【IWS-E】输电线路微气象监测系统行业解决方案V2.0
【IWS-E】输电线路微气象监测系统
解决方案V2.0
1.1 项目背景
随着电网的发展延伸,通过复杂地形及恶劣气候条件地区的输电线路日益增多。近年来 我国电网主干线 500 (330、220、110) kV 线路因气象原因发生倒塔、断线事故大量增加。
产生上述事故原因之一是设计时对微地形、微气象的认识不足，对沿线风口、峡谷、 分水岭等高山局部特殊地段的气象资料掌握不够。在一条几十千米至几百千米长的送电线路 中，山岭纵横、海拔高程悬殊，气象变化显著，小气候特点十分突出，邻近气象台站的观测 记录，不能满足微地形地段线路的设计、维护需求。因此，使用合理的气候指标值和充分利 用气候资源，不但可以预防灾害，还可以得到很大收益，如在设计线路时根据气象资料设计 相关的线路及措施，可避免过度设计造成的资源浪费，即节省了人力、又节省了物力。
针对这一情况，国家电网公司、 电力科学院、设计院等单位联合制定了电力气象观测 业务规范、技术标准等，在全国各省的电网公司按照此规范推行输电线路气象监测系统。
1.2 系统设计原则
1) 兼容性原则。
系统提供灵活的设置，可兼容国内外各种传感设备，进行数据采集与处理，在保证 功能的前提下，可以最大限度降低系统成本。
2) 易用性原则。
系统使用人员范围广，使用人员的计算机水平层次不一，很多地方缺少计算机专业 人员，该系统做到操作简便，维护简单，易学易懂。
3) 可靠性原则。
硬件设计时具备操作与安全保护机制，最大限度减小用户误操作导致的错误或损失。 采用可靠稳定的数据传输系统，采集中心以查询方式主动调取采集器数据，具备心跳机 制，断线重连机制等，保证各项性能可以长时间稳定运行。
4) 安全性原则。
系统的用户根据业务的需要，具有不同的安全级别及操作权限，系统能充分发挥操 作系统、数据库、应用软件三层安全保证措施，以保证数据的安全性。
5) 易二次开发、易维护性原则。
采用封装技巧，建立稳定的底层工具，核心技术文档随系统发布等手段，使具有基
本技术水平的系统维护人员可以在一定程度上对系统进行较复杂的维护及一般性扩充。
6) 环保节能原则。
采用无污染优化的电源管理设备，可控的系统功耗。高效节能，以较小的风光互补 电源系统即可实现应有功能。
通过增加微气象监测系统件建立可以全面实时掌握变电站气象环境实时状态，为运行维 护提供操作支撑，及时发现和消除潜在危险，减少现场人员施工巡检难度，大大提高运维人 员工作效率。
2.3.3.18.3 监控系统不具备实时监视：工业水池和消防水池等水池、水井的水位及管 道流量，阀厅、控制楼设备间、保护小间、重要设备、区域的温湿度， 可根据变电站重要 程度考虑增加。
输电线路微气象监测系统是一套针对输电线路走廊局部气象环境监测而设计的多要素微气象监测系统。可监测环境温度、湿度、风速、风向、雨量、气压、辐射等气象参数，又 可根据用户需求定制其他测量要素，并将采集到的各种气象参数及其变化状况，通过有线传 输 RS232、RS485、USB 或 3G、GPRS、WiFi 无线网络实时的传送到监测中心，监测中心可对 采集到的数据进行存储、统计与分析，并将所有数据通过各种报表、统计图、曲线等方式显 示给用户。对存在不安全因素的输电线路及时进行多种方式报警，为决策指挥提供依据，同 时也提示管理人员应对报警点予以重视或采取必要的检修和预防措施。输电线路微气象监测系统是智能电网输电环节的重要组成部分，是实现输电线路状态运 行、检修管理、提升生产运行管理精益化水平的重要技术手段。
3.2 系统结构
输电线路微气象监测系统是由：气象传感器、数据采集仪、通讯设备、供电设备、气象 风干、气象软件等组成。可同时监测诸多气象要素：如风速、风向、空气温度、空气湿度、 大气压力、雨量、水位、土壤温度、土壤湿度、太阳辐射量、照度、紫外等 (观测气象要素 可根据用户需求配置)。
气象数据采集仪可接 16 路气象要素 (可扩展通道)，具有高清液晶屏显示要素数字，可 直接观看 。系统内置大容量 FLASH 存储芯片可存储一年以上的气象数据； 多种通讯接口 (/RS485/USB) 可以很方便的与计算机建立有线通讯连接。供电可选用市电也可选用太阳能 供电 (适用于野外)，
常规气象风杆：
2.5 米不锈钢三角风杆、2.5 米 (橘色) 直立式风杆、
3.5 米 (红白相间) 直立式风杆、
10 米 (红白相间) 直立式风干、等. (客户可根据现场环境定制气象风杆)
气象数据中心软件：
支持无人值守、能自动定时下载、记录并发布气象数据；
支持自动气象站多点组网，数据传输稳定可靠；
支持实时数据图形化显示，生动形象、界面友好；
支持 Access、MySQL、SQL Server、DB2、Oracle 等主流数据库；
