一种带电交叉跨越施工现场在线监测预警系统及方法与流程

1.本发明属于架空输电线路附近电场和气象监测技术领域，特别涉及一种带电交叉跨越施工现场在线监测预警系统及方法。


背景技术：

2.近年来，随着电网事业的快速发展，输电线路的路径变得越来越复杂，使得架空输电线路架线施工面临的带电交叉作业也越来越多；输电线路是电能传输的重要通道，是电网必不可少的重要组成部分；因此，为了减少交叉跨越线路建设造成的电力断电损失和新建线路建设的安全性，通常采用搭设跨越架的方法进行不停电施工，能够有效节约施工成本，减少施工周期；其中，在输电线路的带电交叉跨越施工中，带电线路上方的迪尼玛绳容易受到空气湿度变化的影响，当空气湿度过大时，迪尼玛绳在架线施工过程中容易受热燃烧，因此有必要考虑架线施工过程中气象条件对施工安全的影响；但是，传统的交叉跨越施工方案设计基于人工的经验设计，没有考虑施工现场的空气湿度、温度和风速等对跨越方案的影响，使得设计方案粗糙；因此，为输电线路交叉跨越施工提供有力的决策支撑，需要一个能够同步检测、自动测量及提前预警的三维可视化智能预警系统。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种带电交叉跨越施工现场在线监测预警系统及方法，以解决现有的交叉跨越施工往往基于人工经验设计，未考虑施工现场气象条件影响，安全性较差的技术问题。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
5.本发明提供了一种带电交叉跨越施工现场在线监测预警系统，包括在线气象数据采集装置、视频监测装置、人机交互界面模块、处理模块及预警分析模块；在线气象数据采集装置及视频监测装置的输出端分别与处理模块连接；处理模块与人机交互界面模块双向连接；预警分析模块与处理模块双向连接；
6.在线气象数据采集装置用于采集交叉跨越施工现场的气象数据，并将气象数据发送至处理模块；视频监测装置用于采集交叉跨越施工现场的环境视频信息，并将环境视频信息发送至处理模块；人机交互界面模块用于输入既有带电线路的电力信息，并显示既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息；
7.处理模块用于根据气象数据、环境视频信息及既有带电线路的电力信息，获取既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息，并将既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息传输至人机交互界面模块及预警分析模块；预警分析模块用于根据既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息，输出预警分析结果。
8.进一步的，气象数据包括既有带电线路附近的相对空气湿度、空气温度、风速、风向及大气压强。
9.进一步的，在线气象数据采集装置架设在交叉跨越施工现场；在线气象数据采集
装置包括温度传感器、湿度传感器、风速风向仪及气压计，温度传感器、湿度传感器、风速风向仪及气压计的输出端分别与处理模块连接。
10.进一步的，在线气象数据采集装置还包括降雨量测量装置，降雨量测量装置的输出端与处理模块连接。
11.进一步的，环境视频信息为既有带电线路附近的三维环境模型图；其中，既有带电线路附近的三维环境模型图采用将视频检测装置采集的视频图像信息，利用倾斜摄影方法处理得到。
12.进一步的，既有带电线路附近的三维环境模型图中包括既有带电线路和新建线路的交叉跨越信息、周围的实景地貌信息及杆塔形状信息。
13.进一步的，既有带电线路的电力信息包括既有带电线路的电压值及数线路的相数值。
14.本发明还提供了一种带电交叉跨越施工现场在线监测预警方法，利用所述的一种带电交叉跨越施工现场在线监测预警系统；具体包括以下步骤：
15.获取交叉跨越施工现场的气象数据、环境视频信息及既有带电线路的电力信息；
16.根据交叉跨越施工现场的气象数据、环境视频信息及既有带电线路的电力信息，获取既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息；
17.对既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息进行预警判断，输出得到预警分析结果。
18.进一步的，根据交叉跨越施工现场的气象数据、环境视频信息及既有带电线路的电力信息，获取既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息的过程，具体如下：
19.根据交叉跨越施工现场的气象数据及环境视频信息，构建既有带电线路的悬链线模型；
20.结合既有带电线路的悬链线模型及既有带电线路的电力信息，通过模拟电荷法，得到描述既有带电线路的模拟电荷信息；
21.根据描述既有带电线路的模拟电荷信息，利用叠加定理，得到既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息。
22.进一步的，对带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息进行预警判断的过程，采用将既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息与预设阈值进行比较；
