高壓供電線路故障定位系統(tǒng)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

王興林

摘 要

在對高壓供電線路進行故障定位過程中，無線傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮著十分重要的作用。為了保障高壓供電線路故障定位的可靠性，本文根據(jù)ZigBee無線傳輸技術(shù)，設(shè)計出高壓供電線路故障定位系統(tǒng)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，讓高壓供電線路故障信號傳輸距離超過一千米，提高了信號傳輸?shù)目煽啃?，也有效降低了成本?/p>

【關(guān)鍵詞】高壓供電線路 無線傳輸網(wǎng)絡(luò) 故障定位

在我國社會經(jīng)濟得到高速發(fā)展的同時，也增加了對電力資源的需求，致使電力系統(tǒng)的用電負荷大幅度增加。在這種形勢下，電力系統(tǒng)中的很多供電線路出現(xiàn)滿負荷甚至超負荷運轉(zhuǎn)的情況，加上部分供電線路使用年限過久，線路老化十分嚴重，因此經(jīng)常出現(xiàn)線路故障，給電力系統(tǒng)的正常運行以及用電安全帶來了很大的隱患。為了提升高壓供電線路供電的可靠想，保障線路故障能夠及時得以修復(fù)，盡量減少各種安全隱患，筆者分析了高壓供電線路的故障定位，選擇適宜的無線信號傳輸方式，設(shè)計出穩(wěn)定性高的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以此保障高壓供電線路故障信號傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

1 無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)方案

在對高壓供電線路的故障進行分段定位與檢測過程中，目前常用的工具是故障指示器。但是常用的故障指示器不能自動發(fā)射與傳輸信號，在高壓輸電線路出現(xiàn)故障后，就需要工作人員沿線進行檢查，這也增加了排查故障的時間以及檢查的難度。為了對高壓供電線路的故障進行快速排查，人們設(shè)計出線路故障定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)運用信號檢測的方法對高壓供電線路的短路等故障進行檢測，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)通信的方式進行信號傳輸。其信號傳輸采用多點發(fā)射的方式，可以將每一個發(fā)射點看做一部正在工作的手機。在一條距離比較長的供電線路上，需要設(shè)置數(shù)目較多的發(fā)射點。但是這種無線傳輸方式需要用到通信網(wǎng)絡(luò)，電力部門每年需要繳納一大筆通信費給通信公司，因此運營成本很高，在長距離供電中并不適用。

除了網(wǎng)絡(luò)通信外，常用的無線通信方式還有藍牙、CDMA以及ZigBee等。藍牙技術(shù)是通過手機與其他附件構(gòu)成無線通信模塊，其工作頻率為2.4G赫茲，約有半徑為十米的有效范圍，只能進行短距離無線傳輸，在高壓供電線路長距離故障信號傳輸中并不適用。CDMA技術(shù)為碼分多址通信技術(shù)，它的利用率與頻率較高，并且功能損耗小，但是只有在無線通訊運營商的支撐才能工作，運行成本偏高。ZigBee是一種新興的無線通信技術(shù)，主要應(yīng)用了擴頻與跳頻技術(shù)。將ZigBee與功率放大器等模塊結(jié)合在一起，其信號傳輸距離可以達到數(shù)千米。

通過對幾種無線通信技術(shù)的分析，本方案選擇使用ZigBee無線通信技術(shù)，并使用適宜的功放模塊組成無線功放傳輸模塊。該模塊中包括1個功率為2.4G赫茲的射頻收發(fā)器與1個性能較高的微處理器。該模塊的主要技術(shù)指標(biāo)為：

（1）2.4G赫茲的工作頻率；

（2）增強模式達到625K；

（3）信號傳輸距離超過1500米；

（4）功耗較低；

（5）數(shù)據(jù)傳輸率達到250Kbps；

（6）最多可支持的節(jié)點數(shù)超過65000個；

（7）PA模塊的體積較小，可以外置天線。在該模塊設(shè)置相關(guān)技術(shù)參數(shù)后可以自成體系，并逐漸升級故障信號，然后向個分站接力式傳輸，最后一級站點將接受的信號匯總后上傳到上位機，之后在上位機進行分析處理，明確故障類型與位置。

