1、5在线监测系统开发可行性研究报告天眼系统模板XX省电力（集团）有限责任公司科学技术项目计划申请书（可行性研究报告）包括项目的解决的关键技术问题、技术创新点、达到的技术指标、经济效益分析和推广应用前景。输电线路在线监测系统，是利用先进的图像数据采集压缩编解码技术、超低低功耗技术、3G无线公网数据传输技术、太阳能及蓄电池供电技术、电子低温环境加热技术、监控中心服务器软件管理技术，能够对恶劣环境中运行的高压输电线路的运行状况进行全天候、实时监测，可有效减少由于线路周围建筑施工（危险点）、导线覆冰杆塔地基不均匀沉降滑移、偏远山区林区人工巡线困难、线路大跨越、导线悬挂异物、塔材被盗等因素引起的电力事故。
2、系统以动态视频实时监控的直观方式，可使管理人员第一时间了解监测点的现场信息，可针对突发的异常情况采取适当的手段予以人工干预，将事故的发生率或事故危害降至最低。并可通过人工请求方式（无人值守时通过定时和条件触发两种方式）实现异常状况下的图片抓拍或视频连续摄像，达到24小时全天候监测的目的，大大减轻巡视人员的劳动强度，提高线路安全运行水平，为线路运行单位提供直观可靠的线路安全信息。本项目拟采取试验的基础上，在国家电网各高压输电公司推广，也吻合国家电网公司关于加强高压输电线路的安全运行的精神，解决了特高压输电线路的安防问题，保证电力的安全生产。本项目正是基于3G视频技术、高压监测技术等高新技术为基础
3、研发的，此项目的成功可以直接减少高压输电线路不安全所带来的数亿损失，同时带来可观的经济效益和持续的社会效应，将为国家财政及社会的稳定做出巨大的贡献。一、研究项目的科学依据（包括科技意义和应用前景，国内外研究概况、水平和发展趋势；成果推广项目说明成果成熟程度、试用范围，以及成果的知识产权等问题。）（一）项目背景目前XX省超高压供电局已运行14座500kV变电站，变电容量15750兆伏安，500千伏输电线路47条，线路长度4251公里。“十二五”期间， 蒙西电网外送通道及500千伏网架发展规划将安排新建500千伏变电站23座，新增500千伏变电容量4260万千伏安，到2015年，蒙西电网将投运50
4、0千伏变电站38座，变电容量6285万千伏安。随着XX省经济的高速发展，各行各业对电力的需求量越来越大，对XX省输电部门电力供应的质量（稳定性、不间断性及伴随服务）要求也越来越高，因此XX省的输电线路电网运行的安全性显得尤为重要。目前影响高压输电线路运行安全的因素主要有以下几个方面：1、输电线路建筑施工危险点严重影响输电线路的安全。经济的高速发展导致城区施工现场越来越多，塔吊、车辆等超高设备穿越城区架空线路直接导致导线切断，同时高压也会造成车毁人亡的情况，严重影响了输电线路的安全。2、人为外力破坏塔基严重影响输电线路安全。近年来随着金属材料的上涨，不法分子大量偷盗电力铁塔塔材、斜拉线等设备，导
5、致塔基倒塌，输电中断，严重影响了输电线路的安全。3、恶劣的冰灾天气导线覆冰严重影响输电安全。2008年及2011年的覆冰灾害、大风等气象灾害让人们重新认识了气象灾害的危险性，大量的覆冰导致导线压断、塔基倒塌，严重影响了输电线路的安全。4、杆塔地基不均匀沉降滑移等地质灾害也是影响输电线路安全的一个因素；采矿区、地质不稳定区域、泥石流滑坡区、河流等区域容易出现杆塔地基不稳也将严重影响了输电线路的安全。5、偏远山区、林区人工巡线困难的线路也是影响输变电线路安全的一个因素；定期的巡线是保证输电线路安全的一个重要手段，然而穿越偏远山区、林区的线路人工巡线非常困难，无法确定输电线路是否存在安全隐患，也将严
