輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王大千

【摘要】：隨著科技的發(fā)展，采用數(shù)字科技手段提高輸電線路安全運(yùn)行水平成為現(xiàn)代化輸電線路發(fā)展的必然趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)無人煙區(qū)、無信號(hào)覆蓋區(qū)輸電線路運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控，將是實(shí)現(xiàn)智能輸輸電線路的重點(diǎn)。因此，構(gòu)建輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)勢(shì)在必行。

【關(guān)鍵詞】：輸電線路;在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng);設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言

針對(duì)極端災(zāi)害天氣逐年多發(fā)頻發(fā)的嚴(yán)峻形勢(shì)、輸電線路設(shè)備數(shù)量急劇增加、輸電線路搶修工作任務(wù)逐年繁重和智能監(jiān)測(cè)及預(yù)警服務(wù)體系不成熟等現(xiàn)實(shí)因素，現(xiàn)階段迫切需要借助科技手段，建立輸輸電線路智能監(jiān)測(cè)及預(yù)警服務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提高輸電線路自然災(zāi)害應(yīng)急和處置能力，將線路氣象災(zāi)害事故消除于萌芽狀態(tài)。

1、實(shí)施電力系統(tǒng)輸電線路監(jiān)測(cè)的重要性

電力系統(tǒng)集發(fā)電、輸電、變電、配電等功能于一身，而輸電線路安全穩(wěn)定則是確保上述功能實(shí)現(xiàn)的前提。但實(shí)際上，由于輸電線路具有輸電距離長(zhǎng)、布局范圍廣、承載電能需求呈多樣性變化、布局環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，因此很容易受到外界因素的干擾，象雷電、暴雪、冰雹等天氣因素干擾，還有地震、山洪等自然災(zāi)害的干擾。上述對(duì)于電力系統(tǒng)的輸電線路運(yùn)行均會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，同時(shí)還會(huì)對(duì)線路本身造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞，引發(fā)輸電安全問題。其中最為典型的問題便是會(huì)造成輸電線路舞動(dòng)，在強(qiáng)大的風(fēng)力及嚴(yán)寒的影響下，線路舞動(dòng)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大機(jī)械振動(dòng)能量，不僅會(huì)對(duì)線路自身產(chǎn)生嚴(yán)重危害，使得線路不堪重荷發(fā)生斷裂，同時(shí)也會(huì)對(duì)桿塔、金具、絕緣子造成強(qiáng)烈沖擊，使其產(chǎn)生疲勞損害。另一方面，我國(guó)的用電分布并不均勻，各地區(qū)用電量具有一定的差異性，尤其是在高峰時(shí)段，電力系統(tǒng)輸電線路需要面對(duì)的壓力更大，一旦出現(xiàn)線路故障問題，將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)供電安全造成嚴(yán)重影響?；诖耍龊秒娏ο到y(tǒng)輸電線路的監(jiān)測(cè)與檢查顯得尤為重要。通過對(duì)輸電線路的運(yùn)行狀況進(jìn)行密切監(jiān)測(cè)，從而能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)線路故障，及時(shí)進(jìn)行維修，可有效避免輸電線路問題進(jìn)一步惡化，造成重大安全事故，為人們的日常用電提供有力的保障。

2、輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)踐優(yōu)勢(shì)

2.1豐富輸電線路智能化理論

本課題的研究涉及電力行業(yè)，屬于國(guó)家重點(diǎn)戰(zhàn)略安全領(lǐng)域，直接影響我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)的安全，為我國(guó)的生產(chǎn)建設(shè)、人民生活質(zhì)量提供切實(shí)保障。輸電線路在線監(jiān)測(cè)行業(yè)屬于智能輸電線路的重要組成部分，也是電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)保障。本項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)將有助于推進(jìn)智能輸電線路的發(fā)展，從而帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)逐步實(shí)現(xiàn)輸電線路數(shù)字化、智能化現(xiàn)代管理。

2.2降低事故率

由于輸電桿的倒塌具有不確定性，會(huì)導(dǎo)致城市供電系統(tǒng)的規(guī)模性停電，對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)造成影響。例如，一段功率為400MW的500KV輸電線路，其產(chǎn)生的故障在60min內(nèi)造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)120萬元。采用輸電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以有效減少冰雪等災(zāi)害的發(fā)生，線路覆冰時(shí)，利用本系統(tǒng)傳輸現(xiàn)場(chǎng)的覆冰視頻，為線路覆冰期搶修提供技術(shù)支撐。

2.3提升智能化管理水平

運(yùn)用輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以有效解決無線鏈路傳輸不穩(wěn)定、供電系統(tǒng)運(yùn)行紊亂、圖像傳輸不清晰和設(shè)備維護(hù)工作量大等問題，有效解決傳統(tǒng)模式監(jiān)測(cè)的局限性，實(shí)現(xiàn)對(duì)各信號(hào)區(qū)線路走廊環(huán)境狀況、覆冰狀況、氣象狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，加強(qiáng)覆冰期及重點(diǎn)線路之間的狀況檢測(cè)，從而不斷提升智能化管理水平。

2.4提供技木支撐

輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的掛網(wǎng)運(yùn)行，能夠監(jiān)測(cè)輸電線路的覆冰狀況、氣象狀況、桿塔傾斜度，并能傳輸監(jiān)測(cè)區(qū)域的高清視頻。輸電線路維護(hù)人員在辦公室利用后臺(tái)客戶端系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)訪問現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和高清視頻，掌握現(xiàn)場(chǎng)線路的運(yùn)行狀況，猶如親臨現(xiàn)場(chǎng)。局部區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)險(xiǎn)情或未來有大范圍自然災(zāi)害時(shí)，系統(tǒng)第一時(shí)間以客戶端軟件、手機(jī)微信等多種方式向線路運(yùn)維人員發(fā)送預(yù)警信息，很大程度上提高輸電線路維護(hù)人員對(duì)自然災(zāi)害的反應(yīng)和處置能力，從而將輸電線路事故消除于萌芽狀態(tài)，將事故損失降到最低。

