提高輸電線路系統(tǒng)可靠性的監(jiān)測(cè)控制裝置

郎慶凱，王 睿，郭志廣，趙 爽

（北京國(guó)網(wǎng)富達(dá)科技發(fā)展有限責(zé)任公司，北京100070）

電力設(shè)備的可靠性及運(yùn)行狀況直接決定整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。隨著電網(wǎng)建設(shè)的加速，電力企業(yè)需要時(shí)時(shí)刻刻對(duì)線路進(jìn)行檢修，傳統(tǒng)的巡檢手段和方法已經(jīng)不能滿足日新月異變化的智能電網(wǎng)建設(shè)，采用智能化、網(wǎng)絡(luò)化、現(xiàn)代化的技術(shù)手段——輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。而輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高低溫環(huán)境下容易出現(xiàn)裝置死機(jī)、傳感器通訊中斷或傳感器數(shù)據(jù)異常；在電磁兼容環(huán)境下容易出現(xiàn)終端死機(jī)無法自恢復(fù)的現(xiàn)象；連續(xù)陰天容易引起電池電量不足，導(dǎo)致系統(tǒng)斷電，這些問題嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的可靠性及其應(yīng)用。輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的環(huán)境比較惡劣，安裝在室外的高壓塔上，如系統(tǒng)出現(xiàn)故障，運(yùn)行維護(hù)極不方便，維護(hù)成本很高，因此 ，更需保證輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。文中設(shè)計(jì)了一種監(jiān)測(cè)控制裝置，大大提高了輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。

1 監(jiān)測(cè)控制裝置的組成

監(jiān)測(cè)控制裝置組成框圖如圖1。

1．1 CPU系統(tǒng)

CPU系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)與周邊設(shè)備的通訊及對(duì)一些外設(shè)進(jìn)行控制，如與3G模塊的通訊，ZigBee模塊的通訊，232串口的通訊，另外還對(duì)功率控制開關(guān)等進(jìn)行控制操作。

1．2 3G通信

3G通信主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)控制裝置與上位機(jī)的通信，上傳輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相關(guān)的狀態(tài)信息給上位機(jī)，同時(shí)還下達(dá)一些上位機(jī)的指令給監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1．3 ZigBee通信

ZigBee通信負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)控制裝置與輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的短距離無線通信，可以將輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)狀態(tài)信息上傳給監(jiān)測(cè)控制裝置，監(jiān)測(cè)控制裝置也根據(jù)輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，進(jìn)行一些有效的控制。

1．4 串口通訊

串口通信的功能同ZigBee通信類似，只是串口通訊是一種有線方式，和ZigBee通信共同構(gòu)成一種冗余控制通訊方式，提高系統(tǒng)可靠性。

圖1 監(jiān)測(cè)控制裝置組成框圖

1．5 功率控制開關(guān)

功率控制開關(guān)可以是功率繼電器或功率MOS管。CPU系統(tǒng)根據(jù)采集到的指令，對(duì)功率控制開關(guān)進(jìn)行控制，使輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠有效斷電重啟。

2 監(jiān)測(cè)控制裝置的主要功能

2．1 串口通訊功能

（1）監(jiān)測(cè)控制裝置通過串口監(jiān)視輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)存使用情況，當(dāng)內(nèi)存使用超過告警值，就按優(yōu)先級(jí)高低關(guān)閉一些低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，如日志輸出進(jìn)程，直到內(nèi)存使用低于告警值；當(dāng)內(nèi)存使用較低時(shí)，按優(yōu)先級(jí)恢復(fù)之前被關(guān)閉的進(jìn)程。這樣，高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程優(yōu)先且能夠使用到足夠的內(nèi)存，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）監(jiān)測(cè)控制裝置通過串口監(jiān)視輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)程狀態(tài)，保證關(guān)鍵進(jìn)程一直運(yùn)行和關(guān)鍵資源得以分配。如果關(guān)鍵進(jìn)程沒啟動(dòng)或關(guān)鍵資源沒得以分配，則重啟系統(tǒng)。重啟系統(tǒng)的方式是使功率控制開關(guān)動(dòng)作，可保證重啟系統(tǒng)的可靠性。

