王志利，趙曉鋒

（國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

輸電線路在線監(jiān)測通信方案研究及應(yīng)用

王志利，趙曉鋒

（國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展是提升電網(wǎng)智能化應(yīng)用水平、加強(qiáng)輸電線路事故預(yù)防能力的有效手段。針對傳統(tǒng)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)接入過程中存在的問題，結(jié)合山西省新建工程應(yīng)用案例，分析了各種通信方案的優(yōu)缺點(diǎn)，對同類工程具有參考作用。

在線監(jiān)測；W i-Fi移動通信技術(shù)；光纖復(fù)合架空地線

0 引言

惡劣的冰雪災(zāi)害天氣、人為破壞、輸電線路周邊環(huán)境變化都對輸電線路安全造成影響和破壞，此外，社會和企業(yè)自身對于供電的質(zhì)量（穩(wěn)定性、不間斷性等）也提出更高的需求，因此，輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展是提升電網(wǎng)智能化應(yīng)用水平、加強(qiáng)輸電線路事故預(yù)防能力的有效手段。當(dāng)前，供電電源可靠性和通信方式穩(wěn)定性成為制約輸電在線監(jiān)測工程化應(yīng)用的主要因素，本文針對山西省輸電在線監(jiān)測通信方案進(jìn)行詳細(xì)的分析，指出方案的優(yōu)缺點(diǎn)，供同類工程參考借鑒。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 W i-Fi技術(shù)[1]

Wi-Fi是一種無線局域網(wǎng)通信技術(shù)，能夠在有限范圍內(nèi)支持特定網(wǎng)絡(luò)接入的無線電信號。Wi-Fi一般工作在2.4GHz頻段，在信號較弱或有干擾的情況下，帶寬可自動調(diào)整為5.5Mb/s，有效地保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。Wi-Fi覆蓋范圍廣、傳輸速率高、帶寬高、可靠性高、抗干擾性強(qiáng)、組網(wǎng)成本低、小型靈活，支持多種Wi-Fi數(shù)據(jù)終端接入。Wi-Fi主要缺點(diǎn)是不適合遠(yuǎn)距離傳輸使用，因此，需要與其他通信方式配合作為數(shù)據(jù)傳輸方案。此外，Wi-Fi發(fā)射與接收裝置需要配置較大功率電池，對輸電線路在線監(jiān)測裝置成本產(chǎn)生較大影響。1.2 移動通信技術(shù)[2]

伴隨著以智能手機(jī)為代表的移動互聯(lián)終端的蓬勃發(fā)展，移動通信技術(shù)已成為目前計算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域最炙手可熱的研究領(lǐng)域。從第一代移動通信技術(shù)只能提供模擬的語音服務(wù)，到現(xiàn)在已被廣泛認(rèn)可接受的具有高效傳輸和互連互通能力的第四代移動通信技術(shù)。目前，輸電線路在線監(jiān)測普遍采用GPRS或3G網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸通道，由于運(yùn)營商提供的SIM卡只適用于常規(guī)手機(jī)安裝使用，在野外惡劣環(huán)境下（高溫、低溫、雨雪天氣等）容易出現(xiàn)材質(zhì)變形、性能下降，造成監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳中斷。

1.3 OPGW技術(shù)[3]

光纖復(fù)合架空地線 OPGW（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire） 是將光纖放置于輸電線路的地線中，可傳送音頻、視頻及各種控制信號，用以組建電力用戶專用的光纖通信網(wǎng)。目前，新建220 kV及以上線路都架有OPGW光纜，其光纖芯數(shù)一般在24芯及以上，除去保護(hù)、通信、自動化等通道以外，光纖芯數(shù)往往都有冗余。OPGW技術(shù)特點(diǎn)在于選擇已有的OPGW光纜線路上留有光纖接頭盒的輸電桿塔作為信號接入點(diǎn)，再將附近桿塔上的數(shù)據(jù)通過無線局域網(wǎng)的方式傳輸?shù)浇尤朦c(diǎn)，然后通過電光轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成為光纖信號，利用現(xiàn)有光纖通路傳輸至變電站以及監(jiān)測中心。

