Способ цифрового управления процессом мониторинга, технического обслуживания и локального ремонта ВЛ и система для его осуществления
METHOD OF DIGITAL CONTROL OF THE PROCESS OF MONITORING, MAINTENANCE AND LOCAL REPAIR OF OPL AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к способам и системам управления процессом мониторинга, технического обслуживания и локального ремонта воздушных линий электропередачи (ВЛ).
Из уровня техники известна система трёхмерного мониторинга линии электропередачи, которая включает в себя диспетчер связей, средства мониторинга,  определяющие электрические параметры ВЛ, сервер, осуществляющий  хранение данных о состоянии ВЛ и трёхмерного представления состояния ВЛ, наземную станцию, связанную с средствами мониторинга по протоколу TCP/IP через Wi-Fi и содержащую запоминающее устройство, дисплей и устройство ввода пользователя (патент CN 203466628 на полезную модель «Intelligent electric power monitoring system having three-dimensional view», дата приоритета 04.09.2013, дата публикации 05.03.2014). Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного технического решения является невозможность использования широкого спектра диагностических устройств и оперативного реагирования на обнаруживаемые ими дефекты, отсутствие полного детального представления о текущем состоянии линии электропередачи, невозможность осуществления автоматического обслуживания и ремонта ВЛ.
В отличие от прототипа, заявляемое изобретение предоставляет возможность заранее планировать алгоритм диагностики и получать цифровую модель линии электропередачи с отображением на ней нанесенного слоя реальных дефектов, то есть совокупности всех дефектов, обнаруженных на ВЛ.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является снижение средней частоты появления повреждений в системе электроснабжения и, как следствие, продолжительности отключения ВЛ, снижение средней частоты и продолжительности отключения одного потребителя.
В части способа заявленный технический результат достигается тем, что способ цифрового управления процессом мониторинга, технического обслуживания и ремонта воздушных линий электропередачи, включающий в себя сбор и хранение информации о параметрах ВЛ при помощи датчиков и её трёхмерное представление, согласно изобретению сбор информации также осуществляют как с помощью обслуживающего персонала, так и с помощью роботизированных устройств, хранение информации о состоянии элементов ВЛ осуществляют в пополняемой информационной системе в виде цифровой модели ВЛ, состоящей из трехмерных моделей элементов ВЛ и отражающей текущее состояние элементов ВЛ с отображением имеющихся дефектов, стадий их развития, а также прогнозируемого времени возникновения возможных дефектов, цифровая модель ВЛ при этом характеризуется детализацией исполнения до уровня крепежных элементов ВЛ, привязанных к координатам геоинформационной системы, автоматически формируют поэлементный отчёт, содержащий структурированный список дефектов элементов ВЛ с указанием их типов и элементов, на которых они локализованы, с предоставлением визуализированных данных диагностики, а также данных о технико-экономическом состоянии линии электропередачи.
В части системы заявленный технический результат достигается тем, что система цифрового управления процессом мониторинга, технического обслуживания и ремонта воздушных линий электропередачи,  содержащая датчики, определяющие текущие параметры ВЛ, средство трёхмерного представления, отображающее средства мониторинга состояния ВЛ и визуализирующее текущие параметры ВЛ, фиксируемые этими средствами мониторинга, наземную станцию, связанную с средствами мониторинга и содержащую запоминающее устройство, связанное с средством трехмерного представления, дисплей, устройство ввода пользователя, согласно изобретению включает в себя экспертную систему распознавания и классификации дефектов линии электропередачи, а также средства отслеживания и прогнозирования развития дефектов, при этом система выполнена с возможностью автоматического, полуавтоматического или ручного создания, моделирования, запуска на исполнение, отслеживания и корректировки по ходу выполнения диагностических, обслуживающих и ремонтных миссий, представляющих собой алгоритмы мониторинга, обслуживания и ремонта для роботизированных устройств, а также задач по устранению дефектов для ремонтных бригад, при этом выполняемые миссии и задачи синхронизируются с мобильным приложением, предоставляющим обслуживающему персоналу визуальную информацию о расположении локальных дефектов и дающим возможность вносить изменения в цифровую модель ВЛ о текущем состоянии элементов ВЛ.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
Фиг. 1 иллюстрирует блок-схему способа и системы цифрового управления процессом мониторинга, технического обслуживания и локального ремонта ВЛ согласно примерному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 2 представляет собой схему последовательности операций, иллюстрирующую поток данных в системе цифрового управления процессом мониторинга, технического обслуживания и локального ремонта ВЛ согласно примерному  варианту реализации изобретения.
