基于分布式結(jié)構(gòu)輸電線路防外力破壞檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李國(guó)鵬，季鵬程，陳 怡，徐宏福，李志彬

（滄州供電公司 河北 滄州610041）

基于分布式結(jié)構(gòu)輸電線路防外力破壞檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李國(guó)鵬，季鵬程，陳 怡，徐宏福，李志彬

（滄州供電公司 河北 滄州610041）

在實(shí)際的生活生產(chǎn)中會(huì)有許多事件對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)作產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的情況可能會(huì)導(dǎo)致大面積電網(wǎng)的供電中斷。針對(duì)上述問題，文中提出了一種新的電力傳輸線路監(jiān)控系統(tǒng)，它是基于分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，利用電網(wǎng)系統(tǒng)中的桿塔作為載體，在桿塔上搭載檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路實(shí)際運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)，檢測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)包括子站和模塊供電單元。后期隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，可以根據(jù)實(shí)際情況利用已有的軟硬件平臺(tái)對(duì)需要檢測(cè)和預(yù)警的范圍進(jìn)行擴(kuò)展。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期測(cè)試，驗(yàn)證了該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，可以為輸電線路的安全運(yùn)行提供可靠的預(yù)警機(jī)制。

分布式結(jié)構(gòu)；防外力；輸電線路；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行的高穩(wěn)定性對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠性提出了很高要求[1]。電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)展和可靠運(yùn)行成為社會(huì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，規(guī)模的擴(kuò)大和人們對(duì)電力系統(tǒng)安全維護(hù)知識(shí)的匱乏使之帶來許多現(xiàn)實(shí)問題，比如違法使用超功率設(shè)備，對(duì)架設(shè)輸電線路的塔桿進(jìn)行違法使用，這些舉動(dòng)都會(huì)對(duì)輸電線路的正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響，容易導(dǎo)致輸電線路短路和停電等事故，這些不可預(yù)知的事情我們通稱為外力破壞，這些事件呈上升趨勢(shì)，對(duì)供電管理部門和供電企業(yè)來說，會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失和管理困難，最嚴(yán)重的是會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行和人民生命財(cái)產(chǎn)形成威脅，這種情況不利于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展[2-3]。對(duì)于這個(gè)問題，目前采取的常用管理模式是設(shè)置專業(yè)的工作人員對(duì)整個(gè)電網(wǎng)分片進(jìn)行巡視，利用安全警告標(biāo)示和隱患通知書對(duì)傳輸線路進(jìn)行維護(hù)。這種方式在一定程度上會(huì)對(duì)線路的正常運(yùn)行起到保護(hù)作用，但是這種途徑存在工作周期長(zhǎng)和勞動(dòng)強(qiáng)度大的特點(diǎn)，對(duì)于故障線路不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患等弊端，而且在環(huán)境相對(duì)惡劣的地方，工作人員無法長(zhǎng)期工作，對(duì)于目前巨大的電網(wǎng)規(guī)模而言，這種方法不能滿足實(shí)際情況的要求。針對(duì)上述問題，文中提出了一種能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)傳輸線路架設(shè)設(shè)備是否遭受外力破壞和傳輸線路本身是否正常運(yùn)行的預(yù)警和監(jiān)控設(shè)備。該系統(tǒng)為視頻檢測(cè)系統(tǒng)，主要用于防盜來保證傳輸線路正常運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)架設(shè)設(shè)備是否受外力破壞。該系統(tǒng)是基于分布式結(jié)構(gòu)模式設(shè)計(jì)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，鑒于系統(tǒng)的模塊化組成，我們可以根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)需求對(duì)監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行組合，來提高輸電線路運(yùn)行的可靠性和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化[4-5]。我們利用設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路狀況的集中管理，同時(shí)獲取線路自身運(yùn)行及周邊環(huán)境狀態(tài)，為線路的運(yùn)行維護(hù)和應(yīng)急防災(zāi)等預(yù)警提供動(dòng)態(tài)信息，為智能電網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)[7]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

