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)絡在線監(jiān)測方案建設

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)測裝置在運行中往往會依賴于移動網(wǎng)絡，因此，針對輸電線路的實際情況，提出了適用于輸電線路的無線網(wǎng)絡在線監(jiān)測建設方案。采用以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡技術和無線局域網(wǎng)技術相結合的方式，應用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。通過多年來對此設備運行狀況進行實時監(jiān)控，驗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；以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡；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)。全線常年運行于風、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)生線路覆冰舞動跳閘。因此，對源安雙回線運行狀況進行實時監(jiān)控，安裝先進的監(jiān)測設備勢在必行，以能夠及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，防范于未然，保障線路安全運行。

1 源安雙回線在線監(jiān)測安裝情況

1.1 采用移動通信技術

在2012年前，大同檢修分部在源安二線安裝的在線監(jiān)測設備種類較多，涉及微氣象、覆冰舞動、風偏監(jiān)測、導線測溫以及視頻等在線監(jiān)測設備。這些設備通常采用全球移動通信系統(tǒng)GSM （Global System for Mobile Communication）、通用分組無線服務技術 GPRS（General Packet Radio Service）或寬帶碼分多址WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）等傳統(tǒng)的移動通信網(wǎng)絡方式進行遠程數(shù)據(jù)傳輸[1-6]。在多年的運行過程中，這些依賴通信網(wǎng)絡的在線監(jiān)測均會出現(xiàn)一些問題：由于設備中轉數(shù)據(jù)完全依賴于移動通信網(wǎng)，而偏遠山區(qū)網(wǎng)絡信號不穩(wěn)定，會造成移動數(shù)據(jù)難以接收或數(shù)據(jù)丟失；需要對SIM卡費用進行實時監(jiān)控，否則會欠費停機，無法接收數(shù)據(jù)；長期使用移動通信網(wǎng)絡，通信費用相當可觀；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)絡傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)速率雖能達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

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

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

Wi-Fi是基于IEEE 802.11規(guī)范的無線局域網(wǎng)技術WLAN（Wireless Local Area Network），是由網(wǎng)絡橋接器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54Mb/s，其信號覆蓋范圍為幾百米，甚至能達到上千米[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)傳輸技術將無源光網(wǎng)絡EPON技術和無線局域網(wǎng)技術相結合，應用于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)[13]，其系統(tǒng)結構圖如圖1所示。在線監(jiān)測設備通過Wi-Fi方式接入，其基本原理是將微氣象或視頻設備要傳送的信息通過串口服務器設備接入到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WAP（Wi-Fi Access Point）；若傳輸距離遠，則需加裝Wi-Fi無線中繼設備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，進入電力專網(wǎng)。

圖1 輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

2 在線監(jiān)測安裝方案

2.1 選點原則

由于500kV源安雙回線兩線距離較近，且源安二線架設了OPGW光纜，只要選擇恰當?shù)陌惭b點，該雙回線是能夠實現(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，則會造成資金浪費，在線監(jiān)測裝置布置重復。為了能夠實現(xiàn)在線監(jiān)測裝置合理布置，應遵循以下原則進行選點。

a）監(jiān)測點可代表整個通道在該區(qū)域范圍內的情況，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，不同線路不再重復布點。

b）應根據(jù)線路以往運行記錄，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，故可在重災區(qū)適當安裝覆冰舞動或視頻在線監(jiān)測，以實現(xiàn)輸電線路實時監(jiān)控。

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

d） 源安一線161號、177號原有在線監(jiān)測設備應合理利用，可進行改造接入EPON+Wi-Fi系統(tǒng)，以實現(xiàn)成本節(jié)約、資源再利用。

2.2 安裝位置

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

表1 設備安裝位置

3 在線監(jiān)測裝置安裝

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

4 在線監(jiān)測裝置運行狀況

多年來，通過“冀北電力公司智能輸電網(wǎng)分析管控系統(tǒng)”對這7套采用EPON+Wi-Fi技術的在線監(jiān)測裝置進行實時監(jiān)控。這些設備均能正常工作，尤其是視頻設備并未出現(xiàn)“卡頓”現(xiàn)象。盡管這些設備已擺脫了以往在線監(jiān)測裝置完全依賴于移動通信網(wǎng)絡進行數(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，會造成電力線路通信資源緊張。這就需要管理部門對光纜的使用提前進行合理規(guī)劃，避免通信通道資源浪費。

b）相對于傳統(tǒng)的在線監(jiān)測設備，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、不易搬運的困難，而且在日后的維護、維修工作中，同樣面臨著配件成本高、裝配復雜等一系列問題。從目前來看，高額的設備及運維成本，儼然已制約了該類設備在近幾年內的大面積推廣。

c）盡管在設計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（特別是無線設備）電量消耗較大，在連續(xù)陰雪、低溫天氣（-20℃以下），設備也會出現(xiàn)停機現(xiàn)象。因此有必要繼續(xù)提升設備續(xù)航能力，使其不斷適應在各類野外惡劣環(huán)境下工作，才能夠為運行單位提供可靠穩(wěn)定的線路運行數(shù)據(jù)。

5 結束語

不論是以移動通信網(wǎng)方式接入，還是以無線網(wǎng)絡方式接入的在線監(jiān)測裝置，都能夠對線路運行狀況進行很好地監(jiān)控。盡管采用無線網(wǎng)絡的在線監(jiān)測裝置已經(jīng)避免了對通訊費用的實時監(jiān)控，但和傳統(tǒng)的在線監(jiān)測裝置一樣，仍然會出現(xiàn)一些設備問題，因此提高設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)于太原理工大學電機與電器專業(yè)，碩士，高級工程師，從事輸電設備運維工作；

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

楊鵬云（1975），男，山西原平人，2008年畢業(yè)于保定電力職業(yè)技術學院輸變電運行與檢修專業(yè)，高級技師，從事輸電設備運維工作。