6、重影响了输电线路的安全。综上所述影响输电线路的安全因素，各超高压输电网局及电力公司迫切需要采取措施监视、防范影响输电线路安全的各种情况发生。上述这些威胁，常常处在有线信号无法到达，专线微波又造价太高，得不偿失；而这种威胁又确实存在，有监控的实际需要，为此建议实施“输电线路在线监测系统”。本项目提出的“输电线路在线监测系统”，专业针对性很强，主要针对高压输变电线路的线路周围建筑施工（危险点）、导线覆冰杆塔地基不均匀沉降滑移、偏远山区林区人工巡线困难、线路大跨越、导线悬挂异物、塔材被盗等影响输电线路安全因素而设计的系统，同时在此基础上，通过高压输电线路视频及线路运行状态的在线监测和技术诊断项目的深
7、入开发，最终的目标是逐步建立一整套智能数字化电网监测系统，服务于电网的安全稳定运行，对高压输电线路设备进行故障预警、预防和定位，为输电线路设备状态维修提供理论基础和判断依据，大幅度提高输电线路设备运行的安全性、稳定性和经济性。“输电线路在线监测系统”是运用先进的硬件控制技术、参数量测技术、通信传输技术、软件平台技术、专家决策技术，通过无线公网3G/GPRS/EDGE/CDMA1X通信传输方式，对输电线路的远程视频、微气象监测、覆冰重力监测、杆塔倾斜地质监测等线路情况进行监测并上传至监控中心，在监控中心以动态视频实时监控的直观方式，可使管理人员第一时间了解监测点的现场信息，可针对突发的异常情况采
8、取适当的手段予以人工干预，将事故的发生率或事故危害降至最低。并可通过人工请求方式（无人值守时通过定时和条件触发两种方式）实现异常状况下的图片抓拍或视频连续摄像，达到24小时全天候监测的目的，大大减轻巡视人员的劳动强度，提高线路安全运行水平，为线路运行单位提供直观可靠的线路安全信息。（二）应用前景1、“输电线路在线监测系统”很好地满足了当前的特高压输电线路设备自身故障及线路周围复杂的气候环境情况进行在线实时监测，将使特高压输电线路的安全防护系统建设成为“安全防范无漏洞、安全管理现代化、安全信息数字化”的综合型、高水平的安全防范系统，提高电力行业特高压输电线路的现代化管理水平提供了有力的保障。2、
9、本项目拟采取试验的基础上，在国家电网及南方电网的各高压输电公司推广，也吻合国家电网公司关于加强特高压输电线路的安全运行的精神，解决了特高压输电线路的安防问题，保证电力的安全生产。3、本项目正是基于3G视频技术、特高压监测技术等高新技术为基础研发的，此项目的成功可以直接减少特高压输电线路不安全所带来的数亿损失，同时带来可观的经济效益和持续的社会效应。由此带来大量的税收，将为我市及国家财政做出巨大的贡献。供电的安全对社会的稳定将起到巨大的作用；同时由此产生的生产、销售、工程、售后服务等工作能够吸收我市大量的工人直接就业，为社会的稳定做出巨大的贡献。（三）国内外研究概况1、国内研究动态我国开展输电线
10、路状态检修起步较晚, 原水电部1987 年颁布的SD230 1987发电厂检修规程指出, 应用诊断技术进行预知维修是设备检修的发展方向。应该说,状态检修在国内还是取得了一定的进展。由于输电线路在线监测技术的制约, 期望加强现有模式下的离线监测手段来推动状态监测实施, 但还是存在诸多问题。 输电线路在线监测技术是指直接安装在线路设备上可实时记录表征设备运行状态特征量的测量系统及技术, 是实现状态监测、状态检修的重要手段, 状态检修的实现与否很大程度取决于在线监测技术的成功与否。国外较早开展了输电线路在线监测技术的研究, 并将自己国家成熟或试运行的各类在线监测设备推向中国市场, 而国内有能力从事这
11、项技术研发的高等院校及科研院所由于缺乏市场能力和足够的资金, 无法将研制的成果批量产业化, 导致我国目前成为全球输电线路在线监测与诊断系统需求最大的市场。最近几年, 随着高新技术企业的发展, 国内出现了一些专业的在线监测技术生产厂家, 他们在积极学习国外先进技术的同时,立足我国电力国情, 开发了一系列输电线路在线监测技术, 有效提高了现有输电线路的运行安全水平。国外在20 世纪90 年代针对输电线路在线监测技术开展了系统研究, 如澳大利亚红相公司开发的绝缘子泄漏电流在线监测系统。国内清华大学、西安交通大学、武汉大学、武汉高压研究所等科研单位陆续开展了输电在线监测技术的研究, 并在2000 年之
