楊 杰，呂曉燕，楊鵬云

（1.國網(wǎng)冀北電力有限公司檢修分公司大同分部，山西 大同 037006；2.國網(wǎng)山西省電力公司大同供電公司，山西 大同 037000）

輸電線路無線網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測方案建設(shè)

楊 杰1，呂曉燕2，楊鵬云1

（1.國網(wǎng)冀北電力有限公司檢修分公司大同分部，山西 大同 037006；2.國網(wǎng)山西省電力公司大同供電公司，山西 大同 037000）

傳統(tǒng)的在線監(jiān)測裝置在運(yùn)行中往往會(huì)依賴于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，因此，針對(duì)輸電線路的實(shí)際情況，提出了適用于輸電線路的無線網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測建設(shè)方案。采用以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線局域網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的方式，應(yīng)用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。通過多年來對(duì)此設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，驗(yàn)證了此方案的可行性和可靠性。

500 kV輸電線路；在線監(jiān)測；無線網(wǎng)絡(luò)；以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)；W i-Fi

0 引言

冀北檢修大同分部所管轄的500 kV輸電線路鐵塔大部分處于環(huán)境惡劣的高山大嶺地區(qū)。500kV源安雙回線起自500kV渾源開閉站，止于500kV安定變電站，線路跨越大同、靈丘、張家口等高原地區(qū)。全線常年運(yùn)行于風(fēng)、雨、冰、雪等惡劣的氣象環(huán)境之下；空中草原地區(qū)氣候環(huán)境尤為惡劣，該區(qū)段曾多次發(fā)生線路覆冰舞動(dòng)跳閘。因此，對(duì)源安雙回線運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，安裝先進(jìn)的監(jiān)測設(shè)備勢在必行，以能夠及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，防范于未然，保障線路安全運(yùn)行。

1 源安雙回線在線監(jiān)測安裝情況

1.1 采用移動(dòng)通信技術(shù)

在2012年前，大同檢修分部在源安二線安裝的在線監(jiān)測設(shè)備種類較多，涉及微氣象、覆冰舞動(dòng)、風(fēng)偏監(jiān)測、導(dǎo)線測溫以及視頻等在線監(jiān)測設(shè)備。這些設(shè)備通常采用全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GSM （Global System for Mobile Communication）、通用分組無線服務(wù)技術(shù) GPRS（General Packet Radio Service）或?qū)拵Тa分多址WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）等傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸[1-6]。在多年的運(yùn)行過程中，這些依賴通信網(wǎng)絡(luò)的在線監(jiān)測均會(huì)出現(xiàn)一些問題：由于設(shè)備中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)完全依賴于移動(dòng)通信網(wǎng)，而偏遠(yuǎn)山區(qū)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不穩(wěn)定，會(huì)造成移動(dòng)數(shù)據(jù)難以接收或數(shù)據(jù)丟失；需要對(duì)SIM卡費(fèi)用進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，否則會(huì)欠費(fèi)停機(jī)，無法接收數(shù)據(jù)；長期使用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，通信費(fèi)用相當(dāng)可觀；由于數(shù)據(jù)是通過公網(wǎng)傳輸?shù)?，其通信安全無法完全得到保證；采用WCDMA，CDMA2000等3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)速率雖能達(dá)100 kB/s以上，但仍不能滿足日益增長的高清視頻在線監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)傳輸需求[6-7]，因此，就需要有一種新型的在線監(jiān)測裝置，逐步取代以移動(dòng)通信網(wǎng)接入方式的在線監(jiān)測裝置。

1.2 采用EPON+Wi-Fi技術(shù)

為了提高在線設(shè)備安全性，2012年大同檢修分部嘗試安裝了7套無線網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測裝置。該裝置主要采用EPON+Wi-Fi技術(shù)。

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò) EPON（Ethernet Passive Optical Network）是一種新興的寬帶接入技術(shù)，由光線路終端OLT（Optical Line Terminal）與光網(wǎng)絡(luò)單元ONU(Optical Network Unit)組成，在物理層采用了無源光纖網(wǎng)絡(luò)PON（Passive Optical Network）技術(shù)，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入[8-10]。其中OLT與ONU間的最大距離可達(dá)20 km，支持1.25 Gbit/s的對(duì)稱速率，完全滿足多臺(tái)視頻、在線監(jiān)測裝置的同時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。隨著EPON技術(shù)的成熟，設(shè)備芯片已大幅降價(jià)，使其在輸電線路進(jìn)行大面積裝備成為可能；同時(shí)該通信方式充分利用了輸電線路上的光纖復(fù)合架空地線 OPGW（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire） /全介質(zhì)自承式光纜 ADSS（All Dielectric Self-supporting） 光纖資源，可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測裝置通信模塊免維護(hù)[11]。