（3）監(jiān)測(cè)控制裝置通過串口監(jiān)視輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電源狀態(tài)信息，這些信息不限于電壓、電流、電量等，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源狀態(tài)的監(jiān)控。根據(jù)電源狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)電源分級(jí)管理，當(dāng)電壓過低、電量不足時(shí)分級(jí)關(guān)閉一些負(fù)載，例如，電壓低于11．4 V，關(guān)閉受控設(shè)備的圖像負(fù)載，當(dāng)電壓低于11．2 V，關(guān)閉受控設(shè)備的氣象負(fù)載等。當(dāng)充電開啟，電壓恢復(fù)后，依次打開被關(guān)閉的負(fù)載，以提高系統(tǒng)的供電電源應(yīng)變能力和系統(tǒng)可靠性。

2．2 ZigBee通信功能

監(jiān)測(cè)控制裝置通過ZigBee通信模塊監(jiān)視輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)存使用情況、進(jìn)程狀態(tài)、電源狀態(tài)信息，根據(jù)這些狀態(tài)進(jìn)行有效控制。ZigBee同串口通訊功能一樣，屬于冗余設(shè)計(jì)，在串口功能出現(xiàn)故障時(shí)保證通信不受影響，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

2．3 CPU系統(tǒng)控制功能

（1）為保證監(jiān)測(cè)控制裝置能有效監(jiān)測(cè)輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CPU每隔一段時(shí)間給監(jiān)測(cè)控制裝置CPU通過串口發(fā)送一些數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)控制裝置CPU收到這些數(shù)據(jù)后判斷是否正確。如正確，表明輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無故障；如錯(cuò)誤，表明輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障。為了防止錯(cuò)報(bào)故障，設(shè)置一個(gè)故障時(shí)間t。在故障時(shí)間t時(shí)間內(nèi)，監(jiān)測(cè)控制裝置收到的數(shù)據(jù)都錯(cuò)誤，則監(jiān)測(cè)控制裝置會(huì)使功率控制開關(guān)動(dòng)作，導(dǎo)致輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)斷電重啟。故障時(shí)間t可以根據(jù)生產(chǎn)和客戶現(xiàn)場(chǎng)需求設(shè)置，有利于生產(chǎn)調(diào)試和提高系統(tǒng)可靠性。

（2）為了防止串口故障導(dǎo)致輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CPU誤報(bào)警，CPU系統(tǒng)控制中增加了ZigBee通信，進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。監(jiān)測(cè)裝置的ZigBee通信原理與串口類似，接收受控裝置固定周期傳輸?shù)拿}沖信號(hào)，t時(shí)間內(nèi)未收到任何來自受控裝置的信號(hào)則認(rèn)為異常。如果串口和ZigBee通信在故障時(shí)間t內(nèi)都報(bào)錯(cuò)誤，監(jiān)測(cè)控制裝置才會(huì)使功率控制開關(guān)動(dòng)作，觸發(fā)受控設(shè)備斷電重啟；串口或ZigBee通信任何一個(gè)接收信號(hào)正常，不會(huì)觸發(fā)功率控制開關(guān)動(dòng)作，輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

（3）監(jiān)測(cè)控制裝置觸發(fā)輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)斷電重啟正常后，通過串口發(fā)送記錄數(shù)據(jù)給輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄此次重啟的原因，有利于分析輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重啟故障原因。

（4）監(jiān)測(cè)控制裝置中的功率控制開關(guān)可以選擇繼電器。為保證繼電器正常工作，通過監(jiān)測(cè)控制裝置CPU的IO口監(jiān)測(cè)繼電器的常開觸點(diǎn)，若繼電器未正常動(dòng)作，再重復(fù)給予繼電器控制信號(hào)，保證繼電器可靠工作。