支持数据查询、统计功能，可将查询统计结果打印、导出、图表化显示； 支持数据导出为：文本、网页、图片、Excel 电子表格、PDF 文档等； 支持二次开发、提供二次开发包；
3.3 具体结构图如下
数据采集中心计算机与现场观测站之间的组网方式可采取有线传输(RS232、RS485、USB) 方式来传输监测观测站点的各要素数据，中心计算机可与多个从设备之间进行数据的传输， 远程更新、远程、远程调试等相关的操
3.4 系统仪器主要特点及介绍
系统主要组成部分有：气象传感器单元、电源模块、自动气象数据采集仪、监测系统通 讯模块、数据采集中心计算机，系统仪器均具有以下特点：
1、 传感器采用高精度、高性能的气象传感器，数据测量准确度高，误差率小，且安全
可靠，传感器采用RVSP 屏蔽双绞线接连数据采集仪。
2、采集仪采用直流适配器供电，采用高效无污染的电源管理设备，以较小的风光互补 电源系统即可实现应有功能。
3、气象数据采集器除了具有数据采集功能外，还具备数据分析处理、运算、存储等多 项功能。 内置的存储芯片可至少保存 2 万条数据。数据系统采用工业级和军品级芯 片组，具有极强的环境适应性。在可靠性设计上充分考虑了整机的耐高温、抗严寒、 防腐蚀、防雷击等性能。
4、有线通讯方式，用户可连接 RS485 转 RJ45(以太网模块)。RS485 采用RVSP 屏蔽双绞 线送到交换机控制室连接 RJ45 (以太网模块) , RJ45 (以太网模块) 在连接到交换 机上面，把数据送到内部网。
5、中心计算机软件操作界面清晰简单，不仅能为客户实时显示各种气象数据，还可对
采集到的数据进行存储、统计与分析，可将所有数据通过各种报表、统计图、曲线 图等方式显示给用户。通过中心计算机软件可对远处监测系统进行远程更新、远程 配置、远程调试等相关的操作。如客户有自己的后台接收软件，采集仪可根据客户 后台软件接口进行更改，可直接按照客户软件接收格式发送数据。
3.5 配置一览表
IWS-E 输电线路微气象监测系统
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类型 |
名称 |
型号 |
作用/说明 |
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传感器 |
风速传感器 |
YJ-FS100 |
风的速度，风的大小，根据风级表 |
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风向传感器 |
YJ-FX100 |
风吹来的方向，16 方位 |
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大气湿度传感器 |
YJ-H100 |
空气中的潮湿度 |
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大气温度传感器 |
YJ-T100 |
空气中的冷热度 |
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大气压力传感器 |
YJ-P100 |
大气层中物体受大气自身重力作用于 物体上的压力 |
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雨量传感器 |
YJ-RL305 |
降落到水平面上的雨水容量 |
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传感器/选配 |
YJ- |
选配 PM2.5/噪声传感器 |
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防护罩 |
百叶箱 |
YJ-T-L100 |
放置温度、湿度、压力传感器不受太 阳直射或雨淋，并保持通风的白色箱 子 |
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采集仪 |
数据采集仪 |
IM800/IM900 |
现场气象站数据储存、记录、采集等 功能 |
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软件 |
软件 |
DCS-V3.1 |
数据分析、处理、显示、统计、打印、 报表等功能 |
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供电 |
市电 |
YJ-PA220C |
市电供电 200V |
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太阳能供电 |
