基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程線路參數(shù)測試輔助裝置研制

田 莎，樊露丹，衛(wèi) 偉

(國網(wǎng)山西省電力公司 晉城供電公司，山西 晉城 048000)

0 引言

高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，新建、改建輸電線路在投入運(yùn)行之前要進(jìn)行線路參數(shù)測試。但是采用傳統(tǒng)的線路參數(shù)測試方法，作業(yè)人員要根據(jù)不同的測試項(xiàng)目相應(yīng)地改變線路配合端與測試端試驗(yàn)線接線方式，在整個(gè)測試過程中需要頻繁地登塔作業(yè)以改變試驗(yàn)線接線方式，這種傳統(tǒng)試驗(yàn)方法不能夠滿足簡單、方便地完成線路參數(shù)測試的試驗(yàn)要求，且有可能出現(xiàn)人身或設(shè)備傷害。為了解決這個(gè)矛盾，經(jīng)過反復(fù)探索運(yùn)維檢修新模式，從減少作業(yè)人員爬塔接線次數(shù)、儀器攜帶方便、縮短線路參數(shù)測試時(shí)間、提升工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、保證人員安全入手，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及遠(yuǎn)程操控技術(shù)研制了基于物聯(lián)網(wǎng)的線路參數(shù)測試輔助裝置，解決了一線員工在電力生產(chǎn)過程中遇到的實(shí)際問題，使得運(yùn)維檢修工作變得更加現(xiàn)代化，智能化、安全化[1]。最終將此裝置應(yīng)用于某110 kV變電站110 kV高壓線路參數(shù)測試中，由此來驗(yàn)證所研制裝置的可行性和正確性。

1 相關(guān)研究

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是基于互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一種新型網(wǎng)絡(luò)[2-3]，在初期時(shí)，功能比較單一，只有射頻識(shí)別技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也可以和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行融合，在融合使用時(shí)需要一定的協(xié)議。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)早期的主要功能是對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)識(shí)別。隨著人們對物聯(lián)網(wǎng)研究的深入，其中所包含的概念和初期大有不同。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用于各個(gè)方面，當(dāng)然這項(xiàng)技術(shù)最核心的就是利用各式各樣的傳感器以及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將客觀世界的實(shí)際環(huán)境信息轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)信息，然后進(jìn)行傳輸通信，幫助人們智能控制整個(gè)世界。

1.2 線路參數(shù)測試

線路參數(shù)測試主要是對新建線路、大修線路的阻抗值進(jìn)行測量，包括正序阻抗和零序阻抗，測得的結(jié)果與廠家電纜的正序電阻和電抗參考值進(jìn)行比較，來驗(yàn)證其合格性[4-7]。

傳統(tǒng)線路測試正序阻抗示意圖如圖1所示，線路配合端在桿塔處接試驗(yàn)線，線路測試端在變電站內(nèi)接試驗(yàn)線。線路配合端試驗(yàn)線接線方式為三相短路懸空，測試端將參數(shù)測試儀的A、B、C相分別與線路三相連接。

圖1 傳統(tǒng)線路正序阻抗參數(shù)測試示意圖

傳統(tǒng)線路測試零序阻抗示意圖如圖2所示。以A相為例，線路配合端在桿塔處接試驗(yàn)線，線路測試端在變電站內(nèi)接試驗(yàn)線。線路配合端試驗(yàn)線接線方式為三相短路接地，測試端將線路A、B、C三相短接后與參數(shù)測試儀A相連接。

2 遠(yuǎn)程線路參數(shù)輔助裝置的設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

線路參數(shù)測試輔助裝置硬件平臺(tái)分為配合端與測試端兩部分。其中配合端與測試端的原理基本相同，硬件結(jié)構(gòu)主要包括STM8S處理器、IC穩(wěn)壓模塊、GSM/GPRS通訊模塊、物聯(lián)網(wǎng)卡、繼電器組、電池組等部分，其硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖3所示。

在目前市面上的微處理器芯片中， STM微處理器芯片憑借其高性能、低成本、低功耗的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，經(jīng)過對比最終本裝置選定了STM8S處理器。

線路配合端與測試端的硬件輔助裝置需借助通信模塊才能實(shí)現(xiàn)與手機(jī)的互聯(lián)。WIFI無線通信模塊與物聯(lián)網(wǎng)無線通信模塊都可以實(shí)現(xiàn)與手機(jī)的互聯(lián)，通過對這兩種無線通信方式進(jìn)行分析比較，最終選定了物聯(lián)網(wǎng)通信方式。

繼電器作為硬件輔助裝置的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)線接線方式自動(dòng)轉(zhuǎn)換的核心部件，繼電器應(yīng)當(dāng)能夠滿足現(xiàn)場實(shí)際需求。最終確定選用電磁型繼電器。

圖2 傳統(tǒng)線路零序阻抗參數(shù)測試示意圖

圖3 線路參數(shù)測試輔助平臺(tái)配合端硬件設(shè)計(jì)原理圖

2.2 軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

C#是一種強(qiáng)大的面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)語言，這里我們利用Visual Studio 2008作為C#應(yīng)用程序的開發(fā)軟件。線路參數(shù)測試輔助裝置的軟件流程如圖4所示，點(diǎn)擊開始按鈕，選擇需要測試的功能，配合端和測試端進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，確定測試的所需參數(shù)。

圖4 線路參數(shù)測試輔助裝置軟件流程

2.2.2 遠(yuǎn)程控制手機(jī)APP設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)配合端和測試端的遠(yuǎn)程操控，利用物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)結(jié)合手機(jī)APP來實(shí)現(xiàn)此目的。目前，開發(fā)手機(jī)APP應(yīng)用程序的方式很多，Native APP、Web APP、Hybrid APP為主流開發(fā)方式，本文選用Native APP，此APP外觀簡單、性能最佳、用戶體驗(yàn)好、有很強(qiáng)的交互性，可獨(dú)立應(yīng)用程序運(yùn)行，開發(fā)后的APP如圖5所示。

圖5 APP應(yīng)用操作界面

3 現(xiàn)場應(yīng)用測試

選用某110 kV變電站某新增間隔線路參數(shù)測試，其測試系統(tǒng)框圖如圖6所示。并對手機(jī)APP一鍵操作繼電器動(dòng)作情況進(jìn)行檢查，測試結(jié)果如表1所示，正確動(dòng)作率100%，可以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖6 系統(tǒng)測試框圖

表1 測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語

應(yīng)用手機(jī)APP通過物聯(lián)網(wǎng)GPRS通信技術(shù)對硬件控制平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)高壓輸電線路測試端與配合端測試線接線方式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，從而更高效、更安全地完成線路參數(shù)測試工作。此輔助裝置的設(shè)計(jì)主要有以下三方面優(yōu)勢：①無線距離控制，采用物聯(lián)網(wǎng)無線通信模塊，不受輸電線路長度的限制；②兩端接線方式動(dòng)態(tài)顯示，手機(jī)APP應(yīng)用操作界面上可以清晰地看到當(dāng)前線路兩端的接線狀態(tài)，確保了測試結(jié)果的正確性；③手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)項(xiàng)目一鍵操作，手機(jī)APP應(yīng)用程序的開發(fā)，做到了人機(jī)界面友好，操作簡單可靠。將其應(yīng)用于某110 kV變電站線路參數(shù)測試中，準(zhǔn)確的測量結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)裝置的可行性。