试析输电线路通道可视化系统关键技术

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　　摘  要：特高压输电线路需要应對多种自然环境，线路运行负荷高、运行条件恶劣，带来一定的安全风险。利用通道可视化技术能够对输电线路运行状态进行全天候的监管，确保线路运行安全。文章对输电线路通道可视化系统技术特点进行分析，介绍通道可视化系统结构及功能，并研究其技术实现过程。总结输电线路通道可视化系统技术构成，为系统性能优化升级提供参考。
　　关键词：输电线路;通道可视化;运行安全
　　中图分类号：TM75         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）30-0151-02
　　Abstract： UHV transmission lines need to deal with a variety of natural environments， high load and poor operating conditions， which bring certain security risks. The use of channel visualization technology can monitor the operation status of transmission lines around the clock to ensure the safety of transmission lines. This paper analyzes the technical characteristics of transmission line channel visualization system， introduces the structure and function of transmission line channel visualization system， and studies its technical implementation process. The technical composition of transmission line channel visualization system is summarized in order to provide reference for the optimization and upgrading of system performance.
　　Keywords： transmission line; channel visualization; operation safety
　　特高压输电线路在电力系统中的应用刚刚起步，其建设、普及的速度远高于运维管理方式及手段的完善。在输电线路安全运行管理方面，国内少有优秀案例可供参考。结合传统输电线路安全监管上存在的不足以及电力系统技术发展形势，设计输电线路通道可视化系统，通过对整个线路网络的可视化管理，降低人工运维需求、提升安全风险挖掘效率，带来一种更加高效、可靠的安全监测方式。
　　1 输电线路通道可视化系统技术特点
　　1.1 VR技术
　　 VR技术的融入在获取输电线路通道可视化系统监控高清现场画面的同时，能够虚拟出与通道相关的情境，呈现出逼真的通道周边环境、通道布局等，为输电线路运维管理提供更丰富的信息依据。
　　1.2 图文一体化技术
　　 图文一体化技术使得可视化系统的业务审批过程与现场图形信息相结合，采用图形化的方法，为输电线路通道管理重点任务的审批提供支持。
　　1.3 Openlayer与Three.js技术
　　 Openlayer技术被应用在系统设计过程中，该技术能够访问以标准格式发布的地图数据，辅助GIS技术的应用。Three.js技术是一种3D引擎，可进行运维管理立体模型的搭建[1]。
　　2 输电线路通道可视化系统技术实现
　　2.1 监控终端技术
　　 输电线路通道可视化系统监控终端主要为高清视频监测设备、电源系统和其他配套设施。将高清视频监测设备安装在塔杆主材上，用于采集输电线路通道的运行信息，获取到的视频资料首先存储在与塔杆相邻的变电站中。例如球型高清视频监测设备。该种监控设备的旋转角度为360°，最远监控距离为500m;采用CCD型感光器，尺寸为1/4″;镜头型号为36x，水平视距在1.7～57.8。观测其拍摄的实际通道画面，清晰度优异，即便在恶劣天气状况下画面质量也较高。由于特高压输电线路一般设置在偏远地区，周边很难存在供电系统，因此在通道可视化系统中采用太阳能供电系统，对设备进行供电。该太阳能供电系统的运行原理为：阳光照射充足时，太阳能系统在为用电设备供电的同时，给自身蓄电池充电;当光照不足时，由蓄电池为用电设备供电。目前，有单位提出以风光结合发电系统代替单独的太阳能发电系统，进一步提升供电电源的稳定性。
　　2.2 通信网络技术
　　2.2.1 网络结构设计
　　目前主流电力通道运维管理系统的通信网络结构为C/S和B/S，通过远程控制，实现对电力通道的监管。可视化通信网络结构要求采用2B/S，以浏览器或Web服务器为依托，任何服务器都可被当作客户服务程序，可接收由浏览器发出的超文本标记语言。客户服务界面与一般的浏览器大致相同，可通过URL向终端服务器传输请求，然后再由超文本标记语言将最终的处理结果反馈到浏览器界面。例如，当提出数据查询请求或数据操作请求时，可借助网关截面技术或将Web服务器与Internet服务器相整合，更好进行请求处理和反馈。相较于传统电力通道管理系统的C/S网络结构，这种新结构存在明显优势，如B/S结构仅通过浏览器进行信息反馈，无需向系统添加逻辑框架，兼容性更高，可适用于多种计算机。另外，C/S网络结构还能提供一定的网络共享功能，软件开发过程的重点放在服务器软件，多种软、硬件系统均可正常使用。 　　2.2.2 网络硬件选择