文中設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的目的是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警，在此基礎(chǔ)上為工作人員提供數(shù)據(jù)分析和針對(duì)特殊情況的決策方案的軟硬件模塊組合。該檢測(cè)系統(tǒng)由主控制系統(tǒng)和前端的數(shù)據(jù)釆集單元組成。如圖1所示即為數(shù)據(jù)采集單元，該單元由通訊模塊、電源子模塊、終端子系統(tǒng)三部分組成。監(jiān)測(cè)終端子系統(tǒng)的功能主要是對(duì)線路是否正常運(yùn)行提供檢測(cè)，主要是對(duì)輸電線路進(jìn)行智能視頻監(jiān)控，有效阻止各類線路外力破壞事故的發(fā)生。各個(gè)模塊通過安裝在塔桿上的監(jiān)控設(shè)備利用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與主站之間進(jìn)行通信，系統(tǒng)運(yùn)行框圖如圖1所示。分布式結(jié)構(gòu)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)所在，利用塔桿上的監(jiān)控設(shè)備具有的易可擴(kuò)展性和塔桿數(shù)量隨電網(wǎng)變化的任意性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任意電網(wǎng)中傳輸線路的運(yùn)行狀況的檢測(cè)。隨著對(duì)傳輸線更多數(shù)據(jù)檢測(cè)的要求，檢測(cè)設(shè)備的功能可能會(huì)較復(fù)雜，我們需要在已有集成的模塊中對(duì)新增加部分進(jìn)行軟件參數(shù)的設(shè)置即可，新的功能與原有功能相互兼容與補(bǔ)充，使得系統(tǒng)的功能更加完善，使得檢測(cè)設(shè)備能夠盡可能多的利用原有的硬件資源，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

圖1 前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

2 主站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益高和使用便捷是本文設(shè)計(jì)的主站單元應(yīng)的原則，同時(shí)在應(yīng)用性能方面要求該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)的開放性，系統(tǒng)易維護(hù)性，設(shè)置的節(jié)點(diǎn)數(shù)目數(shù)量不受限制以及和后期高版本設(shè)備的軟件相兼容等方面的要求，而且要求支持對(duì)該系統(tǒng)的方便操作開發(fā)的對(duì)其他應(yīng)用程序的兼容。系統(tǒng)平臺(tái)在設(shè)計(jì)過程中充分考慮了對(duì)硬件平臺(tái)的充分利用，要求在硬件平臺(tái)不作出大的調(diào)整的情況下充分發(fā)揮軟件的特性，當(dāng)然在軟件無法解決的情況下可以對(duì)硬件進(jìn)行升級(jí)，主要目的還是要充分發(fā)揮硬件的使用價(jià)值，使得整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值發(fā)揮到最大。主站系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)客戶端與數(shù)據(jù)采集模塊的高效鏈接，使得工作人員可以通過客戶端直接利用主站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊的控制。主站系統(tǒng)主要由各種服務(wù)器構(gòu)成，包括中心管理服務(wù)器、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器和存儲(chǔ)服務(wù)器3大部分，負(fù)責(zé)對(duì)事件的調(diào)度和管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)前端采集視頻流的存儲(chǔ)于轉(zhuǎn)發(fā)，方便客戶能夠直接通過主站了解到當(dāng)前輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集模塊的線上注冊(cè)使能由中心管理服務(wù)器負(fù)責(zé)，這也是她的核心業(yè)務(wù)，通過允許與否實(shí)現(xiàn)對(duì)前端系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制，它是本系統(tǒng)的通信中樞，負(fù)責(zé)對(duì)所有終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)模塊的定位。前端設(shè)備只有成為檢測(cè)系統(tǒng)中的在西安設(shè)備才可以被實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與控制，要想成為在線設(shè)備，需要在中心管理服務(wù)器上進(jìn)行注冊(cè)。在文中設(shè)計(jì)的所有前端設(shè)備都必須成為在線設(shè)備，當(dāng)然也包括存儲(chǔ)服務(wù)器，都必須在中心管理服務(wù)器上注冊(cè)，這樣就可以通過中心管理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)客戶端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通訊。通過客戶端視頻監(jiān)控的主要任務(wù)包括用戶管理、設(shè)備管理、日志管理和業(yè)務(wù)管理4個(gè)模塊。