Вариант осуществления изобретения, который может быть использован в заявленном способе и системе цифрового управления процессом мониторинга, технического обслуживания и локального ремонта линий электропередачи, описан ниже.
Система управления процессом мониторинга, технического обслуживания и локального ремонта ВЛ содержит консоль 1 диспетчера, представляющую собой персональный компьютер с установленным на нём программным обеспечением для отслеживания и управления процессами диагностики и обслуживания линии электропередачи. Для выполнения своей функции программное обеспечение диспетчера включает в себя средства 2 администрирования и средства 3 для формирования отчета. Средства 2 администрирования позволяют в режиме реального времени вести наблюдение за работой интегрированных в систему датчиков 4 (например, термодатчиков, детекторов пробоя изоляторов и т. п.), установленных на элементах ВЛ, роботизированных устройств 5 (например, беспилотных летательных аппаратов) и обслуживающего персонала.
Программное обеспечение выполнено с возможностью автоматического, полуавтоматического или ручного создания, моделирования, запуска на исполнение, отслеживания и корректировки по ходу выполнения диагностической миссии, представляющей собой алгоритм действий роботизированного устройства в процессе диагностики, а также задач по устранению дефектов для ремонтных бригад. Также средства 2 администрирования предоставляют на консоль 1 диспетчера полную информацию о состоянии линии электропередачи при помощи геоинформационной системы (ГИС) и трёхмерной графики. По запросу диспетчера система автоматически генерирует поэлементный отчет о состоянии ВЛ, содержащий структурированный список дефектов элементов ВЛ с указанием их типов и элементов, на которых они локализованы, с предоставлением визуализированных данных диагностики, а также данных о технико-экономическом состоянии линии электропередачи.
Серверная часть 6 системы представляет собой совокупность аппаратного и программного обеспечения, включающего в себя базу данных 7 о состоянии ВЛ, цифровую модель 8 ВЛ и средства 9 анализа имеющихся в системе данных. База данных 7 о состоянии ВЛ хранит в себе информацию об обнаруженных дефектах (включая уже устраненные), текущих дефектах (включая стадии их развития) и теоретически возможных. Цифровая модель 8 ВЛ является графическим отображением базы данных, содержащей в себе информацию о проектном и фактическом расположении элементов ВЛ с уровнем детализации до мелких крепежных изделий (болтов, гаек, элементов подвесок). Первоначально цифровая модель формируется в полуавтоматическом режиме по информации, получаемой из паспорта ВЛ и типовых чертежей на элементы ВЛ. В дальнейшем, в ходе работы системы, цифровая модель 8 пополняется (обновляется) реальными данными, получаемыми с датчиков 4 (например, термодатчиков, детекторов пробоя изоляторов и т.п.) и роботизированных устройств 5 (например, беспилотных летательных аппаратов), путем нанесения на цифровую модель слоев дефектов, которые зафиксированы датчиками 4 и роботизированными устройствами 5. Средства 9 анализа и прогнозирования выполняют работу с данными, получаемыми при помощи различных роботизированных устройств 5, датчиков 4, а также других устройств, используемых в качестве средств диагностики. На основании этих данных программные средства 9 способны с необходимой и достаточной точностью выявлять дефекты различных типов на линии электропередачи, а также прогнозировать их развитие. Информация, полученная в результате работы средств 9 анализа, синхронизируется с базой данных 7 о состоянии ВЛ.
Роботизированные устройства 5 для мониторинга состояния ВЛ представляют собой автоматические или полуавтоматические устройства, перемещающиеся по территории высоковольтной линии и выполняющие сбор актуальной информации об элементах ВЛ при помощи различных диагностических приборов (например, лазерного сканера, тепловизионной камеры, магнитного дефектоскопа и т. п.).
Датчики 4 (например, термодатчики, детекторы пробоя изоляторов и т.п.) представляют собой устройства, неподвижно закрепленные на различных элементах линии электропередачи и способные отслеживать различную информацию, на основании которой возможно производить анализ работоспособности ВЛ, а именно: линейное напряжение, токовую нагрузку, фазное напряжение, температуру кабеля, температуру датчика. Также сбор данных о состоянии ВЛ может осуществляться обслуживающим персоналом самостоятельно, т. е. визуально.
Также система управления процессом мониторинга содержит мобильные устройства 10 обслуживающего персонала – компактные переносные устройства, которыми оснащается обслуживающий персонал линии электропередачи. Устройства 10 способствуют ускоренному нахождению известных системе дефектов при помощи встроенных средств 11 поиска расположения известного дефекта, работающих по принципу дополненной реальности.
Все элементы системы поддерживают информационную связь между собой по любому доступному стандартизированному протоколу беспроводной и/или проводной связи при помощи коммуникационного модуля 12, представляющего собой совокупность аппаратных устройств связи.
