储存各项数据。其中输电线路事故远程诊断系统的内部通道控制器必须保证是存储数据的4倍，提升存储器的准确度。

2 软件设计

图 4 输电线路事故远程诊断流程

3 仿真实验分析

3.1 性能指标选择

其中，为实际的事故数，为系统检测出的事故数。

3.2 系统性能验证实验

为验证本文所设计的输电线路事故远程诊断系统的运行能耗，下面将传统事故远程诊断系统作为对照实验组，进行对比实验，实验结果如下：

图 5 不同输电线路事故远程诊断系统运行能耗对比

由实验结果可以得出，文献[3]系统运行能耗由最开始的1400 J升高到了4500 J，其能耗随着涨幅较为稳定，但是能量消耗较高。文献[4]系统的实际数据说明该事故远程诊断系统的能耗是几个系统中最高的，且在系统的第五次运行过程中出现了能耗的突变，这也说明该系统的稳定性较差。文献[5]系统在8次的系统运行过程中，能耗由550 J变化到了3800 J，起始的能耗较低，这是该系统的一个优点，但是系统运行次数的增多，导致了能耗大幅度升高。相比之下，本文所设计系统在8次系统运行中，能耗由最开始的800 J变到了2200 J，能耗的涨幅是几个系统中最小的，这说明所设计系统具有更低的运行能耗。

为进一步验证所设计系统的运行有效性，下面以其他传统系统作为对比，进行输电线路事故远程诊断精度实验，实验结果如下：

图 6 输电线路事故远程诊断精度对比

由上图实验结果可知，与传统方法所设计的输电线路诊断系统相比，本文所设计的事故远程诊断系统精度可以稳定的保持在80%以上，这满足了当前实际应用对输电线路事故远程诊断的要求，也说明了改系统具有非常好的发展以及应用前景。

4 讨论

输电线路事故远程诊断广泛存在于各个领域，远程事故诊断是事故诊断技术发展进程中的新里程碑。随着智能电网的快速发展，电网的大数据时代已经来临，本文结合传统事故远程诊断方法，将大数据充分挖掘，设计了输电线路事故远程诊断系统。通过实验验证了此系统的有效性，为输电线路事故远程诊断提供了有力的保证。

5 结论

输电线路在电网中所占的重要位置，决定了对其进行事故远程诊断的必要程度。本文针对传统输电线路事故远程诊断系统存在的运行能耗高、精度低的问题，进行了输电线路事故远程诊断系统设计。实验证明该系统具有良好的事故诊断精度，且运行能耗较小，符合当前对输电线路事故远程诊断的实际要求。

[1] 廖敏敏,陈伟.通信光缆线路中故障点的定位与检测[J].光通信研究,2015,41(1):26-27

[2] 肖波,张显,王西伟,等.基于模糊神经网络的小电流接地系统单相接地故障定位研究[J].仪表技术与传感器,2014(3):65-67

[3] 李妍琰,何勇.光纤通信网络中故障优化诊断方法仿真[J].计算机仿真,2014,31(9):221-224

[4] 毛江山.基于大数据分析的输电线路管理系统及故障诊断研究[J].电子测试,2017(24):101-102

[5] 王培国,刘发彪,黄炜,等.基于光纤通信网生存性分析模型的故障仿真平台设计[J].计算机应用研究,2014,31(12):3792-3794

[6] 韦炜,陈宁,赵朋轩,等.铁道平交道口智能综合交通监控系统设计应用[J].计算机应用与软件,2017(12):133-137

Design and Implementation of Remote Simulation System for Transmission Line Accident Diagnosis

TANG Xiao-qing, FAN Yu, QIN Hao, LONG Mao, JIANG Cong, ZHANG Fang

Aiming at the problems of high energy consumption and low diagnostic accuracy of traditional remote fault diagnosis system for transmission line, a new remote fault diagnosis system for transmission line is designed. The overall design of the system is divided into hardware design and software design. The hardware part is mainly divided into three layers: data acquisition layer, background server layer and command interactive display layer. For the software part, the mathematic model of fault diagnosis for transmission line accident is established under the influence of environmental temperature, humidity, wind speed and wind direction time. The simulation results show that the energy consumption of the system is lower than that of the traditional transmission line fault diagnosis system, and the accuracy of fault diagnosis is higher, so the system has good application prospects.

Transmission line; accident diagnosis; system design; mathematical model of accident diagnosis

TN29

A

1000-2324(2018)06-1059-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2018.06.031

2018-01-23

2018-02-19

国网四川电力公司技能培训中心科技项目:基于虚拟现实技术的电力事故沉浸式培训系统(521922160006)

汤晓青(1970-),男,硕士,副教授,主要研究方向为输配电线路运行和检修技术. E-mail:tangqingqing6235@163.com