數(shù)據(jù)圖像和報(bào)警信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)在監(jiān)控系統(tǒng)中主要由轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器來完成，同時(shí)擁有對(duì)操作員登陸系統(tǒng)的認(rèn)證和管理的功能。當(dāng)少量用戶對(duì)數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行訪問時(shí)，通過前端設(shè)備可以保證觀察數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性；但是當(dāng)某個(gè)觀測(cè)點(diǎn)一起被大量用戶同時(shí)訪問時(shí)，受到網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，會(huì)出現(xiàn)一定程度的網(wǎng)絡(luò)擁堵情況，這樣的情況對(duì)于觀測(cè)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)圖像非常不利，針對(duì)這一難題我們?cè)谙到y(tǒng)中引入轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器模塊，轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器可以針對(duì)大量用戶同時(shí)訪問的熱點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的調(diào)度與管理，通過設(shè)置一定的緩存來對(duì)緩和網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象，提高了整個(gè)系統(tǒng)對(duì)傳輸線路的正常運(yùn)行的觀測(cè)的實(shí)時(shí)性和可靠性[10-11]。

3 子站模塊設(shè)計(jì)

子站模塊是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，它主要負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視并主站系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)主站對(duì)監(jiān)測(cè)模塊的控制。子站單元主要包括微控制器和通信模塊，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，獲得一手?jǐn)?shù)據(jù)源，是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，然后通過通信單元完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。系統(tǒng)的主控單元是監(jiān)控終端的核心部分，它主要由微處理器及其外圍電路等硬件組成，微處理器選用帶有AT91RM9200芯片的主控板和帶有以太網(wǎng)接口的擴(kuò)展板。具體電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)是上述各個(gè)模塊的集成，主要負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行監(jiān)視和預(yù)警，然后通過通信系統(tǒng)把數(shù)據(jù)傳輸至主控系統(tǒng)，它與上述子模塊單元相互結(jié)合完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況的監(jiān)視和預(yù)警，同時(shí)對(duì)于突發(fā)的狀況能夠及時(shí)提供參考意見，對(duì)于工作人員作出合理的決策提供寶貴信息。圖3所示為監(jiān)控系統(tǒng)的組成模塊與運(yùn)行過程。

圖2 主控單元硬件原理圖

圖3 輸電線路監(jiān)控裝置結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)束語

文中通過對(duì)輸電線路在運(yùn)行過程中的各種狀態(tài)進(jìn)行分析，利用已有的防外力監(jiān)控平臺(tái)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一款新型的輸電線路正常運(yùn)作監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，文中討論了系統(tǒng)的工作原理和組成架構(gòu)，通過模塊化設(shè)計(jì)方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了模塊的軟硬件設(shè)計(jì)，通過對(duì)模塊的集成完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[16]。通過引入傳輸線路在運(yùn)行過程中容易發(fā)生的掉閘事件對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，表明在安裝該系統(tǒng)后，由于外力導(dǎo)致的掉閘事故率有了明顯的下降，而且在短時(shí)間內(nèi)得到掉閘線路發(fā)生的位置并及時(shí)進(jìn)行供電系統(tǒng)的恢復(fù)，減輕了經(jīng)濟(jì)損失，提高了電網(wǎng)運(yùn)行的高效與可靠性，因此文中設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期的目的，當(dāng)然，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，后期的許多功能還會(huì)被引入和不斷進(jìn)行完善。

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Design of detection and warning system for transmission lines with external force damage based on the distributed structure

LI Guo-peng，JI Peng-cheng，CHEN Yi，XU Hong-fu，LI Zhi-bin
（Cangzhou Power Supply Company，Cangzhou 610041，China）

With the rapid development of China's comprehensive national strength，as one of the symbols of comprehensive national strength of the development of electric power system is becoming more and more demanding，especially for the system security and stability.But in the actual production of life there will be many events affect the normal operation of power system，serious condition can lead to large area power outage of power grid，this kind of situation will not only make the grid customers affected，even more crucial is also will increase the workload of the power supply department，influence the development of economy increase social instability.According to the above problem，this paper puts forward a new kind of power transmission line monitoring system，it is based on the distributed structure design，tower in the grid system is used as the carrier，in the tower on testing equipment，realize the actual running situation of line monitoring，detecting and early warning system including the stand and module power supply unit.Later with the expansion of power grid，we can make use of the existing software and hardware platform according to the actual situation on the need to expand the range of detection and warning.System design in this paper through field test for a long time，shows that this system has high stability and reliability，can provide the safe operation of transmission lines with reliable early warning mechanism.

the distributed structure；the external forces；transmission line；monitoring system

TN99

A

1674－6236（2016）24-0095-03

2015-12-21 稿件編號(hào)：201512212

李國(guó)鵬（1977—），男，河北滄州人。研究方向：電氣工程。