Wi-Fi是基于IEEE 802.11規(guī)范的無線局域網(wǎng)技術(shù)WLAN（Wireless Local Area Network），是由網(wǎng)絡(luò)橋接器AP（Access Point）和無線網(wǎng)卡組成。Wi-Fi工作在2.4GHz頻段，支持的速度高達(dá)54Mb/s，其信號(hào)覆蓋范圍為幾百米，甚至能達(dá)到上千米[11-12]。

在同一線路走廊有多條線路，且其中1條架設(shè)了OPGW光纜，便可采用分布式寬帶光纖無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將無源光網(wǎng)絡(luò)EPON技術(shù)和無線局域網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)[13]，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在線監(jiān)測設(shè)備通過Wi-Fi方式接入，其基本原理是將微氣象或視頻設(shè)備要傳送的信息通過串口服務(wù)器設(shè)備接入到Wi-Fi的無線接入客戶端WAC（Wi-Fi Access Client），再傳輸?shù)絎i-Fi的無線接入點(diǎn)WAP（Wi-Fi Access Point）；若傳輸距離遠(yuǎn)，則需加裝Wi-Fi無線中繼設(shè)備WDS（Wireless Distribution System），再通過ONU和光纜傳至OLT，最后通過光纜接入變電站，進(jìn)入電力專網(wǎng)。

圖1 輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 在線監(jiān)測安裝方案

2.1 選點(diǎn)原則

由于500kV源安雙回線兩線距離較近，且源安二線架設(shè)了OPGW光纜，只要選擇恰當(dāng)?shù)陌惭b點(diǎn)，該雙回線是能夠?qū)崿F(xiàn)EPON+Wi-Fi在線監(jiān)測裝置安裝的。倘若大面積安裝在線監(jiān)測裝置或通信模塊，則會(huì)造成資金浪費(fèi)，在線監(jiān)測裝置布置重復(fù)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測裝置合理布置，應(yīng)遵循以下原則進(jìn)行選點(diǎn)。

a）監(jiān)測點(diǎn)可代表整個(gè)通道在該區(qū)域范圍內(nèi)的情況，原則上在同一通道的同一區(qū)域微氣象裝置在平原15～20 km/套，山地10～15 km/套，不同線路不再重復(fù)布點(diǎn)。

b）應(yīng)根據(jù)線路以往運(yùn)行記錄，在微氣象、微地形區(qū)域，合理地選取在線監(jiān)測裝置。源安一、二線空中草原地區(qū)曾發(fā)生過線路舞動(dòng)，故可在重災(zāi)區(qū)適當(dāng)安裝覆冰舞動(dòng)或視頻在線監(jiān)測，以實(shí)現(xiàn)輸電線路實(shí)時(shí)監(jiān)控。

c）應(yīng)結(jié)合線路光纜接頭盒的位置，合理選取通信裝置安裝點(diǎn)，并將EPON系統(tǒng)的OLT裝置的覆蓋半徑控制在20 km以內(nèi)。

d） 源安一線161號(hào)、177號(hào)原有在線監(jiān)測設(shè)備應(yīng)合理利用，可進(jìn)行改造接入EPON+Wi-Fi系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約、資源再利用。

2.2 安裝位置

對(duì)源安一、二線進(jìn)行實(shí)地考察后，確立了數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的試點(diǎn)施工方案，選取了合理的安裝點(diǎn)。方案中涉及的OLT、ONU、WAP、WAC等設(shè)備，應(yīng)根據(jù)需要集成到專用控制箱中，并通過太陽能板和電池對(duì)其持續(xù)供電。安裝位置及每基鐵塔需要集成的模塊設(shè)備，見表1。

表1 設(shè)備安裝位置

3 在線監(jiān)測裝置安裝

由于500 kV源安雙回線停電時(shí)間較短，大同檢修分部提前編制了“無線網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測裝置安裝施工方案”，對(duì)施工的每一項(xiàng)步驟做了明確說明。為了提高工作效率，保障施工安全，提前在地面上進(jìn)行了組裝演練；在施工中要求作業(yè)人員嚴(yán)格遵照“作業(yè)指導(dǎo)書”，“質(zhì)量卡、工序卡、材料卡”的要求，把控工程質(zhì)量。公司利用源安一、二線停電期間，完成了無線網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測系統(tǒng)的安裝工作。

