基于電力物聯網的110kV輸電線路舞動監測研究

西北民族大學 李 妍

1 引言

隨著電力系統的不斷發展和升級，輸電線路的安全運行問題日益引起人們的關注。輸電線路在受到外界因素的作用下，容易發生舞動現象，進而對線路設備造成損害，嚴重時可能導致事故的發生。對輸電線路的舞動監測與預警具有重要的意義。隨著物聯網技術的發展和應用，電力物聯網技術在輸電線路舞動監測領域得到了廣泛應用。該技術通過在輸電線路上安裝傳感器和通信模塊，采集實時數據并傳輸到云端服務器進行處理和分析，可以實現對輸電線路舞動情況的實時監測和預警，為電力系統的安全運行提供有效的保障[1]。本文就基于電力物聯網技術的110kV 輸電線路舞動監測系統進行了研究，以便于為輸電線路的安全運行提供有力的支持和保障，同時為電力物聯網技術的推廣和應用提供有益的參考和借鑒。

2 電力物聯網技術的應用現狀和發展趨勢

2.1 應用現狀

隨著物聯網技術的發展和成熟，電力物聯網技術已成為電力系統信息化建設的重要領域之一。電力物聯網技術通過將傳感器、通信技術、云計算和大數據等技術相結合，實現對電力設備、電力網絡和電力系統的實時監測、控制和管理。電力物聯網技術已在電力系統的各個領域得到廣泛應用，如電力設備狀態監測、電力負荷預測、電力安全生產等。電力物聯網技術的應用還不斷拓展和深化，如通過與人工智能、區塊鏈等技術相結合，實現電力系統的自主學習和自主治理。可以預見，電力物聯網技術的應用將為電力系統的安全、穩定、高效運行提供更加完善的技術支撐和保障。

2.2 發展趨勢

電力物聯網技術將進一步向著智能化、自主化方向發展。通過將物聯網技術與人工智能、大數據等技術相結合，電力物聯網系統將具備更加智能化的決策、控制和管理能力，實現電力系統的自主治理。

電力物聯網技術將向著高可靠、高安全方向發展。在電力系統的運行中，可靠性和安全性是最為關鍵的因素，因此電力物聯網技術將通過加強網絡安全、數據質量控制等手段，提高電力物聯網系統的可靠性和安全性。

電力物聯網技術將向著跨行業、跨領域方向發展。在未來，電力物聯網技術將與其他行業和領域的技術相結合，如與智慧城市、交通、能源等領域的技術相結合，形成一體化、跨領域的智能化系統，實現信息的共享和優化協同，為人類社會的可持續發展提供更加完善的技術支撐。

3 110kV 輸電線路舞動監測重要性

監測系統舞動研判如圖1所示。

圖1 監測系統舞動研判

110kV 輸電線路是電力系統中的重要組成部分，其安全運行關系到電力系統的穩定性和可靠性。110kV 輸電線路在運行中容易發生舞動現象，這不僅會對輸電線路設備造成損害，還會引發嚴重事故的發生，對電力系統的穩定運行造成嚴重影響。對110kV 輸電線路的舞動監測具有重要的意義，可以及時發現和預防舞動現象的發生，保證輸電線路的安全運行。基于電力物聯網技術的110kV 輸電線路舞動監測系統，不僅可以實現對舞動情況的實時監測和預警，還可以提高監測精度和效率，為電力系統的安全、穩定、高效運行提供有力支撐。

4 系統框架和設計方案

4.1 傳感器的選擇和部署方案

110kV 輸電線路舞動在線監測如圖2所示。

圖2 110kV 輸電線路舞動在線監測

基于電力物聯網的110kV 輸電線路舞動監測系統需要選擇合適的傳感器，并根據實際情況進行部署。具體選擇和部署方案包括：

一是加速度傳感器。加速度傳感器可以測量線路振動的加速度，是監測舞動的常用傳感器。可以選擇黏貼在輸電線路的桿塔上，也可以固定在帶有夾子的桿塔表面上。部署時應注意傳感器的安裝位置和數量，以充分覆蓋輸電線路的整個長度。

二是光纖傳感器。光纖傳感器可以通過測量光纖的變形來監測線路的舞動。可以選擇固定在輸電線路上或者埋入地下，對于需要長距離傳輸信號的場合，可以采用光纖傳感器的布放。

三是攝像頭。攝像頭可以拍攝線路的圖像，并通過圖像分析技術來判斷線路的舞動情況。攝像頭可以選擇安裝在桿塔上，也可以固定在專門的攝像架上。需要注意攝像頭的分辨率和畫質，以保證圖像質量滿足監測要求。

四是GPS 傳感器。GPS 傳感器可以測量輸電線路的位置信息，包括高度、坐標等。可以選擇將GPS 傳感器固定在桿塔或者導線上，以實現對輸電線路位置的精確監測。

4.2 通信模塊的選擇和網絡架構設計

4.2.1 通信模塊的選擇

通信模塊應該具有可靠的數據傳輸和網絡連接能力，同時要考慮到通信成本和功耗等因素。如可以選擇2G/3G/4G/5G 模塊，利用移動網絡進行數據傳輸，成本相對較低，但在一些偏遠地區信號可能不穩定。選擇NB-IoT 模塊，適用于低功耗、長壽命的物聯網設備，可以覆蓋大范圍的區域，但傳輸速率較慢。選擇LoRa 模塊適用于長距離低速率通信，能夠在廣闊的區域內提供物聯網服務，但需要安裝網關設備。另外選擇Wi-Fi 模塊適用于近距離、高速率通信，但覆蓋范圍較小[2]。

