輸電線路狀態(tài)監(jiān)測通信傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

趙鳳龍

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司柳州局，廣西 柳州 545000）

0 引 言

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，我國電力行業(yè)也在朝著信息化、智能化方向快速發(fā)展。輸電線路作為電力系統(tǒng)的重要一環(huán)，其智能化監(jiān)測是電力行業(yè)關(guān)注的重要內(nèi)容。借助各類通信技術(shù)、傳感器技術(shù)以及信息處理技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)感知輸電線路中的設(shè)備運(yùn)行情況并實(shí)現(xiàn)監(jiān)控預(yù)警，有效發(fā)現(xiàn)線路中的各類問題。除此之外，智能化監(jiān)控設(shè)備能根據(jù)各類信息反饋進(jìn)行有關(guān)問題的分析診斷和評估預(yù)測，從而快速推進(jìn)問題處理方案和維護(hù)方案的制定。然而，由于輸電線路距離長、所處環(huán)境多樣，導(dǎo)致輸電線路監(jiān)測面臨較多的挑戰(zhàn)，如監(jiān)測點(diǎn)分散、監(jiān)測環(huán)境惡劣以及傳輸數(shù)據(jù)多樣等。基于此，對輸電線路狀態(tài)監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行深入研究很有必要。

1 輸電線路狀態(tài)監(jiān)測通信傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求分析

我國輸電線路一般架設(shè)在遠(yuǎn)離人群的郊區(qū)或野外，這是因?yàn)榫€路輸送的高壓會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射，容易對人體產(chǎn)生一定的傷害。輸電線路遠(yuǎn)離人群也能有效降低人為破壞輸電線路設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)。對輸電線路巡察工作來說，野外環(huán)境帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。特別是近年來，因全球大氣環(huán)境變化導(dǎo)致極端天氣頻發(fā)，嚴(yán)重影響著電網(wǎng)的運(yùn)行安全。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年全國故障停電原因中自然因素占據(jù)很大比例，同時(shí)外力因素和設(shè)備原因?qū)е碌娜珖收贤ｋ娬急纫草^大。

為了確保輸電線路的安全與穩(wěn)定，需要及時(shí)了解線路所處環(huán)境狀態(tài)，如氣溫、氣壓以及濕度等，檢查導(dǎo)線溫度的高低、導(dǎo)線上是否附著異物以及絕緣子是否干凈整潔等。傳統(tǒng)的人工巡線方式需要耗費(fèi)大量的人力和財(cái)力，同時(shí)受主觀因素的影響較大，易出現(xiàn)誤檢和漏檢的情況，無法保障所收集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性也。人工巡檢產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息較為分散且存在主觀評判差異，在一定程度上會(huì)影響輸電線路的運(yùn)行與維護(hù)效果。

巡線機(jī)器人模式受桿塔金具型號不一致的影響難以大范圍應(yīng)用，而直升機(jī)巡線模式受成本和技術(shù)等因素的制約也未得到廣泛推廣[1]。輸電線路狀態(tài)監(jiān)測通信傳輸網(wǎng)絡(luò)模式則是通過各類傳感器及配套設(shè)備采集所需的線路狀態(tài)參數(shù)，簡單有效、成本較低，適用于惡劣環(huán)境。

2 輸電線路狀態(tài)監(jiān)測通信傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

一般情況下，輸電線路狀態(tài)監(jiān)測通信傳輸網(wǎng)絡(luò)主要包括微網(wǎng)、接入網(wǎng)及主網(wǎng)3個(gè)部分[2]。輸電線路狀態(tài)監(jiān)測通信傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 輸電線路通信光纖截面

圖1 輸電線路狀態(tài)監(jiān)測通信傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

微網(wǎng)負(fù)責(zé)單基桿塔周圍的通信覆蓋，主要實(shí)現(xiàn)對前端裝置的監(jiān)測，收發(fā)各類傳感器和攝像頭等采集的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)信息傳送至接入網(wǎng)[3]。接入網(wǎng)負(fù)責(zé)輸電線路及線路連接變電站的通信覆蓋，主要功能是連接各微網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)桿塔節(jié)點(diǎn)與變電站節(jié)點(diǎn)之間的設(shè)備連接。主網(wǎng)一般利用電力系統(tǒng)通信專網(wǎng)，主要負(fù)責(zé)變電站與各調(diào)度端的信息傳輸，可以管控大部分變電站的通信。

3 輸電線路狀態(tài)監(jiān)測通信傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

3.1 微網(wǎng)通信技術(shù)

對于安裝在桿塔上的監(jiān)測裝置，可選用有線通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過RS-232/RS-485等通信接口或自適應(yīng)以太網(wǎng)接口將收集的數(shù)據(jù)匯聚到桿塔節(jié)點(diǎn)設(shè)備[4]。

對于不安裝在桿塔上的監(jiān)測裝置，可選用無線射頻通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。其中，組網(wǎng)方案參考無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN），能夠有效降低能耗，并且實(shí)現(xiàn)與異構(gòu)系統(tǒng)的相互聯(lián)通，為后續(xù)的數(shù)據(jù)協(xié)同處理提供保障。

