特高壓輸電線路狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

王文敏 孟耿瓊 賈莉莉

【摘 要】輸電線路塔上的無線監(jiān)測節(jié)點和電力特種光纜中的空閑纖芯以及光通信節(jié)點三方面組成了高壓輸電線路檢測系統(tǒng)，通過AdHoc組網(wǎng)方式，在基礎(chǔ)的通信功能方面上，這種讓系統(tǒng)上面的無線節(jié)點和光節(jié)電具備自我適應(yīng)的功能，同時，把光信號接力傳輸和無限接力傳輸之間相互結(jié)合起來，使檢測中心和任意監(jiān)測節(jié)點之間的信息可以進行彼此之間的交換。使用這種系統(tǒng)，在輸電線路沿線的臨近區(qū)域內(nèi)，工作人員可以通過專用的無線終端接入監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，來進行語音和數(shù)據(jù)以及視頻的雙向通信，同時，在地形條件比較復(fù)雜的情況之下，可以對長距離的輸電線路實現(xiàn)逐塔和全程的監(jiān)測?？傊?，在線路檢修與搶險救災(zāi)等特殊場合的方面，該系統(tǒng)在應(yīng)急通信上提供了方面。

【關(guān)鍵詞】輸電線路 特高壓 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò) 電力特種光纜 監(jiān)測系統(tǒng)

傳統(tǒng)的高壓輸電線路巡檢模式，在一些方面上存在一定的不足，比如它存在一定的的安全風(fēng)險，監(jiān)測周期長和效率低下以及管理成本高等的問題，另外再加上這幾年的超或者特高壓輸線路的運用，讓電力線路的監(jiān)測方面更加的困難，為什么會這么說，因為這種高壓輸電線的建設(shè)需要經(jīng)過不同的復(fù)雜的地理環(huán)境，比如說沼澤和戈壁以及叢林等無人區(qū)，這些地方都是這種高壓輸電線路在建設(shè)的過程當(dāng)中，所需要面對的環(huán)境。從其它的方面上來說，在目前的社會忽然經(jīng)濟的告訴發(fā)展之下，在電力的供應(yīng)質(zhì)量方面的要求也隨之加高，所以電力企業(yè)把輸電線路的管理維護方面，推著相智能化和信息化的方向進行發(fā)展，在信息的獲取方面，受到了傳統(tǒng)的巡檢的阻礙，所以說發(fā)展新的高壓輸電線路檢測技術(shù)對于我們來說就非常的重要。相關(guān)的電力企業(yè)和科研機構(gòu)，在高壓輸電線路監(jiān)測的技術(shù)方面進行了研究，并給出了一些解決的方法。

1 設(shè)計思路

基于輸電線路電壓高的原因，再加上它自身復(fù)雜的惡劣的架設(shè)環(huán)境，在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測上面，如果運用傳統(tǒng)的在鐵塔上布設(shè)線纜的方式，將會存在諸多的意想不到的困難，所以，在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建立上，采用無線傳輸，就會更加的合理化。通過無線信道的傳輸特點方面，我們可以知道，如果要想使無線電波的傳播符合雙線性傳播模式，那么接發(fā)射機選擇的地面位置必須要開闊，還要高。如果想要電波的傳播損耗和傳播距離的3次方為正比，那么它的收發(fā)節(jié)點的距離相對要遠(yuǎn)，通過這種理論，我們可以知道當(dāng)發(fā)送節(jié)點的發(fā)送功率增加約為16倍的時候，它的傳輸之間的距離每增加1倍，在能量的消耗上面巨大，所以說在野外復(fù)雜的地理環(huán)境之下，電源的供給困難的監(jiān)測上面，帶來了很多的不方便。另外，當(dāng)傳輸之間的距離加大，周圍的環(huán)境也會變得更加的復(fù)雜。收發(fā)節(jié)點之間的阻礙物會越來越多，以至于影響通信的質(zhì)量，基于這些，我們可以推測，在信息的傳送上面，如果采用無線傳送方式，還存在著很多方面的不足之處。從另外的方面上來說，鐵塔逐級的分布規(guī)律，為短距離的無線接力傳輸上面提供了很好的基礎(chǔ)，在每個鐵塔上面安裝無線通信設(shè)備將信息進行一級一級的傳送，知道信息傳送到線路監(jiān)測中心站的地方。這種被用于短距離的無線接力傳輸上的逐點轉(zhuǎn)發(fā)模式，假設(shè)在一個節(jié)點上面出現(xiàn)問使每個無線監(jiān)測題，整條的傳輸鏈就會中斷，所以，Ad Hoc組網(wǎng)技術(shù)被引入了，這種網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點的位置相等，抗毀性方面很強，同時不需要中心控制節(jié)點，利用Ad Hoc自身的優(yōu)點，使整個輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)的抗節(jié)點失效的能力得到提高，例如，依照Ad Hoc的組網(wǎng)方式，建立通信節(jié)點，使每個無線監(jiān)測節(jié)點和所有的鄰節(jié)點之間具備有通信的功能，下一個信息的轉(zhuǎn)發(fā)點可以自適應(yīng)的進行選擇。