4.2.2 網絡架構設計

一是集中式架構。所有傳感器通過網關設備連接到云端服務器，數據中心對所有傳感器進行統一管理和控制，適用于傳感器數量較少的場合。二是分布式架構。每個傳感器都可以直接連接到云端服務器，傳輸數據的路徑較短，適用于傳感器數量較多的場合。三是混合式架構。部分傳感器通過網關設備連接到云端服務器，部分傳感器直接連接到云端服務器，適用于傳感器分布不均勻的場合。

4.3 云端服務器的配置和數據處理方案

4.3.1 云端服務器的配置方案

要選擇可靠的云服務提供商，如AWS、阿里云、騰訊云等，可以根據實際需求選擇合適的云服務。選擇配置高性能的服務器，包括CPU、內存、存儲等硬件資源，以確保能夠處理大量的數據。考慮數據備份和容災方案，以防止數據丟失和系統故障以及配置安全性措施，包括防火墻、身份驗證、訪問控制等，以保護數據的安全性。

4.3.2 數據處理方案

采集和存儲傳感器數據，可以使用MQTT、Kafka 等消息隊列和數據庫來實現數據的實時采集和存儲。使用數據預處理，包括數據清洗、去噪、特征提取等，以便于后續的分析和建模。數據分析和建模，可以使用機器學習算法或者統計方法來對數據進行分析和建模，以檢測異常、預測故障等。數據可視化和報警，可以使用Dashboard 和郵件、短信等方式來展示數據的狀態和警報信息，以便于用戶監測和管理。

5 數據采集和處理

5.1 傳感器數據的采集和傳輸

電力物聯網是指通過互聯網技術將電力系統中各個設備連接起來，實現設備之間的互聯互通，以實現智能化管理和控制。在110kV 輸電線路舞動監測中，可以利用電力物聯網技術實現傳感器數據的采集和傳輸。可以在輸電線路上設置多個舞動傳感器，這些傳感器可以測量輸電線路的振動、位移等參數。傳感器數據可以通過無線傳輸技術傳輸到數據中心，數據中心對傳感器數據進行處理和分析，提取線路舞動信息，如線路的振動頻率、振幅等。數據中心將處理后的數據通過互聯網傳輸給電力系統管理人員。電力系統管理人員可以通過終端設備（如PC、手機、平板電腦）訪問數據中心，查看110kV 輸電線路舞動監測數據，及時掌握線路運行狀態，以便進行調度和管理。

5.2 數據處理和分析算法的設計和實現

為了對110kV 輸電線路舞動進行監測，可以利用電力物聯網技術，通過在輸電線路上安裝傳感器，收集輸電線路的實時數據，實現對舞動情況的監測。具體步驟包括：一是選擇合適的傳感器。應選擇合適的傳感器，如加速度傳感器、傾角傳感器等，能夠對輸電線路的舞動情況進行監測。二是部署傳感器。將傳感器安裝在輸電線路上，保證傳感器的準確度和穩定性。三是數據采集。傳感器會不斷地采集輸電線路的實時數據，如振動、傾斜角度等。四是數據傳輸。將傳感器采集到的數據通過無線傳輸的方式傳輸到云端服務器中。五是數據處理。通過分析算法對數據進行處理，如使用濾波算法去除噪聲、使用小波變換算法分析頻譜等。六是數據分析。根據處理后的數據分析輸電線路的舞動情況，并進行報警或預警處理。七是數據可視化。將數據可視化，如使用圖表等方式展示輸電線路舞動情況，方便工程師進行監測和分析。

6 輸電線路舞動分析和監測

6.1 輸電線路舞動的基本原理

輸電線路舞動是指輸電線路在外力作用下所產生的振動，通常由風、溫差、冰雪、地震等外力引起。輸電線路的舞動是一個復雜的動態過程，其振動方式和特性與輸電線路的結構、桿塔參數、環境條件等因素密切相關。輸電線路舞動的振動特性包括振幅、頻率、相位等。輸電線路舞動振幅是指線路在舞動過程中的最大偏離位移，頻率是指單位時間內振動的次數，相位是指線路在舞動過程中的偏離位置和時間的關系。

6.2 舞動監測的方法和技術

舞動監測的方法和技術主要包括傳統的監測方法和現代的智能監測方法，其中現代的智能監測方法主要利用電力物聯網、傳感器、數據處理和分析等技術實現。傳統的監測方法主要包括目視巡檢法、拍照法、拉線法等。現代的智能監測方法主要包括傳感器監測法，是指利用加速度傳感器、位移傳感器、應變傳感器等實時監測輸電線路的振動情況，然后通過數據分析和處理得到線路的振動特征和趨勢。而無人機監測法是指利用無人機對輸電線路進行巡檢，通過搭載的攝像機、雷達等設備實現對線路舞動的監測和分析，但存在著設備成本高和操作技術要求高等問題。另外還有電力物聯網監測法，是指利用電力物聯網技術將傳感器設備、數據采集、數據傳輸和數據處理等技術有機結合，實現對輸電線路舞動的實時監測和分析，同時可以遠程監控和管理。

6.3 舞動數據分析和處理方法

對輸電線路舞動數據進行分析和處理是實現線路舞動監測的關鍵環節，常見的舞動數據分析和處理方法包括時域分析法、頻域分析法、統計分析法以及機器學習方法等，實現對數據的處理和分析，從而判斷線路是否存在異常舞動，提高電力系統的安全運行水平。

7 結語

基于電力物聯網的110kV 輸電線路舞動監測系統具備實時性、高精度、高可靠性等特點，能夠準確監測輸電線路舞動情況，提高電網運行的安全性和穩定性。基于電力物聯網的110kV 輸電線路舞動監測系統可以為電力企業提供實用、可行的舞動監測解決方案，具有廣闊的應用前景和市場潛力。