陳思慧

摘要：輸電線路是電力系統(tǒng)的骨架，在電力系統(tǒng)中起著極其重要的作用，是電力系統(tǒng)重要的組成部分。隨著輸電線路的廣泛鋪設，面臨極端惡劣天氣條件的情況也越來越多，因此，輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對監(jiān)測輸電線路運行情況起著極其重要的作用，提高狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的質(zhì)量，也為輸電線路安全，穩(wěn)定運行提供進一步的保證。

關鍵詞：輸電線路 ，主備保護， 一體化， 低功耗

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

輸電線路對于系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全有著直接的影響，輸電線路不少處于惡劣的地質(zhì)條件以及惡劣的運行環(huán)境下，對輸電線路的狀態(tài)采用先進的在線監(jiān)測技術進行監(jiān)測有著重要的意義。通過監(jiān)測確保事故隱患能夠第一時間發(fā)現(xiàn)并即刻清楚，保障輸電線路處于良好的運用狀態(tài)。對于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應給予極大的重視，輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的質(zhì)量提升對保證輸電線路穩(wěn)定，安全運行有著至關重要的意義，下面就輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)質(zhì)量提升提出幾點的建議。

1 一體化設計

一體化設計就是功能集成，把監(jiān)測裝置的主控、數(shù)據(jù)采集、供電管理、模數(shù)轉換（含視頻編解碼）、音頻處理、通信等所有裝置需要完成的功能采用一體化集成設計原則，在一個模塊或采用一個應用服務器去完成所有的工作，工作的開啟、執(zhí)行、關閉，全部在模塊或應用服務器內(nèi)部的軟件完成。對于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的CPU來說，核心CPU板高度集成就是把數(shù)據(jù)、圖像、語音、AD轉換、GPRS通訊、電源管理等一體化設計，減少分立元件，提高集成度，進而提高設備可靠性，如圖1所示。

這種設計是在電子設備發(fā)展中的大趨勢。其帶來的好處是：

1）可靠性提高，需要使用的功能全部在一個模塊或應用服務器控制完成，不需要外圍電路，相對于多個電路構成的控制系統(tǒng)，沒有器件之間故障相“與”的關系，其工作的可靠性是數(shù)量級的提高。

2）體積減小，由于功能的集成在一個模塊或一個應用服務器之中，沒有了外圍電路，其體積減小是必然的。

3）成本降低，由于采用一體化集成設計，專用芯片相對于用通用芯片構成的系統(tǒng)架構，成本會極大的降低。

因此，我們在一個應用服務器及模塊上集成了數(shù)據(jù)采集、圖像采集、運算處理、數(shù)據(jù)存儲、電源管理、網(wǎng)絡通信等一體化實現(xiàn)，無論在體積上、結構合理性上，特別在可靠性上得到較好的保障。同時在設計成功的基礎上進行大批量的專業(yè)化生產(chǎn)，保證了一體化集成模塊的一致性和可靠性。

2 可靠性設計

監(jiān)測裝置的核心部分都會發(fā)生故障。即使我們進行一體化集成，產(chǎn)生故障也是不可避免的。只是故障的頻率和無故障運行時間不同。但是將設備一體化集成模塊等設計成主備智能工作的切換模式，將大大提高裝置運行的可靠性時間，具體實現(xiàn)方法是：當 主一體化集成模塊發(fā)生故障時，智能切換啟動備用一體化集成模塊，啟動自動裝載工作配置，從而提高裝置的運行可靠性時間。

2.1電源供電雙備用

狀態(tài)監(jiān)測裝置的電源系統(tǒng)采用太陽能雙路充電（或風光互補）、充電管理模組雙路管理、蓄電池雙路供電，全部供電系統(tǒng)完全隔離，互不影響；當一路供電裝置出現(xiàn)故障時，不影響另一路供電裝置的可靠運行。超高壓輸電線路在線監(jiān)測終端工作環(huán)境是220千伏、500千伏輸電線路上，可靠性要求高，在原來單芯片基礎上，設計了雙主芯片、雙通訊通道、雙圖像采集、雙電源供電、雙數(shù)據(jù)采集、冷備份切換工作模式的在線監(jiān)測終端。該終端具備一體化結構、功耗極小、接口統(tǒng)一、安裝方便、維護簡單等特點，使設備可靠性和自愈能力大大提高。

系統(tǒng)實現(xiàn)框圖如圖1所示：

圖1 狀態(tài)監(jiān)測裝置的電源雙備用

2.2設備工作模塊雙備用

裝置對設備中央處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、供電管理單元、控制單元、通信單元等重要部分均設計為1+1主備用智能后備（單SIM卡）工作方式，工作原理如圖2所示。工作模塊的配置信息存儲在公共存儲器，后備模塊啟動時，自動裝載工作模塊的工作配置，無需重新配置工作參數(shù)。實踐證明，采用此措施后，有效的克服了設備安裝點的惡劣環(huán)境、強電磁干擾，檢修不便等困難，使設備在線運行率得到明顯的數(shù)量級提高。

