張強(qiáng)永,楊柳青,徐 健,白貽杰

(1.貴州電網(wǎng)公司六枝供電局,貴州 六盤水553001;2.貴州電網(wǎng)公司都勻供電局，貴州 都勻558000;3.黑龍江恒電防雷工程有限公司,黑龍江 哈爾濱150090;4.北京工業(yè)大學(xué)電控學(xué)院信號檢測與處理實(shí)驗(yàn)室,北京100124)

1 引言

輸電線路是電網(wǎng)雷電防護(hù)較薄弱的環(huán)節(jié)， 尤其在我國西南山區(qū)，線路遭受雷擊的概率很大。 電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，直接關(guān)系到國計(jì)民生。 因此需要對輸電線路的防雷水平和能力進(jìn)行深入地分析研究， 采取必要的防雷策略，降低輸電線路雷擊掉閘率，提高供電可靠性，確保輸變電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，確保對千家萬戶的可靠供電。

輸電線路落雷識別監(jiān)測系統(tǒng)圍繞輸電線路及安全防護(hù)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和信息采集的數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理而開展,開發(fā)一種簡捷、有效的安全監(jiān)測系統(tǒng)，并及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握輸電線路運(yùn)行情況。 因此，建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)的輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)， 匯集底層有效數(shù)據(jù)，既能及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)隱患，又能根據(jù)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律預(yù)測未來， 為保證輸電線路可靠運(yùn)行和穩(wěn)定運(yùn)行提供依據(jù)，使電網(wǎng)逐步走向智能化。 目前輸電線路落雷識別監(jiān)測系統(tǒng)在貴州電網(wǎng)正常運(yùn)行了三年。

2 系統(tǒng)安裝概要

無線終端機(jī)安裝在輸電桿塔上， 通過傳感器實(shí)現(xiàn)全線雷電發(fā)生與避雷器防護(hù)狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)采集與存儲，為管理和施工人員提供狀態(tài)信息。 數(shù)據(jù)采集端機(jī)采用太陽能獨(dú)立供電， 不受其它設(shè)施的牽制和影響。設(shè)備架設(shè)、維修和拆換方便，即插即用。不影響電網(wǎng)運(yùn)行安全。通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)在工作區(qū)間直接發(fā)回到中央管理計(jì)算機(jī)，中央管理機(jī)可由GPRS 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程接收數(shù)據(jù)。 這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)入管理軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)。

當(dāng)桿塔遭到雷擊之后， 雷電流通過雷電流傳感器，將遭受的雷擊信息傳輸給終端機(jī)，終端機(jī)將信息存儲，等待工作人員的監(jiān)測。 當(dāng)需要查看接地電阻信息時(shí)， 終端機(jī)將查詢接地電阻的命令發(fā)送給接地電阻測量儀， 接地電阻測量儀將測出的電阻信息反饋給終端機(jī)，再傳輸給上位機(jī)以供查詢。 所以整個(gè)系統(tǒng)的安裝正確與否直接影響到上位機(jī)能否接收到正確數(shù)據(jù)，能否實(shí)時(shí)監(jiān)測輸電桿塔運(yùn)行狀態(tài)。

3 終端機(jī)的安裝及注意事項(xiàng)

終端機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的樞紐， 具有收發(fā)信息的重要作用，它主要由嵌入式處理模塊、無線傳輸模塊、蓄電池太陽能供電部件組成。

處理模塊主要功能有3 個(gè)： 及時(shí)檢測和記錄雷電強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間與接地狀態(tài)； 在手持機(jī)的呼叫下控制無線模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)回；電源管理，控制無線模塊和處理器的低功耗工作。 由于系統(tǒng)耗電很低，采用4 Ah 電池可連續(xù)工作10 d 以上，如果采用太陽光伏逆變器加蓄電池的方式供電， 所配的太陽能電池板面積約為0.01 m2，可以連續(xù)工作3-5 a。 為防止陽光過強(qiáng)時(shí)損壞電池，還加了電壓監(jiān)測功能，在電壓過高時(shí)自動斷開充電電路。

考慮到端機(jī)內(nèi)部線路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性， 端機(jī)的組裝工作大部分都由開發(fā)的專業(yè)技術(shù)人員來完成。 現(xiàn)場施工人員將端機(jī)拆開，將無線傳輸?shù)奶炀€安裝好，固定端機(jī)支架， 最后把光纖連接到端機(jī)的光纖傳輸接口，安裝工作結(jié)束。

終端機(jī)在安裝的過程中需要注意的事項(xiàng)及后期改進(jìn)建議：(1)天線安裝完成后，在蓋端機(jī)機(jī)殼的時(shí)候勿壓到傳輸線。 (2)為保證裝備的密封性，防止雨水進(jìn)入端機(jī)影響端機(jī)正常運(yùn)行， 在連接光纖的時(shí)候需擰緊螺栓，同時(shí)涂抹密封膠。 (3)在安裝的過程中還要注意信號問題， 現(xiàn)場的安裝施工人員需了解基本的與端機(jī)通信的方法，確保安裝一臺正常運(yùn)轉(zhuǎn)一臺。 建議在終端中配備無線信號放大器。 (4)在輸電桿塔上固定端機(jī)的時(shí)候，必須保證端機(jī)的牢固性。 (5)為保證端機(jī)的良好通信狀態(tài)，端機(jī)安裝有一定傾斜度，考慮到冬季會有覆冰，可能致使天線脫落或者損壞，所以天線一定要安裝牢固。 建議采用金屬絲固定，或者采用能夠抗擊負(fù)重的天線。 同時(shí)建議嚴(yán)格考量光纖與端機(jī)接觸緊密度和實(shí)際長度， 保證端機(jī)正常工作和安裝效果良好。

