输电线路在线监测系统的设计与实现

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　　【摘要】：随着科技的发展，采用数字科技手段提高输电线路安全运行水平成为现代化输电线路发展的必然趋势，实现无人烟区、无信号覆盖区输电线路运行工况的实时监测与监控，将是实现智能输输电线路的重点。因此，构建输电线路在线监测系统势在必行。
　　【关键词】：输电线路;在线监测系统;设计与实现
　　引言
　　针对极端灾害天气逐年多发频发的严峻形势、输电线路设备数量急剧增加、输电线路抢修工作任务逐年繁重和智能监测及预警服务体系不成熟等现实因素，现阶段迫切需要借助科技手段，建立输输电线路智能监测及预警服务网络系统，提高输电线路自然灾害应急和处置能力，将线路气象灾害事故消除于萌芽状态。
　　1、实施电力系统输电线路监测的重要性
　　电力系统集发电、输电、变电、配电等功能于一身，而输电线路安全稳定则是确保上述功能实现的前提。但实际上，由于输电线路具有输电距离长、布局范围广、承载电能需求呈多样性变化、布局环境复杂等特点，因此很容易受到外界因素的干扰，象雷电、暴雪、冰雹等天气因素干扰，还有地震、山洪等自然灾害的干扰。上述对于电力系统的输电线路运行均会产生严重的影响，同时还会对线路本身造成不可逆转的损坏，引发输电安全问题。其中最为典型的问题便是会造成输电线路舞动，在强大的风力及严寒的影响下，线路舞动会产生强大机械振动能量，不仅会对线路自身产生严重危害，使得线路不堪重荷发生断裂，同时也会对杆塔、金具、绝缘子造成强烈冲击，使其产生疲劳损害。另一方面，我国的用电分布并不均匀，各地区用电量具有一定的差异性，尤其是在高峰时段，电力系统输电线路需要面对的压力更大，一旦出现线路故障问题，将会对电力系统供电安全造成严重影响。基于此，做好电力系统输电线路的监测与检查显得尤为重要。通过对输电线路的运行状况进行密切监测，从而能够第一时间发现线路故障，及时进行维修，可有效避免输电线路问题进一步恶化，造成重大安全事故，为人们的日常用电提供有力的保障。
　　2、输电线路在线监测系统的实践优势
　　2.1丰富输电线路智能化理论
　　本课题的研究涉及电力行业，属于国家重点战略安全领域，直接影响我国电力产业的安全，为我国的生产建设、人民生活质量提供切实保障。输电线路在线监测行业属于智能输电线路的重要组成部分，也是电力物联网建设的基础保障。本项目的实现将有助于推进智能输电线路的发展，从而带动整个产业的发展，促进我国逐步实现输电线路数字化、智能化现代管理。
　　2.2降低事故率
　　由于输电杆的倒塌具有不确定性，会导致城市供电系统的规模性停电，对经济、社会造成影响。例如，一段功率为400MW的500KV输电线路，其产生的故障在60min内造成的经济损失高达120万元。采用输电线路智能监测系统可以有效减少冰雪等灾害的发生，线路覆冰时，利用本系统传输现场的覆冰视频，为线路覆冰期抢修提供技术支撑。
　　2.3提升智能化管理水平
　　运用输电线路在线监测系统，可以有效解决无线链路传输不稳定、供电系统运行紊乱、图像传输不清晰和设备维护工作量大等问题，有效解决传统模式监测的局限性，实现对各信号区线路走廊环境状况、覆冰状况、气象状况的实时监控，加强覆冰期及重点线路之间的状况检测，从而不断提升智能化管理水平。
　　2.4提供技木支撑
　　输电线路在线监测系统的挂网运行，能够监测输电线路的覆冰状况、气象状况、杆塔倾斜度，并能传输监测区域的高清视频。输电线路维护人员在办公室利用后台客户端系统可以实时访问现场的监测数据和高清视频，掌握现场线路的运行状况，犹如亲临现场。局部区域现场出现险情或未来有大范围自然灾害时，系统第一时间以客户端软件、手机微信等多种方式向线路运维人员发送预警信息，很大程度上提高输电线路维护人员对自然灾害的反应和处置能力，从而将输电线路事故消除于萌芽状态，将事故损失降到最低。