12、后研发了具有完整功能的输电线路在线监测技术, 其中, GSM/GPRS的普及应用在很大程度上促进了该技术的迅速发展, 有效解决了远距离数据传输问题。从事在线监测技术研发的厂家迅速增加,进行了输电线路在线监测技术的研究,并逐步在电力系统推广应用, 取得了较理想的应用效果。2008 年的南方冰灾事故证实了在线监测技术的必要性和紧迫性, 也将促进在线监测技术的迅速发展。2、国外研究动态美国最早开展以输电线路在线监测为前期的状态检修工作, 日本也是从20 世纪80 年代开始对电力设备实施以状态分析和在线监测为基础的状态检修, 而欧洲很多国家也采用状态检修来提高检修效率。国外统计资料表明, 在实施状态检
13、修后, 一般可使设备大修周期从35 年延长到68 年, 甚至10 年,并且1152 年即可收回实施状态检修所增加的投资。应该说, 国外在状态检修技术研究与实践应用方面都已取得了显著成绩。据美国电力研究院诊断检修中心的统计表明, 实施状态检修提高设备利用率在5 %以上, 节约检修费用25 %30 %。二、研究、推广应用内容和预期成果（说明项目的具体研究、推广内容、技术关键和重点解决的技术问题，预计达到的技术经济指标，预期成果和提供的形式）（一）项目的具体研究、推广内容本项目具体研究输电线路在线监测系统，主要包括如下部分：1、输电线路在线监测终端：（1）3G图像及数据采集主机；（2）数字探测部分：
14、包括云台高速摄像机单元、覆冰重力探测单元、微气象探测单元、杆塔倾斜探测单元；（3）供电部分：太阳能电池板单元、高性能聚合物电池单元、充放电控制器单元；（4）配件部分：主机防高磁高压箱、云台摄像机屏蔽箱、相关结构配件等。2、监控中心网管系统：包括服务器软件和客户端软件。主要推广输电线路远程视频在线监测系统、覆冰在线监测系统、微气象在线监测系统、杆塔倾斜在线监测系统。视频和数据采集主机将摄像头视频数据、外力破坏数据、微气象数据、杆塔倾斜等线路数据，经过数字化、压缩编码后，通过GPRS/EDGE/CDMA1X/3G EVDO/WCDMA无线网络、internet网送到监控中心，在监控中心上对视频流和
15、数据信号进行解码，即可看到摄像头拍摄的现场视频画面，将外力破坏数据、微气象数据、杆塔倾斜等线路数据通过数字和图表形式直观显示在屏幕上。具体为，通过远程数据图像采集器采集模拟视频信号及外力破坏数据、微气象数据、杆塔倾斜等线路数据，然后把图像数据及数据进行数字化压缩编码，最后利用GPRS/EDGE/CDMA1X/3G EVDO/WCDMA无线传输模块将图片及现场数据以IP包的方式发送到数据监控服务器。监控服务器和监控客户端分别是装有远程监控服务端软件和客户端软件的PC机，它们都连接在互连网络上，由于远程图像及数据采集器没有固定的IP地址，所以客户端主动去浏览监控图像和设置监控参数都是通过服务器来中
16、转的。 监控中心通过图像及数据监控客户端实时浏览观测各监控点的现场情况，维护监控人员通过从现场发送来的视频、图片、覆冰重力探测、微气象、杆塔倾斜等数据进行分析比对，如出现异常的预警信息，即立刻做出相应的应急处理，以确保高压线路的安全运行。（二）技术关键及针对解决问题本项目的技术关键主要是图像数据采集压缩编解码技术、3G无线公网数据传输技术、传感器探测技术、太阳能及蓄电池供电技术、信号处理及诊断技术、报警阀值评价标准、电子低温环境加热技术、监控中心服务器软件管理技术、系统防高磁高压抗干扰技术等技术问题。1、图像数据采集压缩编解码技术远程图像数据采集主机是整个系统的心脏，是开发设计的关键，集图像数