4 貼片雷電流傳感器安裝及注意事項(xiàng)

貼片式雷電傳感器利用電磁感應(yīng)原理、 電容儲能和電源變換技術(shù)， 將部分雷擊能量轉(zhuǎn)換為帶有雷擊強(qiáng)度信息的紅外信號， 再通過光纖傳輸?shù)奖O(jiān)測終端機(jī)上， 雷電流傳感器由繞在鐵氧體磁環(huán)上的感應(yīng)線圈和穿在磁環(huán)中間的導(dǎo)流銅片組成。 雷電流經(jīng)過桿塔的金屬架入地時(shí)， 會有部分電流通過導(dǎo)流銅片分流， 流經(jīng)的電流經(jīng)過磁芯產(chǎn)生的感應(yīng)電流通過信號轉(zhuǎn)換電路變成強(qiáng)度不同的光信號， 進(jìn)而通過光纖與配套的帶有紅外接收功能的雷擊信息采集記錄模塊隨時(shí)接收、記錄并上傳發(fā)生雷擊的時(shí)間、次數(shù)和線路的位置信息。

傳感器的所有部件都在組裝的時(shí)候封閉在黑色外殼里面， 現(xiàn)場安裝人員只需利用夾板和螺栓將其固定即可。 需要注意如下幾點(diǎn)：(1)傳感器安裝必須牢固，保證傳感器與鐵塔的緊密接觸。 (2)雷電流采集傳感器表面需光滑處理，四面用玻璃膠密封防水，防止雨水滲透。 (3)要保證傳感器與光纖頭接觸良好。

5 接地電阻檢測器安裝及注意事項(xiàng)

監(jiān)測系統(tǒng)研究了基于無需輔助測量電極的雙耦合（鉗形）測量方法，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了鉗形測量相似的鉗形耦合式接地電阻測量方法與裝置， 該裝置由帶有數(shù)據(jù)接口的微處理器模塊、 阻抗測量和功率激勵電路組成的阻抗測量模塊和繞有激勵線圈和感應(yīng)線圈的鉗形耦合測量探頭組成。

在微處理器的控制下， 阻抗測量模塊能夠產(chǎn)生激勵信號，另一個(gè)感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)信號與接地回路電阻有關(guān)。 通過阻抗測量模塊的采樣和離散傅里葉變換（DFT），得到一組與激勵頻率相對的接地回路阻抗的復(fù)數(shù)變量。 測量結(jié)果再由處理器進(jìn)行歸一化處理，剔除干擾影響。 最終結(jié)果可上傳到監(jiān)管系統(tǒng)。

接地電阻檢測器上方也是一個(gè)雷電流采集傳感器， 此傳感器采集泄放雷電流信息和反擊雷電流信息，其安裝于上面的雷電流安裝略有不同，需要一個(gè)直角的支架將其與桿塔固定在一起， 需要注意的事項(xiàng)與上述雷電流傳感器一樣。

接地電阻檢測器， 傳感器的所有器件在組裝的過程中都用膠密封于不銹鋼殼內(nèi)， 考慮到接地電阻傳感器與終端機(jī)連線比較復(fù)雜的問題， 在組裝的時(shí)候就將終端機(jī)與接地電阻傳感器的線路連接完畢?，F(xiàn)場安裝人員需要用工具包同時(shí)將終端機(jī)與接地電阻檢測器帶上桿塔， 最后將接地電阻檢測器通過圓孔套在扁鐵上，扁鐵延伸到地面位置與接地網(wǎng)連接，從而構(gòu)成一個(gè)測量回路。 能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測接地電阻的變換信息。

需要注意的問題：(1) 因?yàn)榻拥仉娮铏z測器與終端機(jī)直接連在一起，攜帶不方便，所以現(xiàn)場會出現(xiàn)連接終端機(jī)和接地電阻檢測器之間線纜過長過短的問題，可能會導(dǎo)致線路斷開等后果，所以在安裝的時(shí)候應(yīng)盡量避免。 (2)扁鐵穿過接地電阻檢測器的部分，要做少許的切割處理， 使得接地電阻檢測器固定在離地面某一高度，這也是為了避免一些人為的破壞，切割的表面必須打磨光滑。 (3)扁鐵與接地網(wǎng)一定要有力的固定在一起，防止大風(fēng)時(shí)扁鐵、傳感器和桿塔發(fā)生碰撞。

6 上位機(jī)的安裝及注意事項(xiàng)

(1)上位機(jī)功能：①與端機(jī)的通信，可以發(fā)送查詢端機(jī)狀態(tài)、雷電信息、接地電阻信息，并接收這些信息，在主界面顯示，然后存入數(shù)據(jù)庫中。 ②系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)顯示，主要顯示串口啟動、收發(fā)短信等。 ③信息查詢與打印。 狀態(tài)綜合查詢可查詢和打印數(shù)據(jù)庫中已存的端機(jī)狀態(tài)、雷電記錄、接地電阻信息。 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)告可匯總統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫中的信息， 調(diào)用word03 顯示出來。 ④塔桿信息顯示，顯示出線路和塔桿對應(yīng)的SIM 卡號。 ⑤查詢模塊中SIM 卡的余額，清除端機(jī)中的雷電記錄。

(2)Mysql 環(huán)境安裝。 ①雷電短信軟件安裝環(huán)境，必須要有Mysql 和mysql 的odbc 驅(qū)動。 ②安裝Mysql，注意設(shè)置好用戶名和密碼。

（3）配置和測試短信模塊。 更換SIM 卡后，使用短信模塊前， 要先配置短信模塊才能正常與端機(jī)通信。