基于分布式結構輸電線路防外力破壞檢測與預警系統設計

李國鵬，季鵬程，陳 怡，徐宏福，李志彬

（滄州供電公司 河北 滄州610041）

基于分布式結構輸電線路防外力破壞檢測與預警系統設計

李國鵬，季鵬程，陳 怡，徐宏福，李志彬

（滄州供電公司 河北 滄州610041）

在實際的生活生產中會有許多事件對電力系統的正常運作產生影響，嚴重的情況可能會導致大面積電網的供電中斷。針對上述問題，文中提出了一種新的電力傳輸線路監控系統，它是基于分布式結構設計的，利用電網系統中的桿塔作為載體，在桿塔上搭載檢測設備，實現對線路實際運行情況的監測，檢測和預警系統包括子站和模塊供電單元。后期隨著電網規模的擴大，可以根據實際情況利用已有的軟硬件平臺對需要檢測和預警的范圍進行擴展。本文設計的系統經過現場長期測試，驗證了該系統具有較高的穩定性和可靠性，可以為輸電線路的安全運行提供可靠的預警機制。

分布式結構；防外力；輸電線路；監測系統

經濟的迅速發展和城市基礎設施運行的高穩定性對電力系統的穩定與可靠性提出了很高要求[1]。電力系統規模的擴展和可靠運行成為社會穩定的基礎，規模的擴大和人們對電力系統安全維護知識的匱乏使之帶來許多現實問題，比如違法使用超功率設備，對架設輸電線路的塔桿進行違法使用，這些舉動都會對輸電線路的正常運行產生嚴重影響，容易導致輸電線路短路和停電等事故，這些不可預知的事情我們通稱為外力破壞，這些事件呈上升趨勢，對供電管理部門和供電企業來說，會導致巨大的經濟損失和管理困難，最嚴重的是會對電網的安全運行和人民生命財產形成威脅，這種情況不利于經濟和社會的發展[2-3]。對于這個問題，目前采取的常用管理模式是設置專業的工作人員對整個電網分片進行巡視，利用安全警告標示和隱患通知書對傳輸線路進行維護。這種方式在一定程度上會對線路的正常運行起到保護作用，但是這種途徑存在工作周期長和勞動強度大的特點，對于故障線路不能夠及時發現隱患等弊端，而且在環境相對惡劣的地方，工作人員無法長期工作，對于目前巨大的電網規模而言，這種方法不能滿足實際情況的要求。針對上述問題，文中提出了一種能夠實時地對傳輸線路架設設備是否遭受外力破壞和傳輸線路本身是否正常運行的預警和監控設備。該系統為視頻檢測系統，主要用于防盜來保證傳輸線路正常運行，實時監測架設設備是否受外力破壞。該系統是基于分布式結構模式設計的在線監測系統，鑒于系統的模塊化組成，我們可以根據不同的現場需求對監測模塊進行組合，來提高輸電線路運行的可靠性和實現經濟效益的最大化[4-5]。我們利用設計的檢測系統可以實現對輸電線路狀況的集中管理，同時獲取線路自身運行及周邊環境狀態，為線路的運行維護和應急防災等預警提供動態信息，為智能電網輸電環節的實現奠定基礎[7]。

1 系統總體設計方案

文中設計的監測與預警系統的目的是為了實現對電網運行狀態的在線監測和預警，在此基礎上為工作人員提供數據分析和針對特殊情況的決策方案的軟硬件模塊組合。該檢測系統由主控制系統和前端的數據釆集單元組成。如圖1所示即為數據采集單元，該單元由通訊模塊、電源子模塊、終端子系統三部分組成。監測終端子系統的功能主要是對線路是否正常運行提供檢測，主要是對輸電線路進行智能視頻監控，有效阻止各類線路外力破壞事故的發生。各個模塊通過安裝在塔桿上的監控設備利用無線網絡實現與主站之間進行通信，系統運行框圖如圖1所示。分布式結構是本系統設計的創新點所在，利用塔桿上的監控設備具有的易可擴展性和塔桿數量隨電網變化的任意性，可以實現對任意電網中傳輸線路的運行狀況的檢測。隨著對傳輸線更多數據檢測的要求，檢測設備的功能可能會較復雜，我們需要在已有集成的模塊中對新增加部分進行軟件參數的設置即可，新的功能與原有功能相互兼容與補充，使得系統的功能更加完善，使得檢測設備能夠盡可能多的利用原有的硬件資源，實現經濟效益最大化。