17、据采集压缩编解码技术及3G无线公网数据传输技术等关键技术，本项目采用H.264+优化压缩编码技术、单卡3G通道传输技术、网络编码自适应技术等技术；基于高性能DSP平台,采用ARM嵌入式设计思路,支持多种网络传输协议,支持动态域名解析可与PPPOE上网链路轻松接入；支持双向语音传输,支持高清视频传输，支持图片实时抓拍，解决超远距离无线图像传输的问题。其主要包括： H.264+优化后压缩编码技术；多线程处理等技术；网络编码自适应技术；流媒体转发技术；数字模糊算法模型技术等。其技术指标要求如下：（1）嵌入式设计，内置CDMA或GPRS或EDGE无线MODEM，独立工作，体积小，功耗低，高可靠（2）硬
18、件发送，软件接收（3）2路视频输入，内置双模式视频压缩编码器，压缩模式可在线选择，最高分辨率704x576(PAL)（4）压缩编码器-1：高质量CAMEC-I/II活动视频压缩编码，64x64-704x576（5）压缩编码器-2：JPEG静止图像压缩编码，64x64-704x576（6）传输速度： 彩色320x240/GPRS Class10 - 平均0.5帧/秒，最高2帧/秒（7）彩色320x240/CDMA2000-1X/EDGE - 平均5帧/秒，最高15帧/秒（8）彩色640x480/CDMA2000-1X/EDGE - 平均0.5帧/秒，最高2帧/秒（9）内置CDMA/GPRS/ED
19、GE/3G通讯控制协议及TCP/IP协议（10）支持动态或固定IP地址方式，支持域名解析，多种触发启动模式（11）2路双向辅助串行口可控制云台镜头，可连接串行用户设备（12）支持双向测控数据复用，1路视频+2路双向串行数据可同时传输（13）两路数字量输入/输出，支持外部开关量触发，支持报警前后现场录像（14）支持事件短信提示（15）接收软件支持网络客户端共享浏览2、3G无线公网数据传输技术3G无线公网数据传输技术是第三代移动通信技术的简称是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，是一项全新的网络技术，可以为治安防控提供视频图像和声音，同步实现数据的远程采集、传输、储存和处理功能，具有传输距离远、
20、速度快、抗干扰能力强、无需铺设电缆、投资成本低等优势。数据传输原理如下图所示，在移动3G信号覆盖区域内，充分利用3G公共网络通信平台，实现中心对多点的数据传输；在无移动信号覆盖区域内，可以借助无线数传电台，通过无线与无线的接力，实现数据传输。数据传输原理图3、传感器探测技术传感器是“高压输电线路在线监测系统”的首要部件，是能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器应准确的和快速地响应被测量的各种各样的变动，主要通过其两个基本特性静态特性和动态特性来反映被测量的这种变动性。“高压输电线路在线监测系统”的传感器主要采集视频数据，外力破坏告警等数据；4、太阳能及
21、蓄电池供电技术；一般情况下安装输电线路野外现场的监测装置没有可供使用的交流电源，为此必须借助能量收集技术，开发独立的供电装置。目前在高压输电线路监控项目主要利用太阳能电源装置，以此解决监测装置的供电问题。太阳光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。硅系列太阳能电池中，单晶硅和多晶硅电池继续占据光伏市场的主导地位，单晶硅和多晶硅的比例已超过80%，而这一发展趋势还在继续增长。越来越多的电子设备开始运用太阳能这一取之不尽用之不绝的能源。太阳能电源由太阳能电池板、蓄电池及充放电控制器。充放电控制器的功能是将太阳能电池板供给的电压转换