目前的超高壓輸電線路距離比較長，在這種情況之下，如果使用無線接力傳輸?shù)姆绞?，那么造成信息傳輸不成功的概率將會增加，另一方面，上下游?jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)使能量的節(jié)能消耗巨大，從這些方面進行綜合考慮，光纖通信和無線接力通信相互結(jié)合的方式就應(yīng)用而生。基本上，高于110kV的高壓輸電線路都運用了電力特種光纜，這種光纜主要由全介質(zhì)自承式光纜和光纖復(fù)合架空地線組合，從它們目前被采用的現(xiàn)狀上面進行分析，兩者都共同的擁有大量的空閑纖芯。通過輸電線路的這種特殊的通信資源，我們來完成線路監(jiān)測的建設(shè)。

2 無線監(jiān)測節(jié)點的功能和結(jié)構(gòu)

無線監(jiān)測節(jié)點是通過各種類型的傳感器收集輸電線路鐵塔上面的信息，進而對這些信息，進一步的分析和處理，在將信息發(fā)送給周邊的鐵塔的無線監(jiān)測節(jié)點上面。

無線監(jiān)測節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)采集單元和聲音或者視頻采集單元、無線傳輸單元以及數(shù)據(jù)處理單元、天線切換裝置、外部數(shù)據(jù)接口等組成。它的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，數(shù)據(jù)處理單元是無線監(jiān)測點的主要部分，它的系統(tǒng)是嵌入式，根據(jù)OSI的經(jīng)典經(jīng)典7層協(xié)議棧模型與TCP或者是IP的結(jié)構(gòu)，它的功能從應(yīng)運層到媒體的訪問控制層得到完成。應(yīng)運層功能就是給各種面向用戶提供服務(wù)；傳輸層功能就是向應(yīng)運層提供端到端的服務(wù)；網(wǎng)絡(luò)層功能就是把Ad Hoc中諸多的各種路由協(xié)議稍加改動，從而降低技術(shù)的風(fēng)險；邏輯鏈路控制子層功能就是屏蔽底層的不一樣的MAC，向網(wǎng)絡(luò)提供統(tǒng)一的服務(wù)；MAC功能就是它其中部分的軟件控制檢測節(jié)點對無線信道的訪問。

3 塔上光通信節(jié)點的功能和結(jié)構(gòu)

鐵塔上通信節(jié)點的功能是通過利用光線良好的通信介質(zhì)，把信息傳輸?shù)乃俣群涂煽啃蕴岣撸?表明了塔上通信節(jié)點的組成部分，它的數(shù)據(jù)方面的結(jié)構(gòu)和無線監(jiān)測節(jié)點的單元沒有什么區(qū)別。光傳輸模塊是把要發(fā)送的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成光信號序列，通過光纖介質(zhì)進行發(fā)送。光電傳輸?shù)募夹g(shù)越來越成熟，在信息網(wǎng)絡(luò)之中被普遍運用。