圖1 前端數據采集系統邏輯結構圖

2 主站系統設計

實時性強、經濟效益高和使用便捷是本文設計的主站單元應的原則，同時在應用性能方面要求該設備具有結構的開放性，系統易維護性，設置的節點數目數量不受限制以及和后期高版本設備的軟件相兼容等方面的要求，而且要求支持對該系統的方便操作開發的對其他應用程序的兼容。系統平臺在設計過程中充分考慮了對硬件平臺的充分利用，要求在硬件平臺不作出大的調整的情況下充分發揮軟件的特性，當然在軟件無法解決的情況下可以對硬件進行升級，主要目的還是要充分發揮硬件的使用價值，使得整個系統的應用價值發揮到最大。主站系統的主要功能是實現客戶端與數據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實現對數據采集模塊的控制。主站系統主要由各種服務器構成，包括中心管理服務器、轉發服務器和存儲服務器3大部分，負責對事件的調度和管理，實現對前端采集視頻流的存儲于轉發，方便客戶能夠直接通過主站了解到當前輸電線路的運行狀態。數據采集模塊的線上注冊使能由中心管理服務器負責，這也是她的核心業務，通過允許與否實現對前端系統的實時控制，它是本系統的通信中樞，負責對所有終端設備和網絡模塊的定位。前端設備只有成為檢測系統中的在西安設備才可以被實時的監測與控制，要想成為在線設備，需要在中心管理服務器上進行注冊。在文中設計的所有前端設備都必須成為在線設備，當然也包括存儲服務器，都必須在中心管理服務器上注冊，這樣就可以通過中心管理服務器實現客戶端與數據采集系統的通訊。通過客戶端視頻監控的主要任務包括用戶管理、設備管理、日志管理和業務管理4個模塊。

數據圖像和報警信號的轉發在監控系統中主要由轉發服務器來完成，同時擁有對操作員登陸系統的認證和管理的功能。當少量用戶對數據圖像進行訪問時，通過前端設備可以保證觀察數據的實時性；但是當某個觀測點一起被大量用戶同時訪問時，受到網絡帶寬的限制，會出現一定程度的網絡擁堵情況，這樣的情況對于觀測實時的數據圖像非常不利，針對這一難題我們在系統中引入轉發服務器模塊，轉發服務器可以針對大量用戶同時訪問的熱點數據進行合理的調度與管理，通過設置一定的緩存來對緩和網絡擁塞現象，提高了整個系統對傳輸線路的正常運行的觀測的實時性和可靠性[10-11]。

3 子站模塊設計

子站模塊是該系統設計的關鍵部分，它主要負責對實時運行狀況進行監視并主站系統進行通信，實現主站對監測模塊的控制。子站單元主要包括微控制器和通信模塊，通過對現場的實時運行狀況數據進行采集、轉換和存儲，獲得一手數據源，是整個系統的數據驅動，然后通過通信單元完成數據的轉發。系統的主控單元是監控終端的核心部分，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接口的擴展板。具體電路設計如圖2所示。

4 監測系統設計

監控系統是上述各個模塊的集成，主要負責對現場的實時狀況進行監視和預警，然后通過通信系統把數據傳輸至主控系統，它與上述子模塊單元相互結合完成對現場狀況的監視和預警，同時對于突發的狀況能夠及時提供參考意見，對于工作人員作出合理的決策提供寶貴信息。圖3所示為監控系統的組成模塊與運行過程。

圖2 主控單元硬件原理圖

圖3 輸電線路監控裝置結構圖

5 結束語

文中通過對輸電線路在運行過程中的各種狀態進行分析，利用已有的防外力監控平臺為基礎，設計了一款新型的輸電線路正常運作監測與預警系統，文中討論了系統的工作原理和組成架構，通過模塊化設計方式對系統進行設計，通過對各個模塊的功能進行分析，實現了模塊的軟硬件設計，通過對模塊的集成完成了系統的設計[16]。通過引入傳輸線路在運行過程中容易發生的掉閘事件對該系統進行測試，表明在安裝該系統后，由于外力導致的掉閘事故率有了明顯的下降，而且在短時間內得到掉閘線路發生的位置并及時進行供電系統的恢復，減輕了經濟損失，提高了電網運行的高效與可靠性，因此文中設計的監測系統基本達到了預期的目的，當然，隨著智能電網的發展，后期的許多功能還會被引入和不斷進行完善。

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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：201512212

李國鵬（1977—），男，河北滄州人。研究方向：電氣工程。