YJ-SPCS |
利用太阳给蓄电池充电，蓄电池给采 集仪供电，低碳环保 |
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通讯 |
有线 RS485 |
YJ-MRS485 |
有线 RS485 两线制，通讯距离 500 米 |
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无线 GPRS 模块 |
YJ-MWLG1 |
将气象数据传送到网络在送到气象工 |
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作室 |
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支架 2.5/3.5/10 米可选，防护箱 |
YJ-F2.5/3.5/10D |
气象站支架，用于安装传感器及防护 箱，防护箱放置气象主机，放置雨淋 日晒 |
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防雷 |
避雷设备 |
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用于防雷 |
4 、IWS-E 输电线路微气象监测系统介绍
4.1 气象传感器传感器：
4.4 气象站通讯系统
支持外扩 GPRS、WIFI、4G、ZigBee、蓝牙、CAN、以太网、光钎等多种通讯块；
支持外网数据转发，在网络通讯方式下，无需固定 IP、无需申请动态域名、无需做复杂的 端口映射设置，数据可直接穿透内网；
注：通讯功能根据实际需求选配。
4.5 数据显示
可通过采集仪液晶屏查看气象数据；
安置温度、湿度、压力、二氧化碳、PM2.5、噪音传感器使其免受太阳直接辐射，而又保持 适当通风的白色白箱子，作用是防止太阳对传感器的直接辐射和地面对仪器的反射辐射，保 护传感器不受强风、雨、雪、外部环境影响、并是传感器感应部分有适当的通风，能真实的
感应外界空气温度和湿度的变化。
推荐 2 米白色风杆 (适用于各种气象站使用)
4.8 气象数据中心软件
操作简单、可无人值守，软件可定时下载、记录、发布气象数据；
支持串口、网络等多种通信方式；
支持多个设备组网，可同时与多个设备通信，数据采集效率高；
实时数据图形化显示，生动形象、界面友好；
支持浏览器查看数据；
支持 MySQL、SQL Server、Access、DB2、Oracle 等主流数据库；
支持数据报警功能 (提示框、声音警报等) ；
支持数据查询、统计功能；
支持数据打印、图表化分析显示功能；
支持数据导出 (文本、网页、图片、Excel、PDF 等文件格式) ；
支持二次开发、提供二次开发包。
注：软件可提供定制服务。
5.1 各类传感器预埋及安装要求
各传感器预埋要求及安装位置依据【IWS】气象风杆安装手册要求而定。
5.2 观测站土建施工要求
1、观测站支架安装
观测站支架结构形式和基础土建施工图见图 1，其中监测系统数据采集仪防护箱箱
顶高度应低于 1.3m
图 1 观测站支架结构形式和基础土建施工图
2、雨量桶安装地基施工
观测站雨量桶安装地基及预埋件 (膨胀螺丝) 见图 2
1、通过 GPRS 无线通讯模块实现了荆门 500KV 斗孝一回输变电线路 0002#~0006#高架塔 风场环境数据的实时远传和监测 (监测中心计算机设在国网电力科学研究院武汉高电压 研究所) ；
3、监测系统实现了无人职守的长期自动工作模式，电源供给采用高供电能力的 12V 100AH 阀控式密封铅酸蓄电池和两块 30W 多晶硅太阳能电池板综合供电，保证了风场监 测系统的可靠能耗供给；
4、风场监测用风速传感器、风向传感器为气象专用传感器，其测量量程大、精度高、 性能稳定，具有很好的环境适应能力；
应客户武汉高电压研究所的要求并根据项目实施特点，该风场监测系统具有以下特色功 能：
2、FLASH 芯片最大擦写寿命：可支持 100000 次的擦写。
软件方面
1、除宇佳自动气象站中心气象软件 2.0V 的既有功能外，增加了 5 秒钟存储一次风速数据(风 速数据包括 5 秒内最大风速，平均风速值，最小风速) 功能。
2、可根据客户具体要求或需求灵活实现更多附加软件功能。
监测系统配置
1、硬件配置：16 通道数据采集仪、GPRS 无线通讯模块、高精度风速风向传感器、阀控式密 封铅酸蓄电池、太阳能电池板，数据采集仪、蓄电池防护箱等。
2、软件配置：宇佳自动气象站气象中心软件 2.0 及以上版本。
3、系统框图：
以下是整个风场监测系统通讯实现框图，图 1 多级系统组网通讯模式。
图 1 风场监测系统组网通讯模式
