输电无线中继

技术发明奖项目名称面向过程工业自动化的新一代无线网络技术推荐单位(或推荐专家)中国科学院沈阳分院封锡盛院士胡永康院士完成单位中国科学院沈阳自动化研究所完成人及其创造性贡献于海斌负责总体技术路线设计、技术架构与标准体系建立.
组织制订了用于过程工业的无线网络WIA-PA国家标准.
曾鹏负责新一代无线网络技术架构设计,及高可靠通信和低功耗运行等关键技术研究.
梁炜参与新一代无线网络技术架构设计和高可靠通信等关键技术研究,提出了自适应跳频机制,以及路由、调度和功率控制联合优化方法.
王天然负责组织构建了WIA-PA技术体系,在工程实施期间,重点指导示范工程、产业化的技术路线确定和方案优化.
王忠锋参与新一代无线网络高可靠、高实时通信等关键技术研究,提出了路由、调度和功率控制联合优化方法.
赵雪峰提出了用于工业监测应用的多级休眠和唤醒策略,降低了网络的占空比建议.
负责了新一代无线网络核心设备软硬件研发,完成了无线网络技术验证、中试、示范工程建设与推广应用.
针对过程工业自动化的应用需求,自主研发了一种适合在恶劣工业现场环境使用的高可靠、高实时、低功耗无线网络技术.
主要技术内容包括:(1)提出基于MESH+STAR混合拓扑结构的过程工业无线网络,通过扩展IEEE802.
15.
4超帧结构,设计了实现簇内通信和簇间通信的超帧结构,实现了网络的高效分层管理;(2)针对工业现场存在大量多频窄带干扰的问题,研发出基于自适应跳频的高可靠通信技术,使无线数据传输的可靠性达到99%;(3)针对无线网络多跳数据传输的端到端通信时延不确定问题,研发出基于时间、频率联合调度的高实时通信技术,实现百点规模网络平均传输延时低于1秒;(4)针对无线网络中节点电池独立供电以及工业应用的长期工作要求,研发出基于精准时间同步和事件驱动的低功耗运行技术,在秒级通信频率下,平均功耗低于0.
6毫瓦,使用普通1800毫安时锂电池,可工作1年以上.
经第三方权威机构测试,可靠性和功耗指标均达到了国际同类产品的先进水平,传输时延指标超过了可见报道的国际同类产品.
经鉴定专家组专家鉴定,认为是我国在这一领域的代表性工作,整体技术达到国际先进水平.

本项目已获授权发明专利7项,完成国家标准1项、IEC国际标准1项,为我国在国际自动化领域标准制定取得了话语权,成为国际上公认的主流过程工业无线网络技术之一.
上述成果,已经被多家企业选用,开发出新一代工业无线智能仪表、石油监控设备,并在化工、石油等行业得到应用.
对于促进我国仪器仪表行业的产业升级和推动我国工业节能减排目标的实现,具有重大意义,经济、社会和环境效益显著.

推广应用情况面向过程工业自动化的新一代无线网络技术而开发的网络协议和通信模块,主要情况如下:1)为江苏红光仪表厂有限公司开发了无线温度变送器、无线压力变送器、无线执行器、无线液位计、无线电流转换设备、无线中继、无线网关等产品,并且在2009年开始市场销售.
2)为北京伯仲佳和石油技术开发有限公司开发了无线功图测试仪、无线电量监控器、无线智能数据终端、无线温度变送器、无线压力变送器、无线中继、无线网关等产品,并且在2010年开始市场销售.
3)为北京天宇蓝翔科技发展有限公司开发了无线温度变送器、无线压力变送器、无线执行器、无线中继、无线网关等产品,并且在2009年开始市场销售.
基于面向过程工业自动化的新一代无线网络技术开发的工业无线测控原型系统,在海城渤海环境工程有限公司、江苏力达宁化工有限公司、大港油田、鞍钢冷轧三厂、上海电气集团、开原崇宏热电有限公司等进行了示范应用,展示了工业无线技术应用在节能降耗方面的优势,得到了用户的认可,取得了良好的经济效益.