通過ZigBee無線通信技術(shù)構(gòu)建出高壓供電線路的故障定位系統(tǒng)，這個系統(tǒng)包括無線接收器與ZigBee無線發(fā)射器，其中也有監(jiān)控主機以及工控計算機等。在輸電線路的每一個監(jiān)測點上安裝故障信號檢測與發(fā)射裝置，然后將故障信號通過逐級傳輸?shù)姆绞絺鬟f到變電站，并通過有線傳輸給分站的工控計算機，最后由計算機對故障信息進行分析處理，并顯示和打印結(jié)果。當(dāng)輸電線路中發(fā)生故障后，系統(tǒng)也可以進行報警，并及時顯示出發(fā)生故障的位置與類型。

2 無線傳輸網(wǎng)絡(luò)硬件的設(shè)計

2.1 設(shè)置無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)

無線傳輸網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的設(shè)置與網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度與性能密切相關(guān)。ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)主要有星形、網(wǎng)狀與鏈狀三種。根據(jù)高壓供電線路故障定位的實際情況，綜合考慮無線傳輸網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)目煽啃裕x擇使用網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)?？梢詫?個協(xié)調(diào)器設(shè)置在該拓撲結(jié)構(gòu)中，以此構(gòu)建拓撲網(wǎng)絡(luò)，并保障發(fā)送、接受數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

由于需要實時檢測高壓供電線路中的三相電路，因此可以在線路的每個傳輸點上設(shè)置3個無線裝置，用于信號的發(fā)射與接收，即在每個選定的線路桿塔的三相線路中安裝3個路由器。將這些路由器命名為路由器n1、n2等，n的取值范圍在1至N之間，N為高壓供電線路傳輸點的總數(shù)，具體根據(jù)線路的長度確定。

2.2 設(shè)計路由器節(jié)點電路

路由器節(jié)點電路中主要包括ZigBee模塊和單片機。其中單片機的型號為ATmeaga16，為八位的CMOS微處理器，其內(nèi)核中有32個通用寄存器以及多個指令集。ZigBee模塊中含有功率放大器，信號傳輸距離在一千米以上，傳輸速率超過50KB，網(wǎng)絡(luò)延時在2毫秒以下。該模塊可以對數(shù)據(jù)進行廣播式發(fā)送，不僅能夠點對點進行數(shù)據(jù)傳輸，也可以在多點之間進行數(shù)據(jù)通信，使用簡單方便。

2.3 設(shè)計協(xié)調(diào)電路

協(xié)調(diào)電路中主要包括ZigBee模塊和信號轉(zhuǎn)換芯片。其中ZigBee模塊用于接收信息數(shù)據(jù)，并將接收的數(shù)據(jù)進行匯總后傳輸給工控計算機。在信息傳輸過程中，需要信號轉(zhuǎn)換芯片在工控計算機與ZigBee模塊的串口中進行電平轉(zhuǎn)換，將接收的信號轉(zhuǎn)換為計算機可以處理的信號，然后在計算機中進行分析處理，并在發(fā)現(xiàn)故障后及時顯示故障的位置與類型。

3 結(jié)語

高壓供電線路在我國社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著十分重要的作用，并且對供電的安全性要求很高，急需能夠?qū)€路故障進行準(zhǔn)確定位的裝置。本文運用ZigBee這種新興的無線通信技術(shù)，設(shè)計出高壓供電線路故障定位系統(tǒng)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，有效提高了信號傳輸?shù)目煽啃?，也降低了成本，具有一定的?yīng)用價值。

參考文獻

[1]陳繼海，魏曉慧.基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的氣體監(jiān)測報警系統(tǒng)設(shè)計[J].電子科技，2012（10）.

[2]陳沖，王瑞闖，張樂斌，李傳虎，李剛.基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的防誤閉鎖系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電力，2010（05）.

[3]黎穎，盧繼平，李健.基于在線計算線路分布參數(shù)的故障定位方法[J].高電壓技術(shù)，2007（11）.

作者單位

陜西省地方電力（集團）公司涇渭供電分公司 陜西省西安市 710200endprint