電力設備監(jiān)控系統(tǒng)無線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計

金安橋水電站有限公司 浦璐妮

1 無線監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

目前經(jīng)常能看的無線通信技術(shù)含有公用的網(wǎng)絡、電力系統(tǒng)專用的網(wǎng)絡、自己組織的網(wǎng)絡和短程無線。公共無線網(wǎng)絡包括電信運營商的2G/3G/4G/5G、Nb-lot；電力系統(tǒng)專用的無線網(wǎng)絡有230MHz頻段的網(wǎng)絡；現(xiàn)在自己組織的網(wǎng)絡包括WiFi網(wǎng)絡、ZigBee、6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡和Lora，部分系統(tǒng)使用北斗短消息通信系統(tǒng)來完成監(jiān)控、還有藍牙與紅外通信。因為WiFi和藍牙、紅外通信這些功能在短程無線通信技術(shù)被應用于電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測的聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，文章里面不簡述。需要注意的是，本文主要側(cè)重于無線通信技術(shù)的應用，下面幾種無線網(wǎng)絡中心里面的構(gòu)造也不會對此進行簡述。

1.1 基于公共網(wǎng)絡無線監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

在網(wǎng)絡方案中，擁有監(jiān)控終端的DTU經(jīng)過通信模塊連接到網(wǎng)絡基站，公共網(wǎng)絡無線監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 公共網(wǎng)絡無線監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

1.2 電力無線專網(wǎng)接入的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

在服務器前添加安全連接平臺，在連接安全性、電力業(yè)務需求和技術(shù)經(jīng)濟據(jù)分析，國家電網(wǎng)公司向工業(yè)和信息化部申請增加頻率資源，獲得了頻率資源的認可，從2009年開始設立了230MHz的電力無線專業(yè)網(wǎng)絡。現(xiàn)在已經(jīng)有獎近十個省、市和市已經(jīng)擁有LTE電力無線專網(wǎng)。構(gòu)建網(wǎng)絡，能夠解決從電力網(wǎng)末端到最后公里的連接問題，泛電在構(gòu)筑電力網(wǎng)初期建立包括C類和以上電源范圍內(nèi)地電力無線網(wǎng)絡。在開展電力系統(tǒng)設計工作時，需要充分滿足物的實際使用功能，并且以節(jié)約投資為建設目的，避免造成更多的資源浪費。為了提高節(jié)能效果，需要選擇現(xiàn)代化的節(jié)能設備，降低線路損耗，減少后期實際設備維護和保養(yǎng)的經(jīng)濟投入，全面提升設備運行效率，達到電氣現(xiàn)代化設計目的。

1.3 基于北斗衛(wèi)星的通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

北斗通信系統(tǒng)一般采用短波通信。通信頻率低，一般利用短波通信，在通用電力的網(wǎng)絡構(gòu)筑初期，國家電網(wǎng)打算修建1000個以上的北斗基礎(chǔ)設施。

1.4 無線傳感器網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡是一種可以把移動通信和計算機網(wǎng)絡相結(jié)合的裝備，也可以用很慢的在很近的輸送無線上網(wǎng)協(xié)議，選擇最為適合的適用于其它可以進行訪問和物理的層面，最為要緊的特點就是速度慢、不費電、資金少、還可以使用網(wǎng)上的節(jié)點、也能使用不同的網(wǎng)上拓撲、簡單易懂、穩(wěn)定又安全。

2 無線通信參數(shù)特性對比分析

2.1 通信模塊功耗、通信距離與速率方面

在沒有外部供電的情況下，通信模塊的功能消耗就成了很重要的因素。然而電力系統(tǒng)里面，當需要高速時，就該先采用4G和5G；當單跳距離要求較長時，可選擇北斗、Lora和公網(wǎng)。就上面來說，通信模塊的功能消耗，在使用的時候還應對監(jiān)控裝置自己本來的消耗功能也要考量。

2.2 成本與安全性方面

ZigBee和Lora屬于自己的組織網(wǎng)絡，因此用以后支付數(shù)據(jù)費，所以維護費用少，其他網(wǎng)絡都要交數(shù)據(jù)費用。可以通過無功補償?shù)姆椒ǎ岣哒w電力系統(tǒng)節(jié)能設計效果。工作人員需要提高對于無功補償設計的重視程度，合理改變變壓器的功率因素，達到節(jié)能效果。一般在無功補償過程中，可以采取三項互補的方法，但是在實際的工程電氣設計過程中具備較多的大功率電氣設備，對于工作人員開展三項平衡設計工作提出了更高的要求。為此，工作人員可以采取單向無功補償?shù)姆椒ǎm量地加大經(jīng)濟投入，綜合考慮設計各方面因素，使得無功補償?shù)男Ч玫匠浞职l(fā)揮。

