特高壓輸電線路狀態監測技術的應用

王文敏 孟耿瓊 賈莉莉

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

【關鍵詞】輸電線路 特高壓 Ad Hoc網絡 電力特種光纜 監測系統

傳統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險，監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需要經過不同的復雜的地理環境，比如說沼澤和戈壁以及叢林等無人區，這些地方都是這種高壓輸電線路在建設的過程當中，所需要面對的環境。從其它的方面上來說，在目前的社會忽然經濟的告訴發展之下，在電力的供應質量方面的要求也隨之加高，所以電力企業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展，在信息的獲取方面，受到了傳統的巡檢的阻礙，所以說發展新的高壓輸電線路檢測技術對于我們來說就非常的重要。相關的電力企業和科研機構，在高壓輸電線路監測的技術方面進行了研究，并給出了一些解決的方法。

1 設計思路

基于輸電線路電壓高的原因，再加上它自身復雜的惡劣的架設環境，在監控網絡的監測上面，如果運用傳統的在鐵塔上布設線纜的方式，將會存在諸多的意想不到的困難，所以，在監測網絡的建立上，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，那么它的收發節點的距離相對要遠，通過這種理論，我們可以知道當發送節點的發送功率增加約為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，所以說在野外復雜的地理環境之下，電源的供給困難的監測上面，帶來了很多的不方便。另外，當傳輸之間的距離加大，周圍的環境也會變得更加的復雜。收發節點之間的阻礙物會越來越多，以至于影響通信的質量，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，鐵塔逐級的分布規律，為短距離的無線接力傳輸上面提供了很好的基礎，在每個鐵塔上面安裝無線通信設備將信息進行一級一級的傳送，知道信息傳送到線路監測中心站的地方。這種被用于短距離的無線接力傳輸上的逐點轉發模式，假設在一個節點上面出現問使每個無線監測題，整條的傳輸鏈就會中斷，所以，Ad Hoc組網技術被引入了，這種網絡的所有節點的位置相等，抗毀性方面很強，同時不需要中心控制節點，利用Ad Hoc自身的優點，使整個輸電線路監測系統的抗節點失效的能力得到提高，例如，依照Ad Hoc的組網方式，建立通信節點，使每個無線監測節點和所有的鄰節點之間具備有通信的功能，下一個信息的轉發點可以自適應的進行選擇。

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的方式，那么造成信息傳輸不成功的概率將會增加，另一方面，上下游節點的轉發使能量的節能消耗巨大，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合的方式就應用而生。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自承式光纜和光纖復合架空地線組合，從它們目前被采用的現狀上面進行分析，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，我們來完成線路監測的建設。

2 無線監測節點的功能和結構

無線監測節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，在將信息發送給周邊的鐵塔的無線監測節點上面。

無線監測節點的基本結構，這種結構由數據采集單元和聲音或者視頻采集單元、無線傳輸單元以及數據處理單元、天線切換裝置、外部數據接口等組成。它的結構當中，數據處理單元是無線監測點的主要部分，它的系統是嵌入式，根據OSI的經典經典7層協議棧模型與TCP或者是IP的結構，它的功能從應運層到媒體的訪問控制層得到完成。應運層功能就是給各種面向用戶提供服務；傳輸層功能就是向應運層提供端到端的服務；網絡層功能就是把Ad Hoc中諸多的各種路由協議稍加改動，從而降低技術的風險；邏輯鏈路控制子層功能就是屏蔽底層的不一樣的MAC，向網絡提供統一的服務；MAC功能就是它其中部分的軟件控制檢測節點對無線信道的訪問。

3 塔上光通信節點的功能和結構

鐵塔上通信節點的功能是通過利用光線良好的通信介質，把信息傳輸的速度和可靠性提高， 表明了塔上通信節點的組成部分，它的數據方面的結構和無線監測節點的單元沒有什么區別。光傳輸模塊是把要發送的數據包轉換成光信號序列，通過光纖介質進行發送。光電傳輸的技術越來越成熟，在信息網絡之中被普遍運用。

在一般的應運當中，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，解決多節點共享光纖信道上的問題。在接受信號的時候，在光通信節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，另外的光信號經過一段輔助光纖后，和另外一側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點。運用這種設計，我們可以看出光信號無論是在本節點還是在其他本節點都可以被接受與處理。所以說，在本節點的數據處理器單元和供電單元以及光傳輸模塊出現問題的時候，它的信號傳輸將不會被受到任何的影響。光分路器的應運，它不僅提高了監測系統整體的可靠性，同時對于單個節點故障引起的癱瘓整個系統的工作問題也得到了避免，實際當中，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，為了使多數的光信號能量直接穿透本節點傳給其他的節點，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 監測系統的組網方式

給高壓輸電線路沿線的鐵塔上面安裝上無線監測點，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一起安裝無線監測點和光通信節點。

鐵塔上面的無線監測點之間的無線Ad Hoc網絡具有自組織和自適應能力的特點，在一定的區域之內，對線路的監控信息進行不斷的轉發，把信息傳送到擁有匯聚點的光通信節點的鐵塔上面。所有的光通信節點運用多跳轉發的方式進行數據之間的相互傳輸，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絡。通過在線路對端的變電站內設置迂回的路，對系統的可靠性進行加強。 把對端站內光通節點的輸出信號，運用一定的轉換器進行變換，最后SDH設備，將信號送回監測中心的變電站。

通過把無線Ad Hoc網絡與光線網絡相互結合起來的方法，使監測中心實現和任何鐵塔上面的監測點的信息交換，進而來完成線路的監測和控制。

5 本系統的工作模式和實現的功能

5.1 線路監測模式

在線路監測的模式之下，通過各種傳感器，輸電線路鐵塔上的無線監測節點收集輸電線路上面的信息。同時也通過光纖網絡和無線Ad Hoc相互結合的方式，把較強的信息進行轉發，數據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備進行遠程的控制，當然，對于一些攜帶專用的無線通信設備的智能化機械進行控制。

5.3 應急通信模式

本檢測系統方組成的網絡，不僅具備拓撲變化自適應的能力，同時也可以靈活的實現通信設備的無線接入。這種系統的使用，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，它也更加的準確簡單。

6 結語

利用電力企業的自身資源，高壓輸電線路檢測系統可以不依賴于公網運營商，目前，在電子科技和信息技術的發展之下，輸電線路的實施和監測的發展快速，其中，有些產品在實際的推廣之中得到應用。

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