23.若既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息大于或等于预设阈值，则输出报警信号并标注可能存在的危险点；若既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息小于预设阈值，则无报警信号。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
25.本发明提供了一种带电交叉跨越施工现场在线监测预警系统及方法，通过设置在线气象数据采集装置及视频监测装置，实现对既有带电线路附近的气象数据及环境视频信息进行实时监测采集；根据采集的气象数据、环境视频信息及既有带电线路的电力信息，得到既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息，并根据该电位信息进行预警，得到带电交叉跨越施工危险点预测分析结果；充分考虑施工现场气象条件影响，避免了基于人工经验设计，为输电线路跨越的安全施工策略提供技术支持和建议，操作性强，为施工设计人员提供强有力的数据支撑和分析服务，安全性好，具有广阔的市场应用场景。
26.进一步的，采用相对空气湿度、空气温度、风速、风向及大气压强综合分析既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位分布信息，由于迪尼玛绳受潮后会影响其介电常数，进而改变绝缘性能；同时，空气温度、风度风向和大气压强会影响线路的舞动角度和待建线路与既有带电线路之间的距离，能够有效监测带电交叉跨越施工现场的危险点，极大程度的保障施工人员的安全性。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明所述的在线监测预警系统的结构框图；
29.图2为本发明中获取既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息的流程图。
30.其中，1在线气象数据采集装置，2视频监测装置，3人机交互界面模块，4处理模块，5预警分析模块；11温度传感器，12湿度传感器，13风速风向仪，14压力计。
具体实施方式
31.为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
32.本发明提供了一种带电交叉跨越施工现场在线监测预警系统，包括在线气象数据采集装置1、视频监测装置2、人机交互界面模块3、处理模块4及预警分析模块5；在线气象数据采集装置1及视频监测装置2的输出端分别与处理模块4连接；处理模块4与人机交互界面模块3双向连接；预警分析模块5与处理模块4双向连接。
33.在线气象数据采集装置1架设在交叉跨越施工现场，用于采集交叉跨越施工现场的气象数据，并将气象数据发送至处理模块4；其中，气象数据包括既有带电线路附近的相对空气湿度、空气温度、风速、风向及大气压强；在线气象数据采集装置1包括温度传感器11、湿度传感器12、风速风向仪13及气压计14，温度传感器11、湿度传感器12、风速风向仪13及气压计14的输出端分别与处理模块4连接；优选的，在线气象数据采集装置1还包括降雨量测量装置，降雨量测量装置的输出端与处理模块4连接。
34.视频监测装置2架设在交叉跨越施工现场，采集交叉跨越施工现场的环境视频信息，并将环境视频信息发送至处理模块4；本实施例中，环境视频信息为既有带电线路附近的三维环境模型图；其中，既有带电线路附近的三位环境模型图中包括带电线路附近的实景地貌、杆塔形状及输电线路的布线信息。
35.视频监测装置2用于采集既有带电线路附近的实景地貌、杆塔形状、输电线路布线的视频图像信息，并利用倾斜摄影方法将采集的实景地貌、杆塔形状、输电线路布线的视频图像信息转换为三维环境模型图，之后将三维环境模型图发送至处理模块4；本发明通过设置视频监测装置，实现了交叉跨越架线施工现场的环境变化进行实时反馈。
36.人机交互界面模块3用于输入既有带电线路的电力信号，并显示既有带电线路附
近的迪尼玛绳上的电位信息；其中，既有带电线路的电力信息包括既有带电线路的电压值及数线路的相数值；本发明中，通过人机交互界面模块3输入带电线路的电压值、给定既有带电线路的具体相数值、观察既有带线电路附近的迪尼玛绳上的电场分布情况。
37.处理模块4用于根据气象数据、环境视频信息及既有带电线路的电力信息，获取既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息，并将既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息传输至人机交互界面模块3及预警分析模块5；预警分析模块5用于根据既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息，输出预警分析结果。
38.本发明还提供了一种带电较差跨越施工现场在线监测预警方法，包括以下步骤：
39.步骤1、获取交叉跨越施工现场的气象数据、环境视频信息及既有带电线路的电力信息；