3 無線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計策略

3.1 應用場景劃分

電力物聯(lián)網(wǎng)無所不在的特點也在很大程度上起了關(guān)鍵性的作用，而且還要采集許多的電力設備信息，其中就有發(fā)電、輸電、配電、用電等不同的節(jié)點，而且監(jiān)督著一次設備與二次設備的全部信息。采用比較實用的計劃，先要把即將進行收集的數(shù)據(jù)的輸送拖延、數(shù)據(jù)量也要全部區(qū)分。第一，具有高傳輸時延要求的信息，好像跟毫秒拖延一樣，要把不同的信息全部真實的傳輸。第二，對于不需要高傳輸延遲的信息，就跟秒時的拖延，把各種狀態(tài)監(jiān)測信息傳輸。在開展工程設計過程中，首先要考慮的是適用性，即在滿足基本的電力系統(tǒng)設備運行要求和運行安全的基礎(chǔ)上，對整體的供電設計進行優(yōu)化和完善，對設計的負荷容量進行計算，保障整體電力線路的絕緣距離、絕緣強度等能夠符合實際的供電要求。同時，需要在供電設計過程中設置相應的防雷設備，提高整體工程電氣設計的安全性。

3.2 無線網(wǎng)絡方案設計及其質(zhì)量評價

拿監(jiān)控系統(tǒng)來講，根據(jù)不同類型的數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)的重要程度、實時上傳來說有著很大的區(qū)別，例如，故障數(shù)據(jù)必須上傳，常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)未超限不能在信道擁擠的時候上傳。所以，網(wǎng)絡資源也有一定的局限性，就要考量一下網(wǎng)絡服務的品質(zhì)。所有的不同類型的應用數(shù)據(jù)處理要通過由高到底的級別來解決，不然就會使得整個通信的通道擁擠，對上傳重要信息有一定的影響。另外，在傳輸線路發(fā)生問題的時候，無線傳感器網(wǎng)絡中里包含的許多的不同節(jié)點在同一時刻發(fā)生“井噴”，就很容易產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)，也會使其比較擁擠，我們就能選擇在通信協(xié)議的傳輸和應用的層面，采取一種預防擁堵的辦法，從整體上進行防御擁塞，保證整個系統(tǒng)的服務品質(zhì)。

4 應用案例分析

4.1 應用需求與無線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計

以超高壓輸電線路設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)來說，該系統(tǒng)需要對絕緣子泄漏電流、導線電流、導線張力、接頭溫度、導線舞動等信息進行監(jiān)督，并對使用范圍實行了調(diào)研分析。可以利用現(xiàn)代化測量技術(shù)提高電力系統(tǒng)工程設備安裝位置的精確度，比如BIM技術(shù)、云計算技術(shù)、視覺掃描和檢測技術(shù)等。現(xiàn)代化電氣工程設備安裝的視覺掃描和檢測技術(shù)取代了傳統(tǒng)的人力視覺觀察，對電力系統(tǒng)工程安裝施工過程進行多種部位的特征提取，然后與后臺龐大且全面的安裝知識進行融合對比，最終提供更加專業(yè)的設備安裝建議，充分保障了電力系統(tǒng)工程的安全運行。

4.2 通信策略設計

第一從硬件方面來說，采集板的控制傳輸程序和無線模塊的傳輸控制程序有不一樣等級，所有的數(shù)據(jù)都會有因為等級不同而影響服務的先后順序。傳輸信息的先后順序有四種，順序信息由高到低依次傳輸，由報警信息、按時發(fā)送報文、隨時抽查較長的報文、按時檢測的報文，四個優(yōu)先小組對應于四種優(yōu)先類型。

第二從軟件方面來說，在采集板上，信息分為四類：危險的事故、有點事故、好像存在的問題和正常數(shù)據(jù)這四種，而且有了故障信息集生成，包裝報警信息，還要把故障信號樣本數(shù)據(jù)存儲在本地閃存中，后臺引用，服務器軟件接收到報警信息之后，接收到報警信息后進行報警。通過統(tǒng)計分析，利用定位算法確定故障點附近的通信節(jié)點，并根據(jù)故障嚴重程度查詢閃存中的故障記錄數(shù)據(jù)。

結(jié)束語：本篇論文介紹了電力系統(tǒng)中幾個比較特別的無線通信技術(shù)的網(wǎng)絡構(gòu)造，匯總了不同種類的無線通信技術(shù)的特質(zhì)。把無線通信技術(shù)的耗能、通信的距離、信息輸送時的安全方面、信息傳輸?shù)乃俣取⒔⒑宛B(yǎng)護的資金等方面進行了比較，以及各種無線網(wǎng)絡的表現(xiàn)。也列出了在信號的籠罩范圍、供電、通信速率、數(shù)據(jù)量、設備分布等方面的能不能在不同的狀態(tài)下適配；本文提出了在不一樣的時期、不一樣的情況下無線通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的設計策略，并通過實例進行了驗證。