1.4 ZigBee技術(shù)[4]

ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)，由于其主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立的通信網(wǎng)絡(luò)，因此相對于傳統(tǒng)移動通信的CDMA或GSM網(wǎng)絡(luò)而言，基站建設(shè)成本大幅下降，雖然通訊距離相對較小，但支持無限擴(kuò)展，理論上ZigBee覆蓋的通訊面積可無限擴(kuò)展。ZigBee技術(shù)主要用于山區(qū)無傳統(tǒng)公網(wǎng)信號的監(jiān)測環(huán)境，通過自組無線通信網(wǎng)絡(luò)至有信號的輸電桿塔，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)有效上傳。

2 傳統(tǒng)輸電在線監(jiān)測通信方案

根據(jù)國家電網(wǎng)公司《輸電線路智能監(jiān)測裝置通用技術(shù)規(guī)范》 （Q/GDW245—2008）相關(guān)要求，在線監(jiān)測裝置前端傳感器采用I1接口，I1接口為監(jiān)測層到接入層之間的接口，使用底層的接口協(xié)議完成。在線監(jiān)測服務(wù)器采用I2接口，I2接口為接入層與主站層之間的接口，使用有良好擴(kuò)展性的Web服務(wù)器方式實(shí)現(xiàn)。狀態(tài)監(jiān)測代理CMA（Condition Monitoring Agent）服務(wù)器一般安裝于線路上，能在一個有限范圍內(nèi)集中線上各類傳感器采集的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行I1至I2規(guī)約轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)有效上傳。由于CMA服務(wù)器價格較高，在前期部署時并未在輸電桿塔上分片部署CMA服務(wù)器，而是由各個廠家購置1臺CMA服務(wù)器，集中處理本廠家傳感器數(shù)據(jù)規(guī)約。圖1為傳統(tǒng)輸電線路在線監(jiān)測通信方案。

山西省輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)部署于2009年，傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS/3G移動通信網(wǎng)絡(luò)傳至廠家CMA服務(wù)器，CMA將I1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為I2數(shù)據(jù)，發(fā)送至國網(wǎng)山西省電力公司檢修公司前置子系統(tǒng)，再接入山西省在線監(jiān)測服務(wù)器。經(jīng)過長達(dá)5 a的運(yùn)行實(shí)踐，該方案雖然能有效接入1 000余套輸電在線監(jiān)測裝置，但存在以下問題：首先，傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)廠家進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換再發(fā)送至山西省在線監(jiān)測服務(wù)器，數(shù)據(jù)安全性得不到保證；其次，部分廠家為追求高質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，避免自身產(chǎn)品頻繁誤報和漏報，擅自對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，給現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)帶來不少困擾；最后，現(xiàn)有通信方案存在信息漏洞，在2011年曾發(fā)生黑客利用現(xiàn)有通信漏洞對內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行的攻擊事件。

3 新型輸電在線監(jiān)測通信方案

3.1 某特高壓線路在線監(jiān)測接入方案

某特高壓線路，共安裝在線監(jiān)測裝置10套，涉及桿塔傾斜、微氣象、覆冰監(jiān)測、圖像監(jiān)測4種類型，全部采用OPGW或OPGW+Wi-Fi的方式接入。圖2為典型監(jiān)測裝置的通信方式。

圖2 典型輸電線路在線監(jiān)測通信方案

根據(jù)OPGW的鋪設(shè)特點(diǎn)，塔上每隔3 km至4 km會有一個光纖接續(xù)盒，通過前期與調(diào)控中心協(xié)商溝通，預(yù)留4芯作為在線監(jiān)測數(shù)據(jù)通道。對于監(jiān)控點(diǎn)所在桿塔本身就有光纖接續(xù)盒的情況，在光纖接續(xù)盒周圍安裝光傳輸設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備，并采用熔纖的方式將傳輸設(shè)備連接在光纖接續(xù)盒上；對于某些監(jiān)控點(diǎn)塔位上沒有光纖接續(xù)盒的情況，采用Wi-Fi無線網(wǎng)橋進(jìn)行監(jiān)測信號傳輸?shù)姆绞剑驹硎菍⒈O(jiān)測設(shè)備要傳送的信息通過Wi-Fi接入客戶端，傳輸?shù)絎i-Fi的無線接入點(diǎn)（若距離遠(yuǎn)則需加裝Wi-Fi無線中繼設(shè)備），通過Wi-Fi無線網(wǎng)橋?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)接泄饫w接續(xù)盒的點(diǎn)上，最后使用光交換機(jī)通過OPGW將數(shù)據(jù)接入500 kV某變電站進(jìn)入電力數(shù)據(jù)網(wǎng)。現(xiàn)有的OPGW光纜通信網(wǎng)絡(luò)為電力系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，無需繳納額外通信費(fèi)用，且與外網(wǎng)隔離，數(shù)據(jù)安全性相對較高。不過，OPGW光纖在施工過程中需要破口，工作程序相對繁瑣，此外，施工時必須停電，由于目前供電質(zhì)量要求日趨嚴(yán)格，因此通常在輸電線路基建過程或安裝大量視頻監(jiān)測裝置時宜采用該方案作為在線監(jiān)測數(shù)據(jù)接入通道。

