谷明哲 盧 淼 王毅凡

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司洛陽(yáng)供電公司 河南洛陽(yáng) 471000）

隨著目前國(guó)際資源短缺現(xiàn)象的不斷加劇，新型的水利發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電以及核能發(fā)電都在不斷的取代火力發(fā)電來(lái)并入電網(wǎng)，供人們以及工業(yè)發(fā)展的使用，但是這些新型的發(fā)電方式又會(huì)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)帶來(lái)一定的困難，這就需要我們時(shí)刻注意電網(wǎng)的運(yùn)行情況，也對(duì)電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)[1]。

1 輸電線路運(yùn)行的現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)的輸電線路是由多種設(shè)備連接組合來(lái)工作的，這些設(shè)備的安全平穩(wěn)運(yùn)行對(duì)于對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)，以及供電用電安全都起著至關(guān)重要的作用。由于輸電線路的運(yùn)行線路都是在野外架設(shè)運(yùn)行的，存在著線路長(zhǎng)、面積廣，容易受到天氣、環(huán)境等多種因素的影響[2]。從而能夠發(fā)現(xiàn)輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)是相對(duì)惡劣的。針對(duì)這一現(xiàn)象，我們國(guó)家正在努力實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的建設(shè)，這其中輸電線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及故障診斷是關(guān)鍵的組成部分。因此，我們需要建立輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障預(yù)警在線監(jiān)測(cè)控制器，通過(guò)在輸電線路的運(yùn)行路線上安裝多種傳感器，并使用信息存儲(chǔ)以及處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀察以及分析，通過(guò)檢測(cè)預(yù)警以及診斷評(píng)估體系來(lái)發(fā)現(xiàn)故障，為平穩(wěn)運(yùn)行做保證，從而提升整個(gè)智能電網(wǎng)的運(yùn)行效率與整體水平，建立科技含量高、現(xiàn)代化以及自動(dòng)化的智能電網(wǎng)輸電線路故障診斷檢測(cè)系統(tǒng)[3]。

輸電線路的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于近些年的傳感器技術(shù)、壓縮感知圖像處理技術(shù)、電子信息技術(shù)以及新能源領(lǐng)域的研究不斷發(fā)展，已有以前的僅對(duì)線路污穢進(jìn)行檢測(cè)逐步向全面的運(yùn)行狀態(tài)（積雪所承受的應(yīng)力、風(fēng)擺以及污穢等）等多種情況進(jìn)行檢測(cè)。可以利用圖像畫技術(shù)實(shí)現(xiàn)的觀察現(xiàn)場(chǎng)的輸電線狀況，并且引入了人工智能算法以及專家系統(tǒng)來(lái)實(shí)時(shí)的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的故障進(jìn)行智能化的診斷，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)傳輸與共享[2]。

2 輸電線路的檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)行方式

通過(guò)多種傳感器（傾角傳感器、拉力傳感器、振動(dòng)傳感器）的結(jié)合運(yùn)行來(lái)獲得輸電線的的傾斜角度、拉力數(shù)據(jù)以及振動(dòng)數(shù)據(jù)；并且通過(guò)氣象檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)對(duì)鐵塔周圍的氣象數(shù)據(jù)，通過(guò)接口將上述的檢測(cè)采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測(cè)控制器中。同時(shí)使用視頻檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)圖片進(jìn)行拍攝同時(shí)通過(guò)云端系統(tǒng)來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制。設(shè)置有16條輸入輸出開(kāi)關(guān)量在監(jiān)測(cè)控制器。通過(guò)GPRS等將監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)通過(guò)選用的通信協(xié)議傳送到遠(yuǎn)端的控制中心，控制中心將會(huì)對(duì)信息進(jìn)行進(jìn)一步的解碼，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析。從中能夠發(fā)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)控制器在整個(gè)系統(tǒng)中起著承上啟下的作用。

3 在線監(jiān)測(cè)控制器的研究

3.1 在線監(jiān)測(cè)控制器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在線監(jiān)測(cè)控制器一般被安裝在輸電線路之間架設(shè)的鐵塔上，一邊是連接的用于數(shù)據(jù)采集的傳感器模塊，一邊是鏈接的用于傳輸數(shù)據(jù)的通信模塊。通過(guò)終端主板外掛自制變送器的方式實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能[2]。調(diào)度中心通過(guò)通信協(xié)議，采用GPRS的模式來(lái)與終端主板連接。這樣不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象的檢測(cè)任務(wù)，而且還能通過(guò)云臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查等。其中采用的GPRS模塊是通過(guò)RS485總線來(lái)實(shí)現(xiàn)與視頻卡模塊之間的鏈接，無(wú)線數(shù)傳模塊與輸電線路在線監(jiān)測(cè)控制模塊是通過(guò)TTL來(lái)實(shí)現(xiàn)連接的；終端主板通過(guò)RS485總線來(lái)實(shí)現(xiàn)與自控制變送器、云端平臺(tái)以及氣象檢測(cè)平臺(tái)之間的聯(lián)系；傳感器模塊（傾斜角、拉力以及振動(dòng)等）是通過(guò)RS485總線來(lái)與終端主板之間進(jìn)行連接的。其中的傳感器模塊采集的傾斜角、拉力以及振動(dòng)等物理量是通過(guò)電路的二次轉(zhuǎn)換來(lái)將采集的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

3.2 變送器與傳感器研究設(shè)計(jì)