（5）輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電源輸入正接在繼電器的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)監(jiān)測(cè)控制裝置出現(xiàn)故障時(shí)，輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不受其影響會(huì)正常工作。關(guān)閉繼電器電源時(shí)，繼電器線圈內(nèi)依然有能量，為避免斷電對(duì)系統(tǒng)造成影響，線圈供電電源的兩端加上二極管D1，關(guān)斷時(shí)，線圈能量會(huì)迅速釋放，參見圖2。

圖2 線圈供電電源的兩端加二極管

2．4 3G無線通信功能

監(jiān)測(cè)控制裝置具有3G無線通信功能，用于與上位機(jī)的無線通信，可定時(shí)上傳系統(tǒng)狀態(tài)給上位機(jī)服務(wù)器。這些狀態(tài)包括系統(tǒng)功耗、各外設(shè)和內(nèi)部器件的供電狀態(tài)、系統(tǒng)內(nèi)存整體使用情況和各進(jìn)程的內(nèi)存使用情況、CPU負(fù)載率和各個(gè)進(jìn)程的CPU負(fù)載率、所監(jiān)視的關(guān)鍵進(jìn)程運(yùn)行狀態(tài)和關(guān)鍵資源的分配狀態(tài)。監(jiān)測(cè)控制裝置也可接受上位機(jī)服務(wù)器的查詢，可接受上位機(jī)服務(wù)器的配置設(shè)置，如設(shè)置功耗限值、內(nèi)存使用限值、上傳監(jiān)控狀態(tài)的周期等。

3 監(jiān)測(cè)控制裝置的現(xiàn)實(shí)意義

3．1 監(jiān)測(cè)控制裝置的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）對(duì)輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)存監(jiān)測(cè)控制。

（2）對(duì)輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的進(jìn)程監(jiān)測(cè)控制。

（3）對(duì)輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電源狀態(tài)分級(jí)管理。

（4）串口通訊和ZigBee通信的雙路數(shù)據(jù)采集及控制的冗余設(shè)計(jì)。

（5）靈活設(shè)置故障時(shí)間的防錯(cuò)報(bào)故障設(shè)計(jì)。

（6）故障重啟原因的監(jiān)測(cè)控制設(shè)計(jì)。

（7）功率控制開關(guān)的監(jiān)測(cè)控制設(shè)計(jì)。

（8）電源輸入正接在繼電器的常閉觸點(diǎn)，監(jiān)測(cè)控制裝置故障不影響受控設(shè)備正常運(yùn)行。

3．2 監(jiān)測(cè)控制裝置的應(yīng)用效果

（1）通過監(jiān)測(cè)控制裝置對(duì)輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)存及進(jìn)程的靈活監(jiān)控，提高了輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。

（2）通過監(jiān)測(cè)控制裝置對(duì)輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電源分級(jí)管理，延長(zhǎng)了輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作時(shí)間。

（3）此發(fā)明通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行斷電重啟，減少了上塔維護(hù)的次數(shù)，大大降低了輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的維護(hù)成本，也減少了上塔維護(hù)的人身安全事故，節(jié)約了大量的人力成本。

4 結(jié)束語

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境日益復(fù)雜，需要不斷提高輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮系統(tǒng)應(yīng)用的環(huán)境，提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出滿足輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)環(huán)境應(yīng)用的設(shè)備，另外，還要進(jìn)行一些必要的冗余設(shè)計(jì)以便提高輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。

［1］ 李燕平，張 磊．輸電線路的電磁影響［J］．黑龍江科技信息，2009，（35）：13．

［2］ 黃志江，王 睿，李紅旗，郭志廣．輸電線路次檔距振蕩在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］．微計(jì)算機(jī)信息，2012，28（324）：148－150．

［3］ 鄒建明．在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］．高電壓技術(shù)，2007，33（8）：203－206．