在一般的應(yīng)運當(dāng)中，光纖通信被用于在點與點之間的傳輸上，但是，光纖通道不具有無線信道的廣播特性，所以通過運用光分路器和合路器，解決多節(jié)點共享光纖信道上的問題。在接受信號的時候，在光通信節(jié)點接收端的光纖和光模塊之間增加一個1：2的光分路器，另外，在它的輸出端的光纖和光模塊之間增加一個2：1的合路器，光信號進入到輸入端的光分路器，在分路器后，將會變成2路信號，而一路光信號被連接到光模塊的輸入端，另外的光信號經(jīng)過一段輔助光纖后，和另外一側(cè)的光合路器的兩個輸入端相互連接，來傳輸多跳以外的其他光通信節(jié)點。運用這種設(shè)計，我們可以看出光信號無論是在本節(jié)點還是在其他本節(jié)點都可以被接受與處理。所以說，在本節(jié)點的數(shù)據(jù)處理器單元和供電單元以及光傳輸模塊出現(xiàn)問題的時候，它的信號傳輸將不會被受到任何的影響。光分路器的應(yīng)運，它不僅提高了監(jiān)測系統(tǒng)整體的可靠性，同時對于單個節(jié)點故障引起的癱瘓整個系統(tǒng)的工作問題也得到了避免，實際當(dāng)中，光分路器2路在輸出信號的時候，它的衰耗和光分路器的分光有著一定的關(guān)系，按照工程的實際情況，來選擇合適的分光比。原則上面，為了使多數(shù)的光信號能量直接穿透本節(jié)點傳給其他的節(jié)點，則必須要增加光信號的最大傳輸距離，同時在Q支路分配大的比列。

4 監(jiān)測系統(tǒng)的組網(wǎng)方式

給高壓輸電線路沿線的鐵塔上面安裝上無線監(jiān)測點，在每隔20到30km的位置上，把光纜接線盒的特定鐵塔作為匯聚的地方，在匯聚點的鐵塔上和線路兩端的變電站內(nèi)一起安裝無線監(jiān)測點和光通信節(jié)點。

鐵塔上面的無線監(jiān)測點之間的無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有自組織和自適應(yīng)能力的特點，在一定的區(qū)域之內(nèi)，對線路的監(jiān)控信息進行不斷的轉(zhuǎn)發(fā)，把信息傳送到擁有匯聚點的光通信節(jié)點的鐵塔上面。所有的光通信節(jié)點運用多跳轉(zhuǎn)發(fā)的方式進行數(shù)據(jù)之間的相互傳輸，通過高壓輸電線路上的電力特種光纜中的空閑光纖連接，以此來組成和Ad Hoc相似的，同時它也具有自我組織的作用的光網(wǎng)絡(luò)。通過在線路對端的變電站內(nèi)設(shè)置迂回的路，對系統(tǒng)的可靠性進行加強。 把對端站內(nèi)光通節(jié)點的輸出信號，運用一定的轉(zhuǎn)換器進行變換，最后SDH設(shè)備，將信號送回監(jiān)測中心的變電站。

通過把無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)與光線網(wǎng)絡(luò)相互結(jié)合起來的方法，使監(jiān)測中心實現(xiàn)和任何鐵塔上面的監(jiān)測點的信息交換，進而來完成線路的監(jiān)測和控制。

5 本系統(tǒng)的工作模式和實現(xiàn)的功能

5.1 線路監(jiān)測模式

在線路監(jiān)測的模式之下，通過各種傳感器，輸電線路鐵塔上的無線監(jiān)測節(jié)點收集輸電線路上面的信息。同時也通過光纖網(wǎng)絡(luò)和無線Ad Hoc相互結(jié)合的方式，把較強的信息進行轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)處理單元對這些檢測到的信息進行判斷和處理，來共同達到把信息傳送到監(jiān)測中心的目的。而對于無實時性的信息，可以先進行放置的處理，等到受到檢測中心的指令會后，在進行傳送即可。

5.2 遠(yuǎn)程控制模式

工作人員在線路的檢測中心，對全程的不同的鐵塔上的設(shè)備進行遠(yuǎn)程的控制，當(dāng)然，對于一些攜帶專用的無線通信設(shè)備的智能化機械進行控制。

5.3 應(yīng)急通信模式

本檢測系統(tǒng)方組成的網(wǎng)絡(luò)，不僅具備拓?fù)渥兓赃m應(yīng)的能力，同時也可以靈活的實現(xiàn)通信設(shè)備的無線接入。這種系統(tǒng)的使用，給線路巡檢人員和搶修人員的配備方面省去了很多的麻煩，另外，在信息的輸送方面上，它也更加的準(zhǔn)確簡單。

6 結(jié)語

利用電力企業(yè)的自身資源，高壓輸電線路檢測系統(tǒng)可以不依賴于公網(wǎng)運營商，目前，在電子科技和信息技術(shù)的發(fā)展之下，輸電線路的實施和監(jiān)測的發(fā)展快速，其中，有些產(chǎn)品在實際的推廣之中得到應(yīng)用。

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