Фиг. 2 представляет собой схему последовательности операций, иллюстрирующей поток данных системы цифрового управления процессом мониторинга, технического обслуживания и локального ремонта ВЛ, изображенной на фиг. 1, согласно примерному варианту реализации изобретения. Первым этапом управления процессом мониторинга, технического обслуживания и локального ремонта ВЛ является моделирование роботизированного устройства - создание математической модели – компьютерного симулятора 15 роботизированного устройства 5, которое будет осуществлять мониторинг линии электропередачи. Системе задают первичные данные 13 о ВЛ - координатах расположения опор линии электропередачи и о типах используемых элементов ВЛ, а также загружают в систему трёхмерные модели типовых элементов ВЛ, созданные предварительно на основании чертежей типовых элементов ВЛ 13, объединенные в библиотеку 14 3D-моделей элементов линии электропередачи и формируют экспертную систему 16 распознавания и классификации типовых дефектов, которые могут встречаться на ВЛ.
Созданные на этапе формирования библиотеки 14 элементов ВЛ 3D-модели элементов линии электропередачи, таких как опоры, поддерживающие подвески гирлянд изоляторов, гасители вибрации, силовые провода и грозозащитные тросы – на этапе 17 расстановки в цифровой модели ВЛ 18 элементов линии электропередачи привязываются к координатам геоинформационной системы.
Этапом формирования 18 цифровой модели линии электропередачи, хранящейся на сервере 6, в пакете программного обеспечения 19, которое синхронизируется с облаком 20, является совокупность процедур 13, 15 и 17.
Пакет программных средств 19 представляет собой совокупность программ для компьютера 21 диспетчера, на который установлена консоль 1, и для мобильного устройства 22 монтера, содержащего приложение дополненной реальности. Выполняемые миссии и задачи роботизированного устройства 5 синхронизируются с мобильным приложением, предоставляющим обслуживающему персоналу визуальную информацию о расположении локальных дефектов и дающим возможность вносить изменения в цифровую модель ВЛ о текущем состоянии элементов ВЛ. Компьютер 21 выполняет роль наземной станции, связанной с средствами мониторинга и содержащей запоминающее устройство, связанное с средством трехмерного представления, дисплей и устройство ввода пользователя. На этапе 23 пользователь, используя консоль 1, производит отладку алгоритма действий роботизированного устройства 5 в программных средствах 19, которые включают в себя компьютерный симулятор, состоящий из математической модели роботизированного устройства 15 и цифровой модели 18 ВЛ.
После проверки на этапе 24 алгоритма действий роботизированного устройства на возможность организовать мониторинг всех необходимых элементов линии электропередачи, выполняют его загрузку на этапе 25 на одно или несколько роботизированных устройств 5  или иных устройств, предназначенных для мониторинга линии электропередачи.
На этапах 27 и 28 осуществляется сбор данных с датчиков 4 и данных о телеметрии  устройств 5 соответственно для получения и дальнейшего анализа всех данных о линии электропередачи на этапе 29. Далее средствами 9 анализа и прогнозирования развития дефектов на этапе 30 происходит оценка вероятности существования дефекта, которая на этапе 31 сравнивается с погрешностью метода их определения, рассчитывается время, остающееся до возникновения поломки или аварии. При определении высокой вероятности обнаружения дефекта, требуется подтверждение его наличия диспетчером на этапе 32, и на этапе 33 зафиксированные дефекты сохраняются в базе данных 7 о состоянии ВЛ и в серверной части 6, и наносятся на цифровую модель 8 линии электропередачи для наглядного представления диспетчерской службе текущего состояния ВЛ.
Все данные о текущем состоянии линии электропередачи вместе с нанесенными на цифровую модель 8 дефектами загружаются в приложение дополненной реальности мобильного устройства 10 обслуживающего персонала, являющееся средством трёхмерного  представления. С помощью данного приложения пользователь получает возможность быстрого поиска расположения известного дефекта для определения места локального ремонта линии электропередачи, посредством включения мобильного приложения возле ВЛ.
Обслуживающий персонал осуществляет проведение ремонта или технического обслуживания линии электропередачи на этапе 34 и затем подтверждает устранение данного дефекта на этапе 35. Осуществление оперативного мониторинга, технического обслуживания и ремонта ВЛ является главной целью развертывания данной системы, достигаемой на этапе 36 окончания процесса мониторинга.
Данное изобретение может быть использовано для проведения цифрового управления процессом мониторинга и технического обслуживания ВЛ в реальном времени или после формирования полного отчета о мониторинге.