3、輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1溫度傳感器的硬件設(shè)計(jì)

作為輸電線路系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)成單元，溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的作用是取得、預(yù)處理溫度數(shù)據(jù)，并將其傳導(dǎo)到協(xié)調(diào)器內(nèi)，路由節(jié)點(diǎn)還需要起到橋梁的作用，將其子節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)也傳達(dá)出去。

溫度傳感器的電路里存在溫度系數(shù)高低不同的兩個(gè)振蕩器，振蕩器的非線性會(huì)通過斜率累加器來進(jìn)行校正。其中溫度系數(shù)較高的振蕩器的振蕩周期內(nèi)，溫度系數(shù)較低的振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)可以被計(jì)數(shù)，-55℃則與計(jì)數(shù)器的一個(gè)預(yù)設(shè)基權(quán)值相聯(lián)系。其具體工作原理是，當(dāng)溫度系數(shù)較高的振蕩器振蕩周期未結(jié)束時(shí)計(jì)數(shù)器己經(jīng)為零，說明測(cè)定溫度超過-55℃，溫度寄存器就會(huì)由-55℃的初始值上升一度變?yōu)?54℃，其后計(jì)數(shù)器重新工作，直至溫度系數(shù)較高的振蕩器振蕩周期結(jié)束，溫度寄存器記錄的就是被測(cè)溫度，該值同樣通過16位二進(jìn)制補(bǔ)碼記憶在暫態(tài)寄存器中。這個(gè)被測(cè)溫度會(huì)被設(shè)備主機(jī)調(diào)取，然后將16位的二進(jìn)制補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，就可以得出真正的實(shí)測(cè)溫度。

3.2信號(hào)傳輸模塊的硬件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心能夠使用協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，并調(diào)節(jié)傳感器節(jié)點(diǎn)。最先這部分電纜的溫度數(shù)據(jù)是傳感器節(jié)點(diǎn)收集的，然后經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)被傳輸給信號(hào)傳輸模塊的，再經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)被信號(hào)傳輸模塊傳遞到監(jiān)控中心，所以其中信號(hào)傳輸模塊起到數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)接口的作用，其具體硬件設(shè)計(jì)介紹如下：

（1）用處理芯片和HC總線將EEPROM存儲(chǔ)器與外部實(shí)時(shí)同步時(shí)鐘連起來后，可以同時(shí)完成系統(tǒng)定時(shí)以及更新存儲(chǔ);另外，電源電路、射頻輸入輸出匹配電路、晶振電路及通訊接口電路合起來就構(gòu)成收發(fā)模塊的外圍電路。

（2）廉價(jià)的電感和電容安裝成的非平衡變壓器構(gòu)成了射頻輸入輸出匹配電路，該電路作用主要在于提升非平衡天線的機(jī)能，它的參數(shù)是不變的，具體值可依據(jù)TI給出的數(shù)值手冊(cè);

（3）晶振電路是由分別為高低頻的兩個(gè)晶振組成，高頻晶振頻率為32MHz，是維持射頻模塊運(yùn)行的;而另一個(gè)低頻晶振的才32KHz，只是系統(tǒng)休眠和喚醒使用，這樣的設(shè)計(jì)能夠有效的減少系統(tǒng)的耗能。

（4）通信傳輸模塊中的GPIO，SPI等外設(shè)接口被用雙排針導(dǎo)出，形成了通訊接口電路，這種方式能夠讓系統(tǒng)調(diào)控和制約更便捷。

3.3通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備選擇

在輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)通信傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，可使用OSI七層體系結(jié)構(gòu)中的路由設(shè)備、交換設(shè)備以及傳輸設(shè)備組成通信設(shè)備。其中，路由設(shè)備應(yīng)選用穩(wěn)定性與可靠性較好的路由器。鑒于路由器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議較為復(fù)雜、數(shù)據(jù)信息傳遞與交換效率相對(duì)較低、網(wǎng)絡(luò)配置靈活程度較差，需要加設(shè)DHCP服務(wù)器或DHCP中繼等輔助設(shè)備，促進(jìn)功能的實(shí)現(xiàn)。交換設(shè)備的優(yōu)勢(shì)在于數(shù)據(jù)信息的傳輸與交換效率相對(duì)較高，通信協(xié)議較為簡(jiǎn)單，且寬帶的使用率較高。此外，通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的可控性較差，需利用快速生成樹協(xié)議、生成樹協(xié)議以及IEEE802.1P補(bǔ)充協(xié)議實(shí)施調(diào)整。以基于SDH的多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)與同步數(shù)字體系網(wǎng)絡(luò)為代表的傳輸設(shè)備，具備帶寬較高、時(shí)延程度低且安全性能較好的優(yōu)點(diǎn)，但其對(duì)資源的利用率較低，并不適合接入網(wǎng)。

結(jié)語

綜上所述，輸電線路安全穩(wěn)定性在電力系統(tǒng)中的作用非常重要，其有效保證了電力系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，為人們提供了更為安全、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。因此必須要做好其在電力系統(tǒng)輸電線路的監(jiān)測(cè)與檢查，結(jié)合實(shí)際情況做好對(duì)檢測(cè)與檢查方法的應(yīng)用，從而有效保證輸電線路的輸電穩(wěn)定性，保持輸電系統(tǒng)的平穩(wěn)性，為人們生產(chǎn)用電和生活用電安全提供有力的保障。

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