圖2 狀態(tài)監(jiān)測裝置內(nèi)部1+1主備工作方式原理框圖

3 通信設計

3.1現(xiàn)有通訊方式的質(zhì)量提升

目前輸電線路在線監(jiān)測裝置基本上使用GPRS、3G模式進行通訊，少量使用光纖、無線WIFI，遇到的問題如下：

（1）GPRS、3G燒卡的問題

燒卡的問題與當?shù)貧夂蛴嘘P，一般氣候干燥的地區(qū)容易出現(xiàn)該問題，解決的措施為，在電路上增加釋放靜電的電容。

（2）GPRS、3G信號不好

輸電線路在線監(jiān)測裝置通常安裝在人跡罕至的地區(qū)，因此GPRS、3G信號也有不好的時候，如果遇到該問題，解決措施是：使用高增益定向天線。以增強信號強度和分辨力。避免信號重疊。

（3）光纖、無線WIFI的問題

光纖、無線WIFI使用的功率太大，一般一個6口的工業(yè)交換機耗電量在7W左右，400mW發(fā)射功率的無線WIFI耗電在6W左右，解決的措施，去掉電壓轉換電路，減少不必要的功耗，實際使用不足4W，或者增加太陽能板提供更多電能。

3.2新的通訊方式

3.2.1光纖環(huán)網(wǎng)與無線WIFI-MESH混合環(huán)網(wǎng)

光纖環(huán)網(wǎng)與無線WIFI-MESH混合環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)方案是：在每個光節(jié)點配置光交換機級聯(lián)、構成光纖環(huán)形網(wǎng)絡；在兩個光節(jié)點之間使用WIFI-MESH構成無線環(huán)形局域網(wǎng)，與光纖環(huán)網(wǎng)相切落地，環(huán)網(wǎng)最容易發(fā)生的問題是網(wǎng)絡風暴：解決的具體措施是：把閉環(huán)網(wǎng)通過網(wǎng)絡通信協(xié)議改造為樹狀網(wǎng)，即網(wǎng)絡的“生成樹協(xié)議 IEEE 802.1X”（STP）（X=1、Q）。但是，這種改造形成的切斷是軟切斷，當出現(xiàn)閉環(huán)路徑故障時，協(xié)議會自動將斷開的鏈路愈合，保證數(shù)據(jù)鏈路的暢通，光纖與無線wifi混合網(wǎng)組網(wǎng)。

4 低功耗設計

狀態(tài)監(jiān)測裝置85%以上的時間處于待機狀態(tài)，因此裝置的靜態(tài)功耗是考核裝置可靠性的重要指標。

低功耗的重要性是，當電池一定的時候裝置靜態(tài)耗電越小，則工作時間越久，在裝置靜態(tài)功耗相對低的情況下，需要配置的蓄電池才能越小，太陽能板功率越低、面積越小，這樣對于方便安裝、減輕鐵塔載荷、降低設備成本、提高裝置運行可靠性等均具有非常重要的意義。

（1）采用“輸電線路在線監(jiān)測一體化處理模塊”

實現(xiàn)了從單片機技術升級到ARM內(nèi)核應用服務器（CPU）的飛躍，采用該模塊可完成數(shù)據(jù)采集、模擬量采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析處理、圖像采集處理、多方式通信等，主要接口有：IO檢測、IO控制、模擬量采集、視頻圖像采集、語音輸出、環(huán)境監(jiān)聽、GPRS網(wǎng)絡通訊、GSM通信。模塊靜態(tài)耗電為4V/14MA。為裝置低功耗打下基礎。

（2）所有傳感器接口包括電源供電均處于可控狀態(tài)。保證設備低功耗工作。

（3）電壓轉換均采用高轉換效率、低功耗的芯片，轉換靜態(tài)損耗低于10MA。

在以上措施的實施下，設備整機功耗大大降低。實踐應用證明，檢測裝置整機在線靜態(tài)功耗小于12V/65mA，不在線休眠狀態(tài)下小于12V/35mA（可短信喚醒），全間歇工作方式小于12V/20 mA，在國網(wǎng)電科院、中國電科院、測試得到有效驗證。

參考文獻

[1]盧濤.淺談當前輸電線路設計存在的問題[J].中國電力教育，2011，6

[2]呂賀.論高壓輸電線路未來發(fā)展方向[J].電氣傳動自動化，2009，5

[3]梁榮生.輸電線路設計過程中管理問題探究[J].黑龍江科技信息， 2010 （22）