Geographical Information Tools for Overhead Lines Preventive Maintenance

by J. Gomes-Mota¹, Miguel Ramos¹, A. Matos-André ^2
1Albatroz Engenharia ²LABELEC (Grupo EDP)

apresentado na CIGRÉ08 - Sessão 42 (Comité de Estudos B2) Paris, França, 25 a 29 de Agosto, 2008.

Pormenor de um modelo tridimensional com linha eléctrica

Resumo

Overhead line inspections produce data that is inherently referenced by time and geography. A spatial representation of all inspection data integrated with georeferenced asset databases depicts the current line condition in a thorough manner; the analysis of georeferenced maintenance databases over time provides a framework for preventive maintenance planning, budgeting, execution and auditing. The goal is to enhance the technical quality of service, evolving from periodic maintenance/replacement programs towards optimal allocation of resources when and where they are actually needed.

The primary geographical reference is often obtained from GPS often coupled with inertial navigation systems; secondary data sources are georeferenced asset databases, line span numbering, distance measurement sensors or relative positioning to known landmarks. The nature of the data to be represented encompasses physical issues about line elements (thermal and physical faults, equipment wear and remaining life assessment), relationships between overhead lines and other entities (line and road crossings, nearby lines), operation (catenaries estimation, weather influence, line redundancy) and line track clearance issues.

Maintaining a geographical database of detected anomalies with overhead line inspection yields an accurate and robust system to localise issues and offers an enhanced insight into causes of detected anomalies, through the identification of similarities and differences among hardware conditions, field results and environment variables: e.g., same hardware under different weather conditions or same location with different hardware. The outcome is the reduction of hardware replacement and the on-site evaluation of live power-line elements over time.

A geographically referenced database of relationships with other elements and operational conditions provides data on where to expect issues to arise and how to optimise linemen’s activities: e.g., which spans are critical when the current increases, where are the crossings with lower lines, where to enter and exit a line track for maintenance. The outcome would be the optimisation of line capacity under given ground and weather conditions and the optimal allocation of tree trimming.

Track clearance involves ecosystems that evolve near overhead lines over time and space regardless of power grid conditions. Thus, knowing line clearance, the species and local growth rate of trees, the quantity of wood and foliage near the line and the wind shielding effects provided by trees along the line all are examples of geographical-time variables fed into a process of maintenance optimisation.

The paper will focus on work developed on the OpenGIS® Reference Model framework, a set of specifications developed by an international consortium of companies, government agencies and universities. OpenGIS compliant systems interchange geographic object databases, imagery and geoprocessing services. Experimental results from transmission and distribution overhead grids are presented.

Palavras-chave

Overhead Lines (OHL), Geographic Information Systems, OpenGIS Reference Model (ORM), Quality of Service, Remaining life, Georeference, Track clearance, Thermography, GPS.

"As inspecções de linhas eléctricas aéreas produzem dados que são intrinsecamente referenciados no tempo e no espaço. A representação espacial de todos os dados de inspecção integrados com bases de dados de activos georeferenciadas descreve o estado da linha de uma maneira exaustiva; a análise das bases de dados de manutenção georeferenciadas ao longo do tempo proporciona o enquadramento para o planeamento, orçamentação, execução e auditoria da manutenção preventiva. O objectivo é melhorar a qualidade técnica de serviço evoluindo de um programa de manutenção/substituição periódico para uma atribuição óptima de recursos quando e onde os equipamentos os reclamem realmente.

A referência geográfica inicial é obtida por um receptor de GPS, frequentemente acoplado a sistemas de de medição de ângulos de atitude e acelerações (INS, Inertial Navigation Systems ou AHRS, Attitude and Heading Reference Systems); outras fontes auxiliares de localização são as bases de dados de activos georeferenciados, a numeração de apoios e vãos, sensores de medição de distância ou o posicionamento relativo a referências/marcos conhecidos. A natureza dos dados a representar inclui defeitos físicos sobre componentes das linhas (anomalias detectadas por termografia ou inspecção visual, desgaste nos equipamentos e avaliação do tempo devida restante), relações entre as linhas eléctricas aéreas e outras entidades (cruzamentos entre linhas e estradas, linhas próximas), variáveis de operação (estimação de catenária, influência meteorológica, redundância de linhas) e distância entre as linhas e os objectos circundantes.

A manutenção de uma base de dados georeferenciada de anomalias detectadas nas inspecções de linhas eléctricas aéreas traduz-se num sistema robusto para localizar pontos críticos e propicia ferramentas para aprofundar a análise das causas das anomalias detectada através da identificação de semelhanças e diferenças entre o estado dos equipamentos, as variáveis operacionais e ambientais: por exemplo, o mesmo equipamento exposto a condições atmosféricas diferentes ou equipamentos diferentes instalados no mesmo local. O resultado esperado será a redução da substituição de equipamentos e a avaliação em exploração das condições dos equipamentos ao longo do tempo

O cruzamento de bases de dados com referencias espaciais e temporais e outros elementos sobre os activos e condições operacionais deverá dar origem a previsão de onde e quando os problemas surgirão, optimizando as rotinas de manutenção: por exemplo, quais são os vãos com distância ao solo crítica quando a corrente aumenta, onde estão os cruzamentos com linhas de tensão inferior e onde entrar e sair da faixa da linha para manutenção. O resultado destas informações deverá ser a optimização da capacidade da linha dadas as condições no terreno e ambientais e a maior eficiência da poda e desbaste da vegetação.

A limpeza da faixa da linha envolve ecosistemas que evoluem na vizinhança das linhas eléctricas ao longo do tempo e do espaço independentemente das condições da linha. Por isso, o conhecimento das distâncias aos obstáculos, da taxa de crescimento das linhas, da quantidade de matéria lenhosa e folhagem próxima das linhas e o efeito pára-vento das árvores dão exemplo das variáveis espacio-temporais que devem ser incluídos num processo de optimização da manutenção.

O artigo foca-se no trabalho desenvolvido em OpenGIS® Reference Model, um conjunto de especificações desenvolvida por um consórcio internacional de empresas, organizações governamentais e universidades. Os sistemas compatíveis com OpenGIS trocam bases de dados com objectos geográficos e serviços de geo-processamento. São apresentados resultados para redes aéreas de transmissão e distribuição."