由于微網(wǎng)的通信覆蓋范圍只有數(shù)十米，運(yùn)用無線個(gè)人局域網(wǎng)（Wireless Personal Area Network，WPAN）通信技術(shù)就能滿足要求。具體應(yīng)用中，可根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸需求選擇無線個(gè)人局域網(wǎng)，如超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）、Bluetooth以及ZigBee等。3種無線個(gè)人局域網(wǎng)通信技術(shù)的對比如表1所示。

表1 3種無線個(gè)人局域網(wǎng)通信技術(shù)的對比

3.2 接入網(wǎng)通信技術(shù)

接入網(wǎng)主要負(fù)責(zé)桿塔節(jié)點(diǎn)設(shè)備和變電站節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間的連接，需要比較不同通信傳輸方式的優(yōu)劣，從而實(shí)現(xiàn)通信需求與通信方式的適配，實(shí)現(xiàn)傳輸效率與通信成本綜合最佳。當(dāng)前，接入網(wǎng)通信技術(shù)主要有專網(wǎng)和公網(wǎng)2種模式。

3.2.1 專網(wǎng)模式

專網(wǎng)即專用網(wǎng)絡(luò)，只服務(wù)于特定的系統(tǒng)內(nèi)部。根據(jù)傳輸媒介的不同，當(dāng)前接入網(wǎng)的專網(wǎng)模式分為有線通信模式和無線通信模式。

輸電線路狀態(tài)監(jiān)測接入網(wǎng)常用的有線通信方式為光纖有線通信。光纖有線通信是以光纖作為傳輸介質(zhì)，以光波作為信息載體進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。電力光纖一般選用光纖復(fù)合架空地線（Optical fiber composite overhead Ground Wire，OPGW）和全介質(zhì)自承式（AllDielectric Self Supporting，ADSS）光纜[5]，如圖2所示光纖有線通信具有傳輸容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、重量輕、絕緣好、耐腐蝕以及抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是通信光纜資源緊張、光纖維護(hù)工作量大以及維護(hù)時(shí)影響數(shù)據(jù)的傳輸?shù)取?/p>

輸電線路狀態(tài)監(jiān)測接入網(wǎng)中常用的無線通信方式主要有無線保真（Wireless Fidelity，Wi-Fi）和全球微波互聯(lián)接入（Worldwide Interoperability for Microwave Acess，WiMAX）。專網(wǎng)無線局域網(wǎng)技術(shù)的參數(shù)對比如表2所示。

表2 專網(wǎng)無線局域網(wǎng)技術(shù)的參數(shù)對比

專網(wǎng)無線通信一般適用于傳輸距離較短、監(jiān)測點(diǎn)相對集中且有無線寬帶傳輸需求的區(qū)域，如變電站出口段。專網(wǎng)無線通信的成本會(huì)隨著傳輸距離、設(shè)備的復(fù)雜度及功耗的增大而增加，因此在選用無線通信時(shí)要根據(jù)實(shí)際需要合理選型。

3.2.2 公網(wǎng)模式

公網(wǎng)模式指將塔桿節(jié)點(diǎn)設(shè)備收集的前端監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)，通過運(yùn)營商無線網(wǎng)絡(luò)傳送到控制中心。主流運(yùn)營商無線網(wǎng)絡(luò)有通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Services，GPRS）、碼分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）、4G以及5G等。不同無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的對比如表3所示。

表3 公網(wǎng)無線通信技術(shù)的對比

公網(wǎng)無線通信一般適用于重要程度低、監(jiān)測點(diǎn)比較分散的通信系統(tǒng)，具有成本低、見效快的優(yōu)勢，但是容易受公網(wǎng)傳輸速率低、信號覆蓋不足的影響，出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸能力弱、穩(wěn)定性差以及安全性低等問題。

3.3 主網(wǎng)通信技術(shù)

主網(wǎng)一般可利用電力系統(tǒng)通信專網(wǎng)。目前，輸電線路中各級調(diào)度、監(jiān)控中心以及變電站都已實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)通信專網(wǎng)的聯(lián)通。其中，光纖通信是電力系統(tǒng)通信專網(wǎng)最主要的通信方式。將微網(wǎng)收集的數(shù)據(jù)信息借助接入網(wǎng)匯總到各個(gè)變電站，變電站再通過現(xiàn)有的電力系統(tǒng)通信專網(wǎng)將數(shù)據(jù)信息上傳至監(jiān)測主站系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總，為輸電線路的集中監(jiān)測、統(tǒng)一調(diào)度奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

隨著通信技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，輸電線路狀態(tài)監(jiān)測通信傳輸網(wǎng)絡(luò)會(huì)隨著通信技術(shù)的創(chuàng)新不斷變革。電力行業(yè)人員需要以發(fā)展的眼光提出并解決問題，不斷推動(dòng)新技術(shù)融入輸電線路狀態(tài)監(jiān)測通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)我國電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全建設(shè)，為我國各行各業(yè)的發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。