輸電線路遠程監控與故障預警在線監測控制器研究

谷明哲 盧 淼 王毅凡

（國網河南省電力公司洛陽供電公司 河南洛陽 471000）

隨著目前國際資源短缺現象的不斷加劇，新型的水利發電、風力發電、光伏發電以及核能發電都在不斷的取代火力發電來并入電網，供人們以及工業發展的使用，但是這些新型的發電方式又會在并網運行時帶來一定的困難，這就需要我們時刻注意電網的運行情況，也對電網的平穩運行帶來了更大的挑戰[1]。

1 輸電線路運行的現狀

電力系統的輸電線路是由多種設備連接組合來工作的，這些設備的安全平穩運行對于對于整個系統的系統，以及供電用電安全都起著至關重要的作用。由于輸電線路的運行線路都是在野外架設運行的，存在著線路長、面積廣，容易受到天氣、環境等多種因素的影響[2]。從而能夠發現輸電線路的運行狀態是相對惡劣的。針對這一現象，我們國家正在努力實現智能電網的建設，這其中輸電線路的實時監測以及故障診斷是關鍵的組成部分。因此，我們需要建立輸電線路遠程監控與故障預警在線監測控制器，通過在輸電線路的運行路線上安裝多種傳感器，并使用信息存儲以及處理技術，實現對采集的數據進行實時的觀察以及分析，通過檢測預警以及診斷評估體系來發現故障，為平穩運行做保證，從而提升整個智能電網的運行效率與整體水平，建立科技含量高、現代化以及自動化的智能電網輸電線路故障診斷檢測系統[3]。

輸電線路的狀態監測系統由于近些年的傳感器技術、壓縮感知圖像處理技術、電子信息技術以及新能源領域的研究不斷發展，已有以前的僅對線路污穢進行檢測逐步向全面的運行狀態（積雪所承受的應力、風擺以及污穢等）等多種情況進行檢測。可以利用圖像畫技術實現的觀察現場的輸電線狀況，并且引入了人工智能算法以及專家系統來實時的對現場的故障進行智能化的診斷，實現信息的實時傳輸與共享[2]。

2 輸電線路的檢測技術的運行方式

通過多種傳感器（傾角傳感器、拉力傳感器、振動傳感器）的結合運行來獲得輸電線的的傾斜角度、拉力數據以及振動數據；并且通過氣象檢測系統來對鐵塔周圍的氣象數據，通過接口將上述的檢測采集的數據發送到監測控制器中。同時使用視頻檢測系統來對現場的狀態圖片進行拍攝同時通過云端系統來對現場設備進行遠程的控制。設置有16條輸入輸出開關量在監測控制器。通過GPRS等將監測得到的數據通過選用的通信協議傳送到遠端的控制中心，控制中心將會對信息進行進一步的解碼，來實現對數據的進一步分析。從中能夠發現在線監測控制器在整個系統中起著承上啟下的作用。

3 在線監測控制器的研究

3.1 在線監測控制器總體結構設計

在線監測控制器一般被安裝在輸電線路之間架設的鐵塔上，一邊是連接的用于數據采集的傳感器模塊，一邊是鏈接的用于傳輸數據的通信模塊。通過終端主板外掛自制變送器的方式實現監測功能[2]。調度中心通過通信協議，采用GPRS的模式來與終端主板連接。這樣不僅實現了對各個監測對象的檢測任務，而且還能通過云臺來實現對設備的控制以及設備的運行狀態進行檢查等。其中采用的GPRS模塊是通過RS485總線來實現與視頻卡模塊之間的鏈接，無線數傳模塊與輸電線路在線監測控制模塊是通過TTL來實現連接的；終端主板通過RS485總線來實現與自控制變送器、云端平臺以及氣象檢測平臺之間的聯系；傳感器模塊（傾斜角、拉力以及振動等）是通過RS485總線來與終端主板之間進行連接的。其中的傳感器模塊采集的傾斜角、拉力以及振動等物理量是通過電路的二次轉換來將采集的模擬量轉換為數字量。

