輸電線路在線監測系統的設計與實現

王大千

【摘要】：隨著科技的發展，采用數字科技手段提高輸電線路安全運行水平成為現代化輸電線路發展的必然趨勢，實現無人煙區、無信號覆蓋區輸電線路運行工況的實時監測與監控，將是實現智能輸輸電線路的重點。因此，構建輸電線路在線監測系統勢在必行。

【關鍵詞】：輸電線路;在線監測系統;設計與實現

引言

針對極端災害天氣逐年多發頻發的嚴峻形勢、輸電線路設備數量急劇增加、輸電線路搶修工作任務逐年繁重和智能監測及預警服務體系不成熟等現實因素，現階段迫切需要借助科技手段，建立輸輸電線路智能監測及預警服務網絡系統，提高輸電線路自然災害應急和處置能力，將線路氣象災害事故消除于萌芽狀態。

1、實施電力系統輸電線路監測的重要性

電力系統集發電、輸電、變電、配電等功能于一身，而輸電線路安全穩定則是確保上述功能實現的前提。但實際上，由于輸電線路具有輸電距離長、布局范圍廣、承載電能需求呈多樣性變化、布局環境復雜等特點，因此很容易受到外界因素的干擾，象雷電、暴雪、冰雹等天氣因素干擾，還有地震、山洪等自然災害的干擾。上述對于電力系統的輸電線路運行均會產生嚴重的影響，同時還會對線路本身造成不可逆轉的損壞，引發輸電安全問題。其中最為典型的問題便是會造成輸電線路舞動，在強大的風力及嚴寒的影響下，線路舞動會產生強大機械振動能量，不僅會對線路自身產生嚴重危害，使得線路不堪重荷發生斷裂，同時也會對桿塔、金具、絕緣子造成強烈沖擊，使其產生疲勞損害。另一方面，我國的用電分布并不均勻，各地區用電量具有一定的差異性，尤其是在高峰時段，電力系統輸電線路需要面對的壓力更大，一旦出現線路故障問題，將會對電力系統供電安全造成嚴重影響。基于此，做好電力系統輸電線路的監測與檢查顯得尤為重要。通過對輸電線路的運行狀況進行密切監測，從而能夠第一時間發現線路故障，及時進行維修，可有效避免輸電線路問題進一步惡化，造成重大安全事故，為人們的日常用電提供有力的保障。

2、輸電線路在線監測系統的實踐優勢

2.1豐富輸電線路智能化理論

本課題的研究涉及電力行業，屬于國家重點戰略安全領域，直接影響我國電力產業的安全，為我國的生產建設、人民生活質量提供切實保障。輸電線路在線監測行業屬于智能輸電線路的重要組成部分，也是電力物聯網建設的基礎保障。本項目的實現將有助于推進智能輸電線路的發展，從而帶動整個產業的發展，促進我國逐步實現輸電線路數字化、智能化現代管理。

2.2降低事故率

由于輸電桿的倒塌具有不確定性，會導致城市供電系統的規模性停電，對經濟、社會造成影響。例如，一段功率為400MW的500KV輸電線路，其產生的故障在60min內造成的經濟損失高達120萬元。采用輸電線路智能監測系統可以有效減少冰雪等災害的發生，線路覆冰時，利用本系統傳輸現場的覆冰視頻，為線路覆冰期搶修提供技術支撐。

2.3提升智能化管理水平

運用輸電線路在線監測系統，可以有效解決無線鏈路傳輸不穩定、供電系統運行紊亂、圖像傳輸不清晰和設備維護工作量大等問題，有效解決傳統模式監測的局限性，實現對各信號區線路走廊環境狀況、覆冰狀況、氣象狀況的實時監控，加強覆冰期及重點線路之間的狀況檢測，從而不斷提升智能化管理水平。

2.4提供技木支撐

輸電線路在線監測系統的掛網運行，能夠監測輸電線路的覆冰狀況、氣象狀況、桿塔傾斜度，并能傳輸監測區域的高清視頻。輸電線路維護人員在辦公室利用后臺客戶端系統可以實時訪問現場的監測數據和高清視頻，掌握現場線路的運行狀況，猶如親臨現場。局部區域現場出現險情或未來有大范圍自然災害時，系統第一時間以客戶端軟件、手機微信等多種方式向線路運維人員發送預警信息，很大程度上提高輸電線路維護人員對自然災害的反應和處置能力，從而將輸電線路事故消除于萌芽狀態，將事故損失降到最低。