应用(使用)单位名单序号项目名称用户单位联系人/电话经济效益123面向过程工业自动化的新一代无线网络技术江苏红光仪表厂有限公司北京伯仲佳和石油技术开发有限公司北京天宇蓝翔科技发展有限公司王芳/0517-86851882路翠霞/010-57325836杨午/010-57239986好论文、论著目录序号论文名称/刊名/作者影响因子年卷页码发表时间年月通讯作者/第一责任人SCI他引次数他引总次数是否国内完成1智能无线传感器网络系统02006:1-3242006于海斌07是2WIA-PANetworkandItsInterconnectionwithLegacyProcessAutomationSystem0.
8111(8):1197-12122009梁炜00是3SurveyandExperimentsWIA-PANetworkandItsInterconnectionwithLegacyProcessAutomationSystem3.
192009:343-3442011梁炜00是4基于工业无线网络WIA技术的储油罐监测系统0.
4343(5):444-4472011曾鹏00是5WIA-PA网络关键技术的设计与实现0.
30828(6):2265-22702011梁炜00是科技进步奖项目名称无人直升机输电线路自动巡检与架设系统推荐单位(或推荐专家)中国科学院沈阳分院王天然院士完成单位中国科学院沈阳自动化研究所辽宁省电力有限公司江苏省送变电公司完成人及其创造性贡献韩建达,负责项目总体方案设计,项目总体管理.
燕福龙,负责与科研单位协调技术需求,总体方案论证.
齐俊桐,系统技术总体负责,针对电力应用的飞控系统、飞机本体进行改进.
王芝茗,巡检应用技术需求分析与应用研究.
杨建龙,架线应用技术需求分析及应用研究.
吴镇炜,负责解决模块化载荷系统的设计,解决检测手段单一的问题.
卜祥志,为GIS系统与地面站软件融合做出创造性贡献.
戴磊,参与运输车、载荷系统设计,进行巡检和架设测试并拟定作业导则.
王玲,为无人机通信系统改进做出创造性贡献.
顾洪群,参与抗电磁干扰测试和航电系统改进.
张仁强,无人直升机架线系统牵引绳索选取、塔上绳索控制的设计详细方案.
本项目属于电力生产和供应领域.
电力巡线作业受地形、季节等因素影响大,突发故障后巡查速度慢,常规人工巡检效率低;架线施工受公路、铁路、地形、输电线交叉跨越等特殊环境限制,施工周期长、难度大、投入高.
针对上述问题,该项目开发出一种具有完全自主知识产权的,用于输电线路自动巡检与架设的无人直升机系统,制定了巡检和架设作业规范.
该系统由飞行器本体、自主飞行控制系统、任务载荷系统、便携式地面控制站及运输指挥车组成.

主要技术内容:1)针对输电线周围复杂电磁环境,设计出抗电磁干扰的航电系统,使无人机可在500kV及以下输电线路周边作业;2)针对山区作业环境时变风影响,研制出具有强抗风能力的控制系统,实现5级以下风力正常作业;3)针对巡线检测手段单一的问题,研制出具有主/被动稳像、可更换模块化载荷的光电吊舱,实现可见光/红外双频段巡检.
4)针对线路巡检清晰度要求,采用高分辨率照相机和高清摄像机,解决了在线和离线分析故障问题;5)针对航迹规划,研制出UltraGCS地面控制站,并集成了三维地理信息系统,可在航迹设计时自动避开输电线路、山峰等障碍;6)针对架线施工中导引绳弧垂,开发出自动脱钩装置和地面张力机,保证导引绳垂度和飞行器安全;7)针对系统野外运输、快速展开等问题,开发无人机运输指挥车系统,实现了整体系统的集成、快速运输与展开.
8)通过系统的开发及应用,完成了《无人直升机输电线路自动巡检系统技术导则》、《无人直升机输电线路自动巡检系统标准化作业指导书》、《无人直升机输电线路自动巡检系统使用维护规程》等作业规范的编制.

该项目累计进行输电线路巡检、地图更新、抢修作业600余架次,初级导引绳架设作业870余架次,并通过了辽宁省科技成果鉴定.
该项目对于提高电力施工科技水平、提高输电线路巡检效率、减少人员劳动强度及风险、保证厂矿及居民可靠供电具有重要的经济和社会效益.
该项目对于满足我国电力行业对高端装备的迫切需求,促进电网巡检与架设装备向自动化、智能化方向发展具有重要促进作用.

推广应用情况本项目的完成单位联合研制了多套无人直升机巡检与架设系统,已累计完成1500余架次的飞行应用作业.
其中,巡检系统在本溪220kV李本线、220kV元太线、220kV程徐线、66kV龙市I-II线路、鞍山±500kV呼辽直流等带电输电线路开展了巡线作业400余架次,应急抢险20余架次,GIS地图更新160余架次.
在上述巡检作业及应急抢险过程中,发现了瓷瓶爆裂、导线断股、覆冰、鸟巢、导线过热、线路走廊异常、倒塔等影响输电线路安全的隐患及故障,更新了GIS地图数据库;节约了大量的维护和数据更新成本,保障了对重点用户的可靠供电和工农、企事业及居民的正常生产生活用电.

架设系统在本溪北台、营口熊岳、湖北赤壁、江苏句容、江苏扬州等地完成输电线路架设作业900余架次、数千级铁塔的初级导引绳架设作业,在作业中克服施工现场的河流、山谷、公路、铁路、输电线路交叉跨越等特殊环境限制,实现通航状态下跨长江、京杭运河、带电条件下交叉跨越输电线路的初级导引绳牵引、施放.
节约了大量的工程经费、缩短了工程周期.
另外,协助公司其它部门完成新闻航拍10多架次.

本系统操作简便、自动化水平和集成度高、使用可靠、用户易学易用,已取得明显的经济与社会效益.
该系统的开发及应用填补了电力行业空中无人化巡检及架设高端装备的空白,对于提高电网监测水平、提高输电线路巡检和架设效率、减少人员劳动强度及风险具有重要的实际意义,将极大促进我国无人化巡线、架线系统的向智能化、自动化、实用化和产业化方向发展.