　　3、输电线路在线监测系统的设计与实现
　　3.1温度传感器的硬件设计
　　作为输电线路系统的基础构成单元，温度传感器节点的作用是取得、预处理温度数据，并将其传导到协调器内，路由节点还需要起到桥梁的作用，将其子节点的温度数据也传达出去。
　　温度传感器的电路里存在温度系数高低不同的两个振荡器，振荡器的非线性会通过斜率累加器来进行校正。其中温度系数较高的振荡器的振荡周期内，温度系数较低的振荡器产生的脉冲信号可以被计数，-55℃则与计数器的一个预设基权值相联系。其具体工作原理是，当温度系数较高的振荡器振荡周期未结束时计数器己经为零，说明测定温度超过-55℃，温度寄存器就会由-55℃的初始值上升一度变为-54℃，其后计数器重新工作，直至温度系数较高的振荡器振荡周期结束，温度寄存器记录的就是被测温度，该值同样通过16位二进制补码记忆在暂态寄存器中。这个被测温度会被设备主机调取，然后将16位的二进制补码转换为十进制，就可以得出真正的实测温度。
　　3.2信号传输模块的硬件设计
　　远程监控中心能够使用协调器节点来进行参数的设置，并调节传感器节点。最先这部分电缆的温度数据是传感器节点收集的，然后经过通信网络被传输给信号传输模块的，再经由通信网络被信号传输模块传递到监控中心，所以其中信号传输模块起到数据信息转接口的作用，其具体硬件设计介绍如下：
　　（1）用处理芯片和HC总线将EEPROM存储器与外部实时同步时钟连起来后，可以同时完成系统定时以及更新存储;另外，电源电路、射频输入输出匹配电路、晶振电路及通讯接口电路合起来就构成收发模块的外围电路。
　　（2）廉价的电感和电容安装成的非平衡变压器构成了射频输入输出匹配电路，该电路作用主要在于提升非平衡天线的机能，它的参数是不变的，具体值可依据TI给出的数值手册;
　　（3）晶振电路是由分别为高低频的两个晶振组成，高频晶振频率为32MHz，是维持射频模块运行的;而另一个低频晶振的才32KHz，只是系统休眠和唤醒使用，这样的设计能够有效的减少系统的耗能。
　　（4）通信传输模块中的GPIO，SPI等外设接口被用双排针导出，形成了通讯接口电路，这种方式能够让系统调控和制约更便捷。
　　3.3通信传输网络的设备选择
　　在输电线路状态监测通信传输网络建设过程中，可使用OSI七层体系结构中的路由设备、交换设备以及传输设备组成通信设备。其中，路由设备应选用稳定性与可靠性较好的路由器。鉴于路由器的网络协议较为复杂、数据信息传递与交换效率相对较低、网络配置灵活程度较差，需要加设DHCP服务器或DHCP中继等辅助设备，促进功能的实现。交换设备的优勢在于数据信息的传输与交换效率相对较高，通信协议较为简单，且宽带的使用率较高。此外，通信传输网络的可控性较差，需利用快速生成树协议、生成树协议以及IEEE802.1P补充协议实施调整。以基于SDH的多业务传输平台与同步数字体系网络为代表的传输设备，具备带宽较高、时延程度低且安全性能较好的优点，但其对资源的利用率较低，并不适合接入网。
　　结语
　　综上所述，输电线路安全稳定性在电力系统中的作用非常重要，其有效保证了电力系统功能的实现，为人们提供了更为安全、稳定的电力供应。因此必须要做好其在电力系统输电线路的监测与检查，结合实际情况做好对检测与检查方法的应用，从而有效保证输电线路的输电稳定性，保持输电系统的平稳性，为人们生产用电和生活用电安全提供有力的保障。
　　参考文献
　　[1]杨艳美.高压输电线路在线监测系统的设计与实现[D].郑州大学，2017.
　　[2]陈久林，徐陈成，吴在军，窦晓波.基于无线传感器网络的输电线路在线监测系统[J].江苏电机工程，2013，32（06）：39-42.
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