3、輸電線路在線監測系統的設計與實現

3.1溫度傳感器的硬件設計

作為輸電線路系統的基礎構成單元，溫度傳感器節點的作用是取得、預處理溫度數據，并將其傳導到協調器內，路由節點還需要起到橋梁的作用，將其子節點的溫度數據也傳達出去。

溫度傳感器的電路里存在溫度系數高低不同的兩個振蕩器，振蕩器的非線性會通過斜率累加器來進行校正。其中溫度系數較高的振蕩器的振蕩周期內，溫度系數較低的振蕩器產生的脈沖信號可以被計數，-55℃則與計數器的一個預設基權值相聯系。其具體工作原理是，當溫度系數較高的振蕩器振蕩周期未結束時計數器己經為零，說明測定溫度超過-55℃，溫度寄存器就會由-55℃的初始值上升一度變為-54℃，其后計數器重新工作，直至溫度系數較高的振蕩器振蕩周期結束，溫度寄存器記錄的就是被測溫度，該值同樣通過16位二進制補碼記憶在暫態寄存器中。這個被測溫度會被設備主機調取，然后將16位的二進制補碼轉換為十進制，就可以得出真正的實測溫度。

3.2信號傳輸模塊的硬件設計

遠程監控中心能夠使用協調器節點來進行參數的設置，并調節傳感器節點。最先這部分電纜的溫度數據是傳感器節點收集的，然后經過通信網絡被傳輸給信號傳輸模塊的，再經由通信網絡被信號傳輸模塊傳遞到監控中心，所以其中信號傳輸模塊起到數據信息轉接口的作用，其具體硬件設計介紹如下：

（1）用處理芯片和HC總線將EEPROM存儲器與外部實時同步時鐘連起來后，可以同時完成系統定時以及更新存儲;另外，電源電路、射頻輸入輸出匹配電路、晶振電路及通訊接口電路合起來就構成收發模塊的外圍電路。

（2）廉價的電感和電容安裝成的非平衡變壓器構成了射頻輸入輸出匹配電路，該電路作用主要在于提升非平衡天線的機能，它的參數是不變的，具體值可依據TI給出的數值手冊;

（3）晶振電路是由分別為高低頻的兩個晶振組成，高頻晶振頻率為32MHz，是維持射頻模塊運行的;而另一個低頻晶振的才32KHz，只是系統休眠和喚醒使用，這樣的設計能夠有效的減少系統的耗能。

（4）通信傳輸模塊中的GPIO，SPI等外設接口被用雙排針導出，形成了通訊接口電路，這種方式能夠讓系統調控和制約更便捷。

3.3通信傳輸網絡的設備選擇

在輸電線路狀態監測通信傳輸網絡建設過程中，可使用OSI七層體系結構中的路由設備、交換設備以及傳輸設備組成通信設備。其中，路由設備應選用穩定性與可靠性較好的路由器。鑒于路由器的網絡協議較為復雜、數據信息傳遞與交換效率相對較低、網絡配置靈活程度較差，需要加設DHCP服務器或DHCP中繼等輔助設備，促進功能的實現。交換設備的優勢在于數據信息的傳輸與交換效率相對較高，通信協議較為簡單，且寬帶的使用率較高。此外，通信傳輸網絡的可控性較差，需利用快速生成樹協議、生成樹協議以及IEEE802.1P補充協議實施調整。以基于SDH的多業務傳輸平臺與同步數字體系網絡為代表的傳輸設備，具備帶寬較高、時延程度低且安全性能較好的優點，但其對資源的利用率較低，并不適合接入網。

結語

綜上所述，輸電線路安全穩定性在電力系統中的作用非常重要，其有效保證了電力系統功能的實現，為人們提供了更為安全、穩定的電力供應。因此必須要做好其在電力系統輸電線路的監測與檢查，結合實際情況做好對檢測與檢查方法的應用，從而有效保證輸電線路的輸電穩定性，保持輸電系統的平穩性，為人們生產用電和生活用電安全提供有力的保障。

參考文獻

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