高壓輸電線路電力塔監測系統設計

李雪

(國網忻州供電公司,山西忻州 034000)

高壓輸電線路電力塔監測系統設計

李雪

(國網忻州供電公司,山西忻州 034000)

本文根據高壓輸電線路和電力塔的實際環境及位置,設計實時在線監測系統,避免常規巡檢手段無法第一時間發現隱患的弊端。基于最新的無線傳輸技術ZigBee設計無線傳感系統,建立高壓輸電線路和電力塔環境信息網絡,對人為破壞、自然災害、系統本身故障等進行實時監測預報,實現對高壓線路和電力塔等電力傳輸設施的安全保護。

高壓輸電線路 電力塔監測 系統設計

電力設施是與生產、生活密不可分的一部分。高壓輸電線路和電力塔的設備完好情況以及周邊環境情況是電能安全遠程傳輸的關鍵。在實際電力線路傳輸中卻存在眾多可能損害電力設施的不確定因素，諸如人為損害、自然災害等，造成巨大經濟損失，使生產和生活蒙受無法估量的經濟損失。所以對高壓線路和電力塔進行全方位的因素監測是非常必要的，但是高壓線路和電力塔所處環境、位置不同，人工監測和維護成本巨大且操作不方便。論文介紹如何實現對高壓線路和電力塔的遠程監測系統，對電力設施建立遠程的無線智能信息監測，把各種預警信息采集遠程傳輸，從而實現對電力設施的實時安全監控，減少損失。

1 無線傳感器網絡原理

無線傳感器網絡涉及多學科，它能提高獲取信息的能力，把各種采集信息的傳感器與傳輸信息的網絡連接在一起組成采集與傳輸網絡，提供實時監控信息，具有可擴展、低功耗及智慧化等優點。無線傳感器網絡技術是物聯網技術的基礎，用來實現物與物之間信息的交互。無線傳感器網絡由傳感器節點、基站和管理節點構成。無線傳感器協議包含物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層等。如圖1所示為無線傳感器網絡協議。

1.1 無線傳感器網絡節點

無線傳感器網絡節點一般包括電源模塊，傳感器模塊、處理器模塊和無線傳輸模塊。如圖2所示為無線傳感器網絡節點結構示意圖。電源模塊為整個系統提供可靠的能源，并進行能源狀態監測。傳感器模塊是無線傳感器網絡的前端部分，用來采集各種被監測目標的數據信息，根據測量對象的不同包含各種不同種類的傳感器。處理器模塊接受傳感器采集的各種信息。并進行存儲與處理，協調系統的整體工作，并控制無線傳輸模塊的工作。無線傳輸模塊用來實現節點與節點之間、節點與網關之間的數據信息無線傳輸。

圖1 無線傳感器網絡協議

圖2 所示為無線傳感器網絡節點結構

1.2 無線傳感網絡工作方案比較

電力設施監測中常用的無線射頻技術是一種近距離、低功耗的無線通信技術，無需重新布線，利用點對點的射頻技術實現對設備的無線監控。目前，常用的無線射頻技術主要有Wi-Fi、藍牙、ZigBee等，它們各有特點，下面針對傳輸速率和傳輸距離的不同進行比較和擇優選擇。Wi-Fi無線通信采用IEEE802.llb標準，是目前WLAN的主要技術標準之一，工作在2.4GHz，最高支持54M速度。Wi-Fi通信依賴TCP/IP作為網絡層，通信距離較短，且其功耗較大，故而在一些電源要求苛刻的場合應用受限。

藍牙通信是一種短距離無線通信技術，是一種無線數據與語音通信的開放性全球規范。藍牙采用IEEE802.15.1標準，也采用2.4GHz頻段，其傳輸距離最短，并且最多只能有7個節點，在大型無線傳感網絡系統中受限。ZigBee采用IEEE802.15.4無線標準，是一種新興的短距離、低成本、低功耗、低數據率的無線通信技術。它是開發有關組網、安全和應用的通信技術。它具有省電、可靠、時延短、網絡容量大、安全、高保密性等優點。目前ZigBee在工業控制、環境監測、醫療和軍事等領域都得到了越來越廣泛的應用。ZigBee具有組網靈活性、流動性的特點，可以大大節約費用和精力。其中，應用層包括應用支持層或應用程序接口、ZigBee設備對象和由制造商制定的應用對象。網絡層負責確定拓撲結構和維護，以及命名和綁定服務，且完成尋址、路由和安全的任務。應用層負責為網絡應用程序提供網絡通信的服務。