4 在線監(jiān)測裝置運(yùn)行狀況

多年來，通過“冀北電力公司智能輸電網(wǎng)分析管控系統(tǒng)”對(duì)這7套采用EPON+Wi-Fi技術(shù)的在線監(jiān)測裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。這些設(shè)備均能正常工作，尤其是視頻設(shè)備并未出現(xiàn)“卡頓”現(xiàn)象。盡管這些設(shè)備已擺脫了以往在線監(jiān)測裝置完全依賴于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在一年四季各種環(huán)境中可以正常工作，通信通道也比較穩(wěn)定，信息安全、可靠[13]，但仍有不足之處。

a）源安二線OPGW2光纜為24芯，該工程占用其2芯，會(huì)造成電力線路通信資源緊張。這就需要管理部門對(duì)光纜的使用提前進(jìn)行合理規(guī)劃，避免通信通道資源浪費(fèi)。

b）相對(duì)于傳統(tǒng)的在線監(jiān)測設(shè)備，該系統(tǒng)投資高，集成模塊較多，與之配套的太陽能板也達(dá)到普通的2到3倍，且有2塊組成。不僅在施工過程中，要克服體積大、重量沉、不易搬運(yùn)的困難，而且在日后的維護(hù)、維修工作中，同樣面臨著配件成本高、裝配復(fù)雜等一系列問題。從目前來看，高額的設(shè)備及運(yùn)維成本，儼然已制約了該類設(shè)備在近幾年內(nèi)的大面積推廣。

c）盡管在設(shè)計(jì)之初考慮了電池的續(xù)航能力，并采取了一些耐低溫措施，但是各類裝置（特別是無線設(shè)備）電量消耗較大，在連續(xù)陰雪、低溫天氣（-20℃以下），設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象。因此有必要繼續(xù)提升設(shè)備續(xù)航能力，使其不斷適應(yīng)在各類野外惡劣環(huán)境下工作，才能夠?yàn)檫\(yùn)行單位提供可靠穩(wěn)定的線路運(yùn)行數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

不論是以移動(dòng)通信網(wǎng)方式接入，還是以無線網(wǎng)絡(luò)方式接入的在線監(jiān)測裝置，都能夠?qū)€路運(yùn)行狀況進(jìn)行很好地監(jiān)控。盡管采用無線網(wǎng)絡(luò)的在線監(jiān)測裝置已經(jīng)避免了對(duì)通訊費(fèi)用的實(shí)時(shí)監(jiān)控，但和傳統(tǒng)的在線監(jiān)測裝置一樣，仍然會(huì)出現(xiàn)一些設(shè)備問題，因此提高設(shè)備可靠性仍是很有必要的。

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The Scheme for Wireless Networks of Transmission Line On-line Monitoring

YANG Jie1，LV Xiaoyan2，YANG Pengyun1

(1.Datong Branch of State Grid Northern Hebei Electric Power Maintenance Com pany,Datong,Shanxi 037006,China;2.State Grid Datong Power Supply Company of SEPC,Datong,Shanxi 037000,China)

Traditional on- line monitors often depend on mobile networks. Thus, according to the actual situation of the transmission lines, the wireless network scheme is proposed for transmission lines online monitoring. EPON and wireless local area network technologies are used in transmission line condition monitoring system. By real- timely monitoring the operating conditions of the equipment for many years, it is validated that the systemis feasible and reliable.

500 kV transmission line；line monitoring；wireless network；EPON；Wi-Fi

TN915.853

B

1671-0320（2016）01-0009-03

2015-12-01，

2015-12-07

楊 杰（1982），男，山西大同人，2008年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電機(jī)與電器專業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，從事輸電設(shè)備運(yùn)維工作；

呂曉燕（1981），女，山西天鎮(zhèn)人，2011年畢業(yè)于上海理工大學(xué)項(xiàng)目管理工程專業(yè)，碩士，經(jīng)濟(jì)師，從事電力項(xiàng)目工程管理工作；

楊鵬云（1975），男，山西原平人，2008年畢業(yè)于保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院輸變電運(yùn)行與檢修專業(yè)，高級(jí)技師，從事輸電設(shè)備運(yùn)維工作。