22、成稳定直流电压，给监测装置供电，并给蓄电池充电，完成电能的存储。在夜晚无法供给太阳能或阴天等气候情况太阳能供给不足时由蓄电池继续给监测装置供电。供电系统关系到整个系统的生死，因此供电系统的是否稳定决定了整套系统能否成功运行。其技术指标要求如下：（1）计算好整套设备包括主机、云台摄像头的用电特性，高峰值与低峰值；（2）设计好太阳能电池板的功率、电流大小；（3）考虑到晚上及阴雨天的情况，对电池选取高性能聚合物电池；5、信号处理及诊断技术；对传感器采集道德信号进行处理分析的目的是抑制干扰和提取信号特征，其方法可分时域分析、频域分析等。诊断技术的发展趋势是传感器的精密化和多维化、诊断理论与诊断模型的多
23、元化、诊断技术的智能化。其中，智能诊断方法有模糊逻辑、神经网络、进化计算和专家系统等；以特征量性质的诊断方法有阀值诊断、时域波形诊断、频域特征诊断和指纹诊断等6、报警阀值评价标准；对于运行单位目前的最关心的是报警阀值问题，由于故障诊断的阀值目前主要来自物理电极模型的模拟实验结果。从目前情况来看，阀值的取值通常采取以下两种方式：一种是在新设备投运前安装“ 高压输电线路在线监测系统”同时投运，或采用自警式电气设备（在输电线路设施制造过程中将” 高压输电线路在线监测系统”与设施融为一体），可把投运时的数据作为指纹特征，然后参考相关设备设计规范的最大值作为阀值；二是在已投运设备上再安装“ 高压输电线路
24、在线监测系统”，其阀值只能按照已有的运行经验和参考同类设备安装” 高压输电线路在线监测系统”后，连续监测的数据变化规律或已发生事故的数据来确定。随着“ 高压输电线路在线监测系统”的推广应用，在掌握大量数据变化规律与设备故障的实践经验后，最终制定出不同输电线路设备的报警阀值范围。7、电子低温环境加热技术；本技术主要针对电子设备在北方低温下开机所需加热升温，解决电子设备在低温状态下无法正常使用以及现有耐低温部件成本高的技术问题。在主机及屏幕内所需加热的所有器件和部件上放置薄膜加热片，薄膜加热片在主机及屏幕内呈多点、不同平面上分布，薄膜加热片有两只引脚，接直流或交流电源。薄膜加热片的形状与被加热器件
25、相匹配，薄膜加热片通过耐高温导热胶固定在被加热器件表面。实现了电子设备器部件在低温条件下可正常工作，经检测，设备一般可在-40-60工作。8、监控中心服务器软件管理技术；控制中心的设计相对于监测站的设计开发来讲较为简单，硬件设计少，除了普通微机（或工作站、工控机）外，还需要网络接入设备（若无线通信采用自行设计的模块实现，则须开发专用的无线网卡插入微机主板的预留总线插槽中）。控制中心的设计开发主要集中在应用软件的设计开发上，一般是基于Windows操作系统的。当前用于此类软件开始、调试的工具较多，且功能强大，给控制中心软件的设计带来便利。本项目是具有联网中的平台，软件技术是核心，今年的发展是的这
26、两项的应用非常普遍，上位机的报警中心已有各种应用，为本项目的实现奠定了基础。（三）技术指标需要研发试制出输电线路在线监测系统各个子单元：（1）3G图像及数据采集主机；（2）覆冰重力探测器；（3）微气象探测器（4）杆塔倾斜探测器；（5）太阳能电池板；（6）高性能聚合物电池；（7）充放电控制器；（8）主机防高磁高压箱；（9）云台摄像机屏蔽箱;（10）关键结构配件；（11）上位机包括服务器软件和客户端软件。（四）预期成果和提供的形式1、研发一整套实用的“输电线路在线监测系统”“输电线路在线监测系统”下位机系统包括：3G图像及数据采集主机、云台高速摄像头、覆冰重力探测器、微气象探测器、杆塔倾斜探测器、
27、太阳能电池板、高性能聚合物电池、充放电控制器、主机防高磁高压箱、云台摄像机屏蔽箱、相关结构配件等。上位机包括服务器软件和客户端软件。系统达到功能如下：1. 视频采集：系统采用专业云台恒速球摄像机，具有抗干扰、耐高低温、图像清晰、监控距离远等特点。2.数据采集：系统可以采集覆冰重力探测数据、微气象数据、杆塔倾斜等线路数据，通过无线公网传输到监控中心，并作出分析判断。3.遥视遥控：监控中心可远程控制观看、拍照和录像，可控制云台，设置远端设备相关参数；4.预警功能：系统具有预警功能，当有告警时可同时启动摄像机拍照或录像；5.通讯方式：3G/GPRS/EDGE/CDMA1X通讯网络6.供电方式：系统采