綜合以上分析，電力設施的監測系統采用ZigBee技術作為無線傳感網絡系統的最終設計方案。監控系統中無線傳感網絡采用星型連接，主要包括了一個網關以及若干個無線通信子節點。網關上有一個無線收發模塊，其他的無線通信子節點安放在各個監測點上，通過無線收發模塊，各種信息數據可以在主節點和子節點之間進行傳輸。

2 系統整體設計

圖3 高壓輸電線路和電力塔監測系統

本系統設計遠程高壓線和電力塔監測，對高壓線和電力塔的溫度、周邊實時信息進行感知并監測，在遇到認為損害或惡劣氣候環境以及自身運行狀態異常時進行預警處理。監測點進行無線測量和傳輸，利用ZigBee棉模塊，通過布置無線傳感器網絡，實現數據的無線快速傳輸，從而達到降低危害的效果。

因為高壓線和電力塔是高壓電力輸送的骨干傳輸設施，地域跨度非常大，基本是線性延伸的分布，所以在實際監測系統設計時，除了在終端使用無線傳感器網絡作為短距離通信方式，需要把監測的數據進行采集與簡單處理后，采用以太網實現集中遠程數據傳輸到系統管理模塊，以實現遠程長距離監測的要求。系統的傳感器節點部署在高壓輸電線路和電力塔基上，將高壓輸電線路和電力塔的受力、溫度、圖片等環境參數采集后進行處理，在幾公里或十幾公里的局部范圍內，各電力塔之間構成一個相互聯系的無線傳感器通信網路。最后再將多個區域內的信息匯聚以后，通過以太網將監測數據傳回系統管理中心。系統整體分為：無線傳感器網絡模塊，數據采集模塊，主控模塊，以太網傳輸模塊，系統管理模塊，安全預警處理模塊等。其中無線傳感器網絡模塊采用CC2430芯片實現無線收發及傳感器網絡系統，最終實現無線傳感網絡模塊，完成對監測節點的控制與通信。數據采集模塊利用多種傳感器組成傳感器網絡系統，通過布置在高壓線和電力塔上的溫度、壓力、視頻等傳感器對設備進行實時數據采集。主控模塊通過中央處理器把采集到的實時數據進行簡單處理，以獲得設備的實時狀態信息，并控制安全預警處理模塊進行相應的安全預警處理。以太網傳輸模塊利用網絡接口芯片實現以太網通信，把采集到的實時數據傳輸到系統管理模塊，進行數據比較存儲與處理。系統管理模塊利用高級語言設計用戶管理接口，實現統一數據及控制管理。圖3所示為高壓輸電線路和電力塔監測系統整體結構。

3 結語

高壓輸電線路和電力塔是電能傳輸的核心，電力設施的完好是關系到電能安全遠程傳輸的關鍵，對其進行安全監測是很有必要的。由于高壓輸電線路和電力塔所處環境復雜，如果單純依靠人力來進行監測難度很大。根據高壓輸電線路和電力塔的特點，利用ZigBee技術組建無線傳感器網絡，對高壓輸電線路和電力塔的環境參數信息進行數據采集并處理，最后匯總多個節點的數據，通過以太網把監測數據遠程傳輸至系統管理中心，最終實現對高壓傳輸線路和電力塔的智能遠程監測。設計的這套智能遠程監測系統，可以利用短距離無線傳輸技術組建傳感器網絡系統，在被監測點設置不同類型傳感器，采集需要監測的狀態信息，利用ZigBee技術實現無線傳輸，再把較大范圍的監測數據進行匯總，通過以太網進行遠程網絡傳輸，最終在系統管理中心實現實時對高壓輸電線路和電力塔進行監測，避免人為或自然災害。

[1]王鈞.ZigBee技術在精準農業中的應用[J].現代電信科技,2011(9)：64-66.

[2]唐慧強,鮑磊磊,李超.無線鉑電阻溫度傳感器測試系統[J].南京信息工程大學學報：自然科學版,2011(5)：419-422.

[3]殷強,楊衛,于海洋,張文棟.基于ZigBee的紅外報警系統設計[J].核電子學與探測技術,2011(8)：862-866.

[4]孫云清,鄧榮貴.武順路施工段千伏電力塔桿保護及防護方案的可行性評估[J].四川建筑,2007(3)：96-98.