3.2 變送器與傳感器研究設計

輸電線路遠程遠程監控與故障診斷報警系統需要采集大量的數據來進行判斷以及預測。這些數據包括：氣象檢測模塊采集的溫度、濕度、風速與風向、氣壓、日照以及雨量等；圖像采集模塊需要采集的圖像數據以及視頻；拉力檢測模塊采集的拉力數據；傾角監測模塊采集的絕緣子串傾角以及導線傾角；泄露電流模塊采集的泄露電流脈沖技術以及泄露電流；振動監測模塊采集的振動幅角以及振動頻率；電池模塊采集的太陽能電池電壓等。具體情況如表1所示。

表1 輸電線路遠程遠程監控與故障診斷報警系統采集的數據類型

數據采集使用的傳感器通過市場采購大都能夠獲得，然而由于運用場所的限制，部分傳感器是需要根據現場實際的情況來進行設計開發的，例如：振動、傾角以及拉力傳感器。而且變送器也需要根據實際的使用情況（由于需要采集的數據類型以及數據采集的接口較多）進行研發，并且系統的運行維護、后期擴展以及采集數據的速度都要考慮進來。變送器將采集的各種類型的模擬量信號（1～5V、1～10V以及4～20mA）都需要轉換成數字量信號通過RS485接口統一的傳送到在線監測控制器。研發的變送器在于各類傳感器進行連接時需要本著連接距離短、體積小以及低功耗的原則進行開發設計，選用的器件符合工業級的標準。

3.3 監測控制器的低功耗研究

在線監測系統對于功耗的要求較高，監測系統中的控制器、各個類型的傳感器、變送器以及無線通信模塊之間均是通過太陽能電池板來進行供電的。設計要求是需要實現系統在連續陰雨天氣30d的情況下仍然能夠保持良好的工作狀態。因此，在進行系統的開發設計時，必須保證各個功能模塊都采用功耗較低以及運行較穩定的元器件來進行開發設計。

3.4 監測控制器的主處理器的研發

監測控制器的主處理器的設計的結構如圖1所示。在線監測控制器的主處理器的特點如下：①CPU的主頻率不少于50MB，可以選用高性能的 AVR或是ARM處理器；②RAM大于64KB，FLASH大于256KB，內存能夠擴展至128MB；③擴展電路采用串口方式；④控制繼電器是通過開關量的輸出來進行控制的，能夠實現紅外控制以及加熱器控制等功能的實現；⑤實現對太陽能電池板的電壓檢測；⑥外部電源管理模塊，能夠實現對外部所有電源設備的開關控制，根據運行中心的調控命令來實現電源設備的是否開啟，達到合理用電的目的。

圖1 監測控制器的主處理器的設計結構

3.5 運行中心軟件研究設計

運行中心是通過GPRS來實現與監測控制器的雙向通信的。運行中心的軟件能夠實現的功能有以下幾部分內容：①對于采集數據的自動或是手動獲取，運行中心對傳感器采集的數據，傳輸回來的數據包進行解包保存，通過手動的輸入需要查看的數據類型，能夠從數據庫中保存的數據中來獲取采集的數據，或是直接點擊數據類型的按鈕來實現對數據的查看；②對于現場圖像的采集，監測控制器能夠將采集的圖像信息傳送到運行中心通過GPRS。并且運行中心還能夠根據需要來對現場的攝像頭的各類參數（對比度、亮度、色彩、飽和度以及圖像的大小等）來進行調整，并能夠通過云端平臺來對攝像頭的角度進行調整；③實現運行故障報警，通過對傳感器采集數據的各類參數設定一個報警值，使能夠及時對出現故障的輸電線路進行報警。當數據超過設定的報警值時，攝像頭會將現場的故障照片傳遞到運行中心，并發出聲光報警信號；④對采集的數據進行預測分析；⑤對于采集的歷史數據進行統計保存。

4 結束語

本文對輸電線路遠程監控與故障預警在線監測控制器研究進行了研究與分析，對電網的安全平穩運行非常有效，具有性能良好、便捷使用的特點。

[1]樊汝森.基于無線傳感器網絡的輸電線路覆冰監測系統設計[D].上海電力學院，2015.

[2]王志平，楊 坤，陳光黎.輸電線路遠程監控與故障預警在線監測控制器研究[J].自動化與信息工程，2014，35（03）：32～36.

[3]林 林.中高壓架空輸電線監測系統的設計與實現[D].南京航空航天大學，2013.