28、用便捷的太阳能蓄电池供电方式及电源管理功能。7.性能稳定：系统高稳定性，保证设备正常运转；8.安装方便：系统应能不停电即可安装，安装地点灵活方便。9.抗高低温：系统自身能在高温、低温条件下工作，具有对摄像机及云台的自动加热功能；10.电磁兼容：系统安装在线路塔基上，可以抗电磁干扰，电磁兼容强。11.防雷设计：具有防雷设计。12.防水防腐：具有防水防腐蚀设计。2、本次项目完成后以如下形式体现：（1）研究报告：包括可行性报告、技术方案书、设计图纸、安装使用说明书等；（2）全套设计制造技术资料；（3）安装2套“输电线路在线监测终端”；（4）安装1套“监控在中心网管系统”；需要安装的输电线路在线监测系
29、统包括：2套输电线路在线监测终端，包括图像数据采集主机、云台高速摄像头（枪机摄像头）、太阳能板、高性能聚合物电池、充电保护板、主机防高磁高压箱、云台摄像机屏蔽箱、相关结构配件等）；1套监控中心软件系统：包括中心服务器软件、客户端软件；三、拟采取的研究方法和技术路线（一）研究方法1、调研确立需求：组织输电线路管理及维护相关人员调研，整理详细需求；2、研读相关资料：资料收集国内外相关技术研究资料，学习、消化、吸收、借鉴国内外优秀成果；3、确立可行方案：组织讨论项目的可行性，确立可行性方案；4、设备设计实验：组织研发人员设计、开发硬件设备；5、软件设计实验：组织研发人员设计、测试软件设备6、建立试验
30、点：最重要建立试验点，在实际环境中测试数据，不断修正改良，直至稳定。7、时时跟踪，实施完善。8、项目总结与验收。（二）技术路线“输电线路在线监测系统”是在传统监测监控系统的基础上，结合当前无线数据通信技术和信息处理技术而发展起来的新型监控系统。一般而言，现有的无线远程监控系统，大都符合“控制中心监测站”的构建模式。控制中心是整个系统运作的核心，负责收集各监测站上传的监测信息，发送各种操作命令以控制监测站的行业。监测站被布放于远离控制中心的各监测点处，负责完成信息的采集和响应控制中心发出的控制命令。控制中心可用普通微机、工作站或工控机实现，软件开发可靠基于现有的Windows或Unix操作系统。
31、监测站的设计实现可根据不同的应用目的和应用环境，采用特定的技术形式，比如单片机、DSP或者Intel X86系列的微处理器等。无线远程监控系统的组网方式也很灵活，可利用现有的无线通信网，如GSM/GPRS网络、CDMA移动网络等，也可单独搭建专门的无线局域网。下面系统地讨论无线远程监控系统设计开发时涉及到的一些核心技术，主要包括三个方面：监测站的设计开发、无线网络的组建和控制中心的软件设计。1、远端站的设计实现 远端站的设计与实现是整个无线远程监控系统研制开发的重点，远端站对信息数据处理的能力和精度将影响整个系统的最终性能。在整个开发过程中，远端站的设计是工作量最大、所需时间最长的一部分。监测
32、站处于工作现场，只完成数据的采集、处理和控制，任务相对单一、固定，无须用詙大的台式机来完成；考虑到节能和布放方便，远端站为嵌入式系统。根据整个无线远程监控系统所要实现的功能，和对数据处理与对传感器控制能力的要求，远端站设计的复杂程度和采用的具体技术是不一样的。基于DSP的设计实现方式：众所周知，DSP的数字处理方面能力较强，技术已经很成熟，能处理各种运算的通用、专用芯片也很多。以DSP为核心设计开发的监测站，可以完成高速率数据处理，保证系统实时性方面的要求。这类设计方案一般适用于数据处理运算量比较大，实时性要求高而对控制能力要求相对较低的监控系统。与以单片机为基础的监控系统不同的是，DSP除了作控制器以外，还可兼作数据计算、编/解码之用。对于较复杂的编/解码以及压缩解压运算（比如对图像视频数据的处理等）是否仍由DSP完成，须综合考虑。若DS