輸電線路遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷報(bào)警系統(tǒng)需要采集大量的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行判斷以及預(yù)測(cè)。這些數(shù)據(jù)包括：氣象檢測(cè)模塊采集的溫度、濕度、風(fēng)速與風(fēng)向、氣壓、日照以及雨量等；圖像采集模塊需要采集的圖像數(shù)據(jù)以及視頻；拉力檢測(cè)模塊采集的拉力數(shù)據(jù)；傾角監(jiān)測(cè)模塊采集的絕緣子串傾角以及導(dǎo)線傾角；泄露電流模塊采集的泄露電流脈沖技術(shù)以及泄露電流；振動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊采集的振動(dòng)幅角以及振動(dòng)頻率；電池模塊采集的太陽(yáng)能電池電壓等。具體情況如表1所示。

表1 輸電線路遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷報(bào)警系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)類型

數(shù)據(jù)采集使用的傳感器通過(guò)市場(chǎng)采購(gòu)大都能夠獲得，然而由于運(yùn)用場(chǎng)所的限制，部分傳感器是需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的情況來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，例如：振動(dòng)、傾角以及拉力傳感器。而且變送器也需要根據(jù)實(shí)際的使用情況（由于需要采集的數(shù)據(jù)類型以及數(shù)據(jù)采集的接口較多）進(jìn)行研發(fā)，并且系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)、后期擴(kuò)展以及采集數(shù)據(jù)的速度都要考慮進(jìn)來(lái)。變送器將采集的各種類型的模擬量信號(hào)（1～5V、1～10V以及4～20mA）都需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)通過(guò)RS485接口統(tǒng)一的傳送到在線監(jiān)測(cè)控制器。研發(fā)的變送器在于各類傳感器進(jìn)行連接時(shí)需要本著連接距離短、體積小以及低功耗的原則進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，選用的器件符合工業(yè)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 監(jiān)測(cè)控制器的低功耗研究

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于功耗的要求較高，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的控制器、各個(gè)類型的傳感器、變送器以及無(wú)線通信模塊之間均是通過(guò)太陽(yáng)能電池板來(lái)進(jìn)行供電的。設(shè)計(jì)要求是需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在連續(xù)陰雨天氣30d的情況下仍然能夠保持良好的工作狀態(tài)。因此，在進(jìn)行系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證各個(gè)功能模塊都采用功耗較低以及運(yùn)行較穩(wěn)定的元器件來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

3.4 監(jiān)測(cè)控制器的主處理器的研發(fā)

監(jiān)測(cè)控制器的主處理器的設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在線監(jiān)測(cè)控制器的主處理器的特點(diǎn)如下：①CPU的主頻率不少于50MB，可以選用高性能的 AVR或是ARM處理器；②RAM大于64KB，F(xiàn)LASH大于256KB，內(nèi)存能夠擴(kuò)展至128MB；③擴(kuò)展電路采用串口方式；④控制繼電器是通過(guò)開(kāi)關(guān)量的輸出來(lái)進(jìn)行控制的，能夠?qū)崿F(xiàn)紅外控制以及加熱器控制等功能的實(shí)現(xiàn)；⑤實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能電池板的電壓檢測(cè)；⑥外部電源管理模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)外部所有電源設(shè)備的開(kāi)關(guān)控制，根據(jù)運(yùn)行中心的調(diào)控命令來(lái)實(shí)現(xiàn)電源設(shè)備的是否開(kāi)啟，達(dá)到合理用電的目的。

圖1 監(jiān)測(cè)控制器的主處理器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3.5 運(yùn)行中心軟件研究設(shè)計(jì)

運(yùn)行中心是通過(guò)GPRS來(lái)實(shí)現(xiàn)與監(jiān)測(cè)控制器的雙向通信的。運(yùn)行中心的軟件能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有以下幾部分內(nèi)容：①對(duì)于采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)或是手動(dòng)獲取，運(yùn)行中心對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)，傳輸回來(lái)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包保存，通過(guò)手動(dòng)的輸入需要查看的數(shù)據(jù)類型，能夠從數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的數(shù)據(jù)中來(lái)獲取采集的數(shù)據(jù)，或是直接點(diǎn)擊數(shù)據(jù)類型的按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的查看；②對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)圖像的采集，監(jiān)測(cè)控制器能夠?qū)⒉杉膱D像信息傳送到運(yùn)行中心通過(guò)GPRS。并且運(yùn)行中心還能夠根據(jù)需要來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的攝像頭的各類參數(shù)（對(duì)比度、亮度、色彩、飽和度以及圖像的大小等）來(lái)進(jìn)行調(diào)整，并能夠通過(guò)云端平臺(tái)來(lái)對(duì)攝像頭的角度進(jìn)行調(diào)整；③實(shí)現(xiàn)運(yùn)行故障報(bào)警，通過(guò)對(duì)傳感器采集數(shù)據(jù)的各類參數(shù)設(shè)定一個(gè)報(bào)警值，使能夠及時(shí)對(duì)出現(xiàn)故障的輸電線路進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，攝像頭會(huì)將現(xiàn)場(chǎng)的故障照片傳遞到運(yùn)行中心，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；④對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析；⑤對(duì)于采集的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)保存。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障預(yù)警在線監(jiān)測(cè)控制器研究進(jìn)行了研究與分析，對(duì)電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行非常有效，具有性能良好、便捷使用的特點(diǎn)。

[1]樊汝森.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的輸電線路覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].上海電力學(xué)院，2015.

[2]王志平，楊 坤，陳光黎.輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障預(yù)警在線監(jiān)測(cè)控制器研究[J].自動(dòng)化與信息工程，2014，35（03）：32～36.

[3]林 林.中高壓架空輸電線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京航空航天大學(xué)，2013.