40.步骤2、根据交叉跨越施工现场的气象数据、环境视频信息及既有带电线路的电力信息，获取既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息；
41.步骤3、将既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息与预设阈值进行比较，进行预警判断，输出得到预警分析结果。
42.实施例
43.如附图1
‑
2所示，本实施例提供了一种带电交叉跨越施工现场在线监测预警系统，包括在线气象数据采集装置1、视频监测装置2、人机交互界面模块3、处理模块4及预警分析模块5；在线气象数据采集装置1及视频监测装置2的输出端分别与处理模块4连接；处理模块4与人机交互界面模块3双向连接；预警分析模块5与处理模块4双向连接。
44.本实施例中，在线气象数据采集装置1架设在交叉跨越施工现场，用于采集既有带电线路附近的气象数据；其中，采集的气象数据包括相对空气湿度、空气温度、风速、风向及大气压强，并将采集到的气象数据发送至处理模块4。
45.在线气象数据采集装置1包括温度传感器11、湿度传感器12、风速风向仪13及气压计14；温度传感器11、湿度传感器12、风速风向仪13及气压计14的输出端分别与处理模块4连接；其中，温度传感器11用于采集既有带电线路附近的温度，湿度传感器12采集既有带电线路附近的相对空气湿度；风速风向仪13采集既有带电线路附近的风速和风向；气压计14采集既有带电线路附近的大气压强；本实施例中，可以根据交叉跨越现场和实际需求增加其他气象数据测量装置，例如降雨量测量装置；降雨量测量装置的输出端与处理模块4的输入端连接，用于采集既有带电线路附近的实时降雨量信息，并将实时降雨量信息传输至处理模块4。
46.视频监测装置2架设在交叉跨越施工现场，用于采集既有带电线路附近实景地貌、杆塔形状及输电线路布线的视频图像信息，利用倾斜摄影方法将采集的视频图像信息进行处理加工，得到三维环境图像模型，并将三维环境图像模型发送至处理模块4，用于后续分析既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息；本实施例，通过设置视频监测装置2，实现了实时反馈架线施工现场的变化，能够有效预测施工现场的危险点，保障施工人员的安全；同时，能够提高必要的参数数据，便于后续调整交叉跨越施工设计方案。
47.人机交互界面模块3用于输入既有带电线路的电压值、给定带电线路的具体相数值、观察既有带线电路附近的迪尼玛绳上的电位信息。
48.处理模块4用于将在线气象数据采集装置和视频监测装置采集到的数据信息进行
计算和分析，得到既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息，并将计算结果传至所述预警分析模块和人机交互操作界面模块。
49.预警分析模块5用于判断既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息是否大于或等于设定阈值；若是，则说明既有带电线路附近的迪尼玛绳存在危险点，预警分析模块发出报警信号，并在人机交互操作界面模块标注相应的危险点；若否，则说明带电交叉跨越现场没有危险点，可以正常架线施工；同时，输出预警分析结果报告。
50.本实施例还提供了一种带电交叉跨越施工现场在线监测预警方法，具体包括以下步骤：
51.步骤1、将在线气象数据采集装置1架设在被跨越的既有带电线路附近，采集既有带电线路附近的气象数据，并将采集的气象数据回传至处理模块4。
52.步骤2、将视频监测装置2放置于被跨越的既有带电线路附近，采集既有带电线路附近的地形地貌、杆塔形状和输电线路布线方式的视频图像信息，并对采集到的视频图像信息利用倾斜摄影方法进行加工处理，形成便于数据处理的三维环境模型图；三维环境模型图能够在人机交互界面显示，并发送至处理模块进行既有带电线路附近迪尼玛绳上的电位信息的计算和处理。
53.步骤3、通过人机交互界面模块输入将被跨越线路的电压值、给定带电线路的具体相数值和迪尼玛绳在架线施工过程中的运动速度；其中，给定带电线路的具体相数值为既有带电线路每相坐标信息。
54.步骤4、利用处理模块将采集的气象数据、视频信息和既有带电线路的电力信息进行汇总，并进行电位分析计算，得到既有带电线路附近的迪尼玛绳上电位信息，并将既有带电线路附近的迪尼玛绳上电位信息传送至预警分析模块。
55.本实施例中，根据交叉跨越施工现场的气象数据、环境视频信息及既有带电线路的电力信息，获取既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息的过程，具体如下：
56.步骤41、根据交叉跨越施工现场的气象数据及环境视频信息，构建既有带电线路的悬链线模型；其中，既有带电线路的悬链线模型的表达式为：
[0057][0058][0059]
其中，式中，σ0表示最低点水平应力，γ表示架空比载，h表示两悬挂点高度差，l表示导线档距，y表示输电线路随x变化的高度。
[0060]
本发明中，架空线比载是指单位长度架空线上所受的荷载折算到单位截面上的数值，其单位为n/m
·
mm2；作用在架空线上的荷载主要有自重、冰重、风荷载以及覆冰后的风比载等，相应的架空线比载包括自重比载、冰重比载、风压比载和覆冰风压比载等。