　　輸电线路通道可视化系统的通信网络分为全无线、光纤无线结合和全光纤三种类型。其中，全无线又分为公用3/4G网络和自建网络。使用公用网络的优点是造价低、效率高，若输电线路通道区域存在公网信号且监测点分布较散，可选用这种方案。特高压输电线路敷设地大多偏远，因此该方案可实践性并不强。自建网络通过多点技术、LET技术，依照原本的地形、塔杆分布特点等将通道分段，集中建设基站，将每段通道的监测信息传输至最近的变电站。光纤无线结合沿输电线路敷设光缆，并在光缆接头处所在的塔杆设置通信装置，包括光通信设备和无线通信设备两种。其他塔杆上仅安装无线通信设备。这种方式能够整合光纤和无线的优势，覆盖范围更广，且不受到塔杆排布的限制。全光纤在输电线路沿线敷设架空光缆，每个监测点都安装光缆接头盒及光通信设备，即实现监测点的全光纤覆盖。该方案的设置需要为光缆设置单独的塔杆系统。以上三种方案的选择需要结合输电线路通道具体情况进行，可将几种方案混合使用。
　　2.3 监控中心技术
　　2.3.1 系统整体架构
　　系统整体架构包括五个部分，分别是用户层、应用层、服务层、数据层和设施层。用户层为管理者的操作终端，通过该层级获取、监测输电线路通道的实时运行数据，并进行一定的操作和调控。用户层的使用主体包括输电管理单位、计划发展部门及信息监控中心。应用层负责输电线路通道可视化系统功能的实现，本文设计的可视化系统融入VR技术，应用层建立在VR全息教建模的基础之上。应用层实现的功能有高清视频监控、数据信息管理、电力通道管理规划、系统数据分析等，各个功能模块之间相互独立又相互协调，提供更佳的系统功能体验。服务层包括中间件、业务组件和GISCOM组件，为可视化系统创建底层运行条件，并进行功能定义。数据层存储来自通道监控终端获取的各项信息，在此进行数据的整理、分类、分析和管理，系统其他模块所需的信息均由数据层提供。设施层包括服务器和网络硬件两部分，为系统运行提供支持。此外，设施层可在各类服务器支持的基础上，为数据访问提供条件。
　　2.3.2 系统功能设计
　　（1）网络管理功能。网络管理功能中最基本的是通道监测，对整个网络中的监控点进行集中管理，确保各监控点的通信情况均在可视化范围内，监测通道是否存在异常并在第一时间给出提醒[2]。拓扑管理能够根据用户需求，对网络拓扑工具进行自定义管理，例如，结合输电线路通道实际情况，选择网络设备的安装位置，使得整个拓扑视图更加直观、清晰。性能管理功能对网络性能进行监控，分析其状态并给出监控及分析数据。挖掘网络性能漏洞，依照既定的指标对重要节点处的网络性能进行评价。（2）视频管理功能。视频管理功能下设实时管理、巡检管理、存储调取及设备管理四个子功能模块。其中，视频实时管理是视频的播放、切换、语音对讲等操作。巡检管理主要是对播放和云台进行控制。存储调取功能模块提供视频查询、回放、搜索、下载等功能。设备管理是对视频台账、参数、传输方式、终端监控涉笔的管理。（3）电源管理功能。首先，管理电池系统的出厂、巡检、维修等信息进行管理。其次，实时监测电池运行状态，获取电流、电压、负载、温度、剩余电量、充放电频率等信息。最后，收集电源的各项历史信息，以便对其工作状态做更正确的分析。
　　2.4 信息存储技术
　　 通道可视化系统长时间采集视频信息，加上高清视频的影响，其信息体量非常庞大，在传输过程中需要占用较大的宽带。为确保获取视频信息的安全与完整，同时降低网络运行压力，选择采用分级存储的方式，对视频信息进行保存。（1）塔杆级：高清视频监控终端本身安有存储卡，可实现监控视频的实时保存。用户可结合自身需求，设置定时存储或移动侦测触发采集等工作状态。监控终端工作时长为12h/d，按照1280×720、15帧的高清视频计算，连续存储7d，选用64G存储卡即可。（2）变电站级：以断点续存的方式将前端采集的视频信息存储至变电站。该方式的优点就在于整合了网络存储和本地存储两种方式。常见的高清监控装置一般不具备自身存储功能，仅依靠后端进行数据存储，这样的方式对网络质量要求较高，若网络稳定性不足，很容易出现数据丢失、受损问题。因此在监测终端设置视频缓冲区，以免因传输负荷过大导致网络不稳、终端导致资料丢失。例如当出现断网情况时，前端可正常对视频数据进行备份，网络恢复后，再将缓存区中的数据存储到后端硬盘。连续存储30d，若每个变电站接入30个监控终端，设置硬盘4TB×2即可[3]。（3）主站级：在监控中心设置存储磁盘，将来自终端的信息分裂存储在磁盘中，并进行检索和调取。存储时间为2年，需要8×4TB的磁盘阵列。
　　3 结束语
　　本文对输电线路通道可视化系统关键技术进行了分析，通过分布于输电线路沿线的高清监控装置，对线路运行状态进行实时监测。该系统的应用对于提升输电线路运行安全性及稳定性非常关键，随着相关技术的发展，将有更多先进技术被融合到可视化系统当中，提升输电线路运维管理的智能化、可视化水平。
　　参考文献：
　　[1]钱正浩，胡长华.VR技术和GIS技术相结合的电力通道可视化管理[J].自动化技术与应用，2019，38（04）：173-176.
　　[2]熊山，李军锋，冯伟夏，等.GIS和VR技术下的电力通道可视化管理[J].电子技术与软件工程，2017（22）：262.
　　[3]吕志来，刘浩，李海，等.输电线路通道可视化系统关键技术研究及实践[J].电力信息与通信技术，2016，14（09）：52-57.
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