3.2 某觀冰站在線監(jiān)測接入方案

觀冰站采集監(jiān)測點(diǎn)周圍氣壓、溫度、相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降水量、日照、積雪深度共8個氣象要素，其監(jiān)測數(shù)據(jù)接入方案對山西省輸電通道氣象監(jiān)測網(wǎng)的建立具有重要意義。圖3為觀冰站氣象數(shù)據(jù)接入方案。

由于觀冰站附近線路上無預(yù)留光纖，無法采用OPGW方式進(jìn)行數(shù)據(jù)接入。為了避免傳統(tǒng)監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)接入方案存在信息安全性問題，在施工階段首次采用APN(Access Point Name)專網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)接入，同時在安全平臺后方部署CMA服務(wù)器，避免廠家擅自修改監(jiān)測數(shù)據(jù)，信息安全性得到極大改善。其中，APN專網(wǎng)傳輸方式是指通過一條2M專線將國網(wǎng)山西省電力公司安全接入平臺接入移動運(yùn)營商GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有IP地址進(jìn)入廣域連接，為特定客戶分配專用的APN地址，普通用戶不得使用，數(shù)據(jù)安全性得到極大提高。由于無線APN專網(wǎng)本質(zhì)上是利用現(xiàn)有移動通信技術(shù)，以及自身網(wǎng)絡(luò)上行帶寬限制，視頻支持清晰度較差，很難提供流暢的高清視頻監(jiān)控服務(wù)，此外，運(yùn)營商無線公網(wǎng)流量費(fèi)用大，尤其大帶寬需求下流量費(fèi)用會急劇增加。所以APN專網(wǎng)接入方式適用于數(shù)值型在線監(jiān)測數(shù)據(jù)接入，對于視頻裝置應(yīng)采用OPGW接入方式。

圖3 觀冰站在線監(jiān)測通信方案

4 結(jié)束語

本文介紹了當(dāng)前輸電線路在線監(jiān)測常用的幾種通信方案，同時，將山西省在線監(jiān)測數(shù)據(jù)接入情況進(jìn)行了分析，提出OPGW和無線APN兩種通信方案的優(yōu)缺點(diǎn)，對同類工程具有一定的借鑒意義。

[1]曹建雪，付云鵬．750 kV輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)通信解決方案[J].青海電力，2012（2）：11-14.

[2]武國亮，劉波，羅永勤．山西電網(wǎng)輸變電狀態(tài)監(jiān)測中心的設(shè)計實(shí)現(xiàn)[J].山西電力，2011（1）：8-12.

[3]陳亞東，張濤，曾榮，等．輸電線路在線監(jiān)測可信接入系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2013（5）：113-116.

[4] 黃新波，趙隆，舒佳，等．輸電線路導(dǎo)線微風(fēng)振動在線監(jiān)測技術(shù)[J].高電壓技術(shù)，2012，38（8）：1863-1865．

Research and Application of On-line Monitoring Communication Scheme for Transmission Lines

WANG Zhili,ZHAO Xiaofeng

(State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

Application and development of on- line monitoring technology of transmission line could improve the level of intelligent application of power grid and strengthen the prevention of transmission line faults. Combined with the application of newprojects in Shanxi province, this paper aims at the problems existing in the traditional on- line monitoring data access process, and the advantages and disadvantages of various communication schemes are also analyzed, providing references for similar projects.

on- line monitoring;Wi-Fi mobile communication technology; OPGW

TN915.853

B

1671-0320（2016）01-0006-03

2015-11-19，

2015-12-03

王志利（1983），男，山西大同人，2007年畢業(yè)于山西大學(xué)工程學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)，工程師，從事輸電線路運(yùn)維管理工作；

趙曉鋒（1983），男，山西平遙人，2007年畢業(yè)于太原理工大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，工程師，從事電網(wǎng)檢修工作。