[0061]
(1)自重比载
[0062]
自重比载是指架空线自身的质量引起的比载，其大小可以认为不受气象条件变化
的影响。自重比载由下式计算：
[0063][0064]
式中，m0表示架空线单位长度质量，a表示架空线的截面积，g表示重力加速度，g＝9.80665m/s2。
[0065]
(2)冰重比载
[0066]
覆冰时的冰重由架空线承受，覆冰厚度已知时，单位长度架空线上的覆冰体积为：
[0067][0068]
若取覆冰的密度为ρ＝900kg/m3＝0.9
×
10
‑3kg/m
·
mm2，则冰重比载为：
[0069][0070]
其中，b表示覆冰厚度，d表示架空线的外径。
[0071]
(3)自重和冰重总比载
[0072]
γ3＝γ1 γ2。
[0073]
本实施例中，水平比载包括无冰风压比载和覆冰风压比载，方向作用在水平面内；欲求风压比载，需要知道作用于架空线上的理论风压。理论风压是指单位质量空气的动能在迎风体单位面积上产生的压力。理论上风压与风速和空气密度有关，根据流体力学中的伯努利方程，理论风压为：
[0074][0075][0076]
其中，w
v
表示理论风压，v表示风速，ρ表示空气密度,ρ0表示0℃，压力为101.3kpa状态下干空气密度，t表示环境温度，p表示大气压强，h
r
表示相对空气湿度，p
w
表示饱和水蒸气压强。
[0077]
(4)无冰时风压比载
[0078]
考虑到整个档距上的风速通常不一样，架空线的迎风面积形状(体型)对空气流动的影响，以及风向与线路走向见常常存在一定的角度，无冰时的风压比载按下式计算：
[0079][0080]
其中，α
f
表示风速不均匀系数，具体取值见表1和表2；c表示风载体型系数，当d<17mm时，c＝1.2，当d317mm时，c＝1.1；θ表示风向与线路方向的夹角。
[0081]
(5)覆冰时风压比载
[0082]
架空线路覆冰时，其直径由d变为d 2b，迎风面积增大，同时风载体型系数也与覆冰时不同。设计规程规定：无论线径大小，覆冰时的风载体型系数一律取为c＝1.2。
[0083]
架空线覆冰时的风压比载计算式可以表示为：
[0084][0085]
(6)无冰有风时综合比载：
[0086][0087]
(7)覆冰有风时综合比载：
[0088][0089]
本实施例中，通过上述输电线路悬链线公式和架空线比载计算公式，结合环境视频信息和气象信息就可以求得不同温度、湿度和压强等条件下的输电线路悬链线模型，便于后续的计算。
[0090]
步骤42、结合既有带电线路的悬链线模型及既有带电线路的电力信息，通过模拟电荷法，得到描述既有带电线路的模拟电荷信息；本实施例中，通过模拟电荷法获取描述既有带电线路的模拟电荷信息的过程，具体如下：
[0091]
根据既有带电线路的悬链线模型，设置模拟电荷、匹配点的位置和个数；
[0092]
建立模拟电荷方程，并进行求解，得到各个位置点模拟电荷的电荷量值；
[0093]
在输电线路的表面选取校验点，利用得到的模拟电荷的电荷量值计算校验点的电位，计算该校验点电位与输入的输电线路表面电位相对误差；
[0094]
判断相对误差与设定误差值的大小，若小于设定误差值，则输出各个位置点模拟电荷的电荷量值，得到描述既有描述既有带电线路的模拟电荷信息；若大于或等于设定误差值，则返回重新设置模拟电荷和匹配点后求解。
[0095]
步骤43、根据描述既有带电线路的模拟电荷信息，利用叠加定理，得到既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息；其中，利用描述既有带电线路的模拟电荷信息，还能够计算得到既有带电线路的电位信息；本实施例中，将获取的既有带电线路的电位信息存储在后台，用于调用查看。
[0096]
步骤5、预警分析模块将得到的既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息与预设阈值进行比较；若既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息大于或等于预设阈值，则输出报警信号并标注可能存在的危险点；若既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息小于预设阈值，则无报警信号；同时，预警分析模块输出可供编辑的预警分析结果报告。
[0097]
步骤6、设计人员根据预警分析结果报告，调整交叉跨越现场的施工方案以及给出后续的施工决策。
[0098]
本发明所述的带电交叉跨越施工现场在线监测预警系统及方法，通过设置在线气象数据采集装置及视频监测装置，实现对既有带电线路附近的气象数据及环境视频信息进行实时监测采集；根据采集的气象数据、环境视频信息及既有带电线路的电力信息，得到既有带电线路附近的迪尼玛绳上的电位信息，并根据该电位信息进行预警，得到带电交叉跨越施工危险点预测分析结果；充分考虑施工现场气象条件影响，避免了基于人工经验设计，为输电线路跨越的安全施工策略提供技术支持和建议，操作性强，为施工设计人员提供强有力的数据支撑和分析服务，安全性好，具有广阔的市场应用场景。
[0099]
上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。