基于传感器技术的智能电网输电线路监测系统

基于传感器技术的智能电网输电线路监测系统

连杰

内蒙古电力（集团）有限责任公司巴彦淖尔供电分公司输电管理处

内蒙古巴彦淖尔市  015000

摘要：近年，智能电网获得了国家有关部门的广泛关注，尤其是在电网建设方面，将计算机、网络通信等现代化技术应用其中。与传统电网相比，智能电网为第二代电网，在网络运行中，展现出智能化特点，运行效率较高，更加稳定和安全，能够降低给生态环境带来的影响。由大量的静止或移动的传感终端以自组织和多跳的方式构成的无线网络称为无线传感器网络。该网络主要在智能电网中实现数据的采集、处理和传输功能。无论承载电力网络的各类无线传感终端应用在输电线路感知系统、移动巡检作业系统还是在低压台区采集服务系统中都结合其应用特点进行监测工作。

关键词：智能电网；输电线路；监测技术

输电线路在电网中起重要作用,近年来,随着国家基础设施建设的快速发展,居民和企业对用电的需求日益增长,为了保障高质量的电能输送,需要建设大量的高压输电线路，输电线路具有点多、面广、线路长的特点. 过去输电线路的维护主要靠人工巡视的方式,维护工作量大,人员需求量多、危险性高。随着智能电网WSN 的飞速发展，已被广泛应用于智能电网的配电巡线监测、台区感知及户内外巡检作业等领域中，能够完成温湿度、压力、质量、风电水气等各项监测指标，服务于智能电网建设管理系统。

一、输电线路智能在线监测概述

智能可视化输电线路在线监测系统一般采用的是固定位安装、太阳能供电、无线网络传输等方式，有效提高监测精度和质量，获得的监测数据更加完整和有效。在数字图形视频处理技术、无线通信技术、太阳能技术等现代化技术的作用下，将监控点周围的视频影像、天气状况、弧垂信息等在无线网络技术作用下传递至监测中心，由MMS将获得的监测信息传递到相关人员手机中，真正做到对监控点的全面监管，更好地了解现场具体情况。在输电线路智能在线监测系统的作用下，能够通过人工巡视方式，及时找到电力系统运行中存在的故障问题，为输电线路检修和维护工作的顺利进行提供支持。通常情况下，输电线路智能在线监测分为三个部分：后台管理系统、通信网络和监控系统，每个系统均具备不同的功能。后台管理平台的作用在于监控电网运行情况，对收集的监控信息进行网络处理和分析，展现出数据统计分析、设备管理等能力，并能够与现有输电线管理软件连接，系统具备兼容性。如何才能保证输电线路运行的稳定性和安全性，是当前相关部门重点关注的内容。在输电线路智能在线监测系统研究方面有待突破，提高输电线路智能在线监测水平。

二、基于传感器技术的智能电网输电线路监测系统

以实际电力服务系统中涉及的传感终端及应用为基础，基于“三型两网”战略目标，充分发挥优化资源配置作用，促进产业属性向“枢纽型”转变。强化电网与居民的纽带关系，面对居民用电常存在的用电行为复杂、能耗高、故障主动感知水平低、抢修时间长、事故责任定位难及互动能力弱等问题，电力企业正在积极寻找应对方案，如改良提升智能电表，但电表大部分以计量为核心，缺少细粒度用电数据采集、分析和挖掘能力。为解决问题必须引进辅助终端——智能微型断路器。

1、基于以网、4G 以及 ZIGBEE、NBLOT 物联网技术，将用户端的电流、电压、漏电流和故障报警等数据实时采集，实现用电安全及能源管控的远程控制，实时报警，统计运算等。其中涉及的 WSN 终端模块主要有：1）压力传感模块/模组，用于检测气体压力，并提供高低压阀值报警输出信号，可选择带远传和不带远传功能；2）高压断路在线监测传感模块/模组，主要采用超高频法，可判断故障类型，及时预警；3）温度、湿度传感模块/模组，主要用于检测终端所处环境温湿度，防止温湿度不平衡或不适度时终端作用失效；4）水检测传感模块/模组，用于检测气体含水量，并提供报警输出信号等。通过各类传感模块/模组的配合使用，结合其他模块功能，共同实现终端的整体功能。但传感模块的数量越多，微型断路器的能耗就会越大，基于各项模块均为 7*24 不间断工作的特性，对低压台区整体的能耗十分巨大，因此为高效用能、合理使用电力资源，使用跨层优化技术减少传感模块能耗十分必要。

2、智能电网输电线路监测

（1）功率控制机制。对智能微型断路器能耗问题，深入研究传感模块的节能优化技术。功率控制技术是其中最常采用的方法之一，即传感模块节点在网络中传输信息时采用的发射功率。通过对传输信道估计及反馈控制的信息结果，结合终端所在的传感网中传感模块的相互位置，策略性的调整信息传输时的发射功率，减少传感模块发射信息瞬间产生的能量消耗。发射端功率的降低，可影响接收该发射点的其他传感模块数量，亦可减少非接收方采集、读取、筛选数据的能量，进而达到减少网络整体能量消耗的目的。此外功率控制机制对传输过程中的信道竞争起到一定的缓解作用。若几部终端同时利用传感模块采集到重要信息，进行与系统的信息传输则可能出现信道争用的现象，易产生信息丢包、穿插、延迟等现象。采用功率控制机制可根据实际位置调节发射功率，建立虚拟的传输路径，降低信道的争用，减少冲突。

（2）路由协议。信息传输时必然经过由路由协议选择的路径，WSN 中网络层最普遍的路由协议主要有平面型及分簇型两种。平面型表示 WSN 各传感节点完全一样，不分层级，消息可经任意一处传输，不涉及上传下达，分簇型则相对具有等级分明，上下传达的功能。场景中的微型断路器位置及功能而言，在同一层级（即同一表箱、配电箱中）的终端，且位置相邻的可以采用平面型，电网侧收集并处理用户侧的用电数据的传输过程可采用分簇型。对比二者，平面型路由协议要求 WSN 各传感节点必须具备路由功能，运行时消耗的能量远远大于分簇型。此外 WSN 的拓扑结构并不是一成不变的，单一的采用平面型可能会增加网络性能不理想的概率。因此针对电力服务系统这样大规模的自组网络，分簇型WSN 部署可有效降低能耗。

3、传感节点与簇内传感节点的功率设定。由电力企业部署的智能微型断路器传感节点属于簇内传感节点（后简称簇内节点），而电力企业统一收集、处理数据的汇聚终端及其管理平台属于簇首传感节点（后简称簇首节点）。即便已经有分簇型网络，但为了维护网络的稳定性，一般的算法仍然是采用单一且固定的发射功率及接收功率，难免因为簇首节点与簇内节点因传输距离的不一致导致传输能量消耗过剩或不足。而 PCSC 算法满足簇间传输距离大于二倍簇内传输距离，根据各节点距离分配高低功率 Phigh、Plow。即簇首节点采用较高的发射功率 Phigh，簇内节点采用较低的发射功率 Plow。具体功率大小由电力企业管理决定。

在社会经济快速发展的过程中，国家对电力系统运行安全提出了严格的要求，要想提高输电线路运行的稳定性和安全性，需要结合时代发展的要求，加强对智能在线监测系统的设计和研发。

参考文献：

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