高压输电线路在线监测系统的设计与实现

高压输电线路在线监测系统的设计与实现

王鹏

绍兴市供电公司312000

摘要：随着我国社会经济的不断发展，电力系统的建设愈发趋于完善，尤其是高压输电线路的应用范围越来越广泛，极大地满足了人们的对电力资源的需求。高压输电线路在电力系统中的重要作用不言而喻，高压输电线路的性能事关整个系统是否能保持平稳的运行状态。但是由于高压输电线路本身的复杂性，必须要对其进行实时的监测。本文在基于高压输电线路的具体运行特点，提出了一种可行的在线监测系统设计方案。

关键词：高压输电线路；在线监测；无线通信

引言：

受到城市化的影响，很多原本位于郊区的高压输电线路逐渐被纳入城市输电线之中，输电线本身就会受到破坏和损害，主要原因是周围建筑施工带来的干扰，这些故障如果没有得到及时的发现就会影响整个电力线路的运行。而现今主要采取的巡查方式还是人工巡线，因此效率较低，社会上对于建成在线监测系统的呼声越来越大。

一、系统整体结构

本系统的主要组成部分是监测终端、通信传输系统和监控中心。监测终端的选址一般都是在杆塔处，并搭载CMOS摄像设备，可以对目的现场达到实时的监测，摄像头会把画面完整记录下来，并且传送至无限终端，终端会对传送来的数据进行分析和处理，然后利用以太网发送给监控中心，监控中心会把这些数据进行读取和存储，对于出现的问题会及时发出警报[1]。

终端会保持一定的时间间隔对路面的情况进行摄像，然后会上传到指定的数据库之中，控制中心会将采集到的画面和上一张同位置的画面进行比对，监测出两个时段内该区域是否有新的警情出现，如果发现异常就会立即发出警报，监控人员收到警报之后立即采取应急措施并赶往现场，排除故障。此外，该系统还可以保存历史数据供相关人员日后审查。

二、监测终端

终端的控制器选择了STM3系统，本系统有四个主要的构成模块，分别是时钟电路、监测温度、卫星定位和CMOS摄像头。系统的功能十分强大，电力支持来源于电源管理模块和CT取电装置[2]。以太网和无限通信在系统中起到沟通终端和监控中心的中介作用，信息的传输和警报信号的输送全部靠它来完成。

据相关调查显示，因为外力影响造成电路损坏和跳闸情况高达55.4%左右，对我国的电力系统造成了很大的损失。本系统建成之后，能够及时发现线路周围的所有潜在危害因素，可以对施工塔吊和挖土机对线路的危害降到最低，保证输电线的稳定性。

（一）CT取电装置

现今阶段，输电线的电力支持主要有太阳能蓄热板、激光供电或者安装蓄电池。太阳能蓄热板由于本身成本价格较低，且属于清洁能源，因此应用的范围很广，但是太阳能的收集工作受天气的影响较大，尤其是在阴雨天气比较多的潮湿地区使用经常受到限制。激光供电的成本代价太高且运送电量远不能满足实际需求量。蓄电池则需要频繁地更换，人工代价太高。因此，感应取电是最适宜的供电方式，主要的工作原理就是通过电流互感器从输电线上完成取电工作[3]。

本装置的组成部分有环状铁芯、二次线圈和调理电路组成，被悬挂在输电线上。根据法拉第原理，铁芯上的二次线圈周围会在高压输电线的影响下产生一些电磁，这些电磁受到感应之后可以充当电源的作用。但是由于高压输电线的电流变化极大，从几安到几千安不等，因此必须要对通过电流的异常因素进行考量，才可以保障两侧电流保持在稳定的水平上。

（二）无线通信收发模块

为了保证监测范围能够覆盖地更广，因此在线路上的每个杆塔处都会安装一个监测终端，这些杆塔就成了信号收发的节点。终端在获取到现场画面信息之后上传至控制中心，尽快分析画面是否有异常现象发生，对存在的安全隐患进行排除，才能保证高压输电线的安全性能不被破坏。

无线收发模块采取的收发器是单片射频收发器，型号为NRF24LO1，其工作的频段范围是2.4G赫兹到2.5G赫兹之中。这种收发器的主要优势就是耗能极低，且工作效率较高。若发射功率为-6dBM时，系统默认的工作电流只有9M安，较传统收发器相比耗电量下降了30%,即使是在接收状态时，工作电流也仅为13.4M安，节省了近三分之一的耗电量。另外该系统还可以选择工作模式或者低电量待机模式，使耗电量大大降低，与系统节能的设计初衷高度契合。

（三）系统通信结构

该系统的结构模式是底层和顶层并行的双层设计结构，这种结构运行起来更加顺畅，可以实现终端数据的整合并及时传输至控制中心，以便于控制中心作出合理的指示安排。

底层通信遵守的协议是Modbus协议，运行标准是RS-232，主要表现形式是在某个终端实现点对点自组网，形成稳定的网络之后，集合成为一个变电站的集中器，总而实现数据传输。数据在通信指出，采取的是分节点的NRF24L01模块，设定一个固定的IP地址之后，某一节点在收到上个节点的数据之后会自动传送到下一个节点，传送的内容既有本节点的信息，还有上一节点传送来的信息，长期循环下去，到最后一个节点将会收到所有节点汇总的数据。将数据集的时间间隔设置为500ms，各个节点之间定时传送数据信号，每60s为一个周期，信号的主要内容就是该节点的本地地址数据。

顶层通信的主要形式就是以太网。为了达到各个数据之间不发生重复、互不干扰的目的，系统会预先给每一个集中器设定一个IP地址，监测人员可以在控制中心通过登录每个地址来查看各个终端的实时数据信息[4]。然后集中器会把NRF24L01模块TTL串行信号转化成为TCP/IP的形式，利用因特网发送给控制中心。

三、结束语

综上，本文提出的设计方案，创造性地将CT互感器用到供电工作之中，并且利用以太网对数据进行传输，有效地解决了原本方案成本较高且数据传输速度慢且不稳定的缺陷，为减少线路上出现跳闸现象的几率提供了重要的保障，可以保证区域内的电网稳定运行，满足人民对电力的需求。

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]赵增华,石高涛,韩双立,等.基于无线传感器网络的高压输电线路在线监测系统[J].电力系统自动化,2009,33(19):80-84.

[3]杨勐峣.高压输电线路在线监测系统的设计与研究[D].北京交通大学,2011.

[4]刘锦,顾加强.基于J2EE的输电线路在线监测管理系统的设计与实现[J].计算机与现代化,2013,12(12):196-200.