仇國(guó)滔，張 黎，田 地，王先鋒

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司遵義供電局，貴州 遵義 563000）

0 引 言

電力設(shè)施是實(shí)現(xiàn)電能安全生產(chǎn)、輸送、供應(yīng)的重要載體，隨著我國(guó)電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電力設(shè)施建設(shè)水平明顯提高。其中，輸電線(xiàn)路是實(shí)現(xiàn)電能輸送的重要設(shè)施，其運(yùn)行質(zhì)量往往會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)整體運(yùn)行質(zhì)量產(chǎn)生極大的影響。目前，為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的把控，行業(yè)內(nèi)部主張針對(duì)輸電線(xiàn)路的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理部署，尤其要加強(qiáng)對(duì)高壓輸電線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)及質(zhì)量的把控。結(jié)合以往的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，傳統(tǒng)高壓輸電線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)方式以人工巡視方式為主，這種方式易受到主觀因素的影響，難以確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。針對(duì)此，行業(yè)內(nèi)部人員需要利用新興技術(shù)手段克服日常巡檢難題。

1 高壓輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國(guó)電力行業(yè)的不斷發(fā)展，行業(yè)內(nèi)部對(duì)于電力供應(yīng)質(zhì)量及數(shù)量提出了更加嚴(yán)格的要求。從當(dāng)前實(shí)際情況來(lái)看，電網(wǎng)中輸電線(xiàn)路長(zhǎng)期處于復(fù)雜多變的環(huán)境中，在運(yùn)行管理方面具備不確定性特點(diǎn)。因此，如何確保線(xiàn)路運(yùn)行安全已成為衡量電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的重要指標(biāo)之一。一般我國(guó)高壓輸電線(xiàn)路縱橫延伸幾十甚至幾百千米。因受到周邊地理環(huán)境及氣候條件的影響，導(dǎo)致高壓輸電線(xiàn)路運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到多方面不確定因素的影響而出現(xiàn)運(yùn)行隱患問(wèn)題。因此，每年因線(xiàn)路故障引起的電網(wǎng)停電事故層出不窮，不僅給人們的日常生產(chǎn)生活帶來(lái)了不利影響，而且給我國(guó)電力企業(yè)造成了嚴(yán)重?fù)p失。為及時(shí)解決這一問(wèn)題，電力行業(yè)內(nèi)部主張利用監(jiān)測(cè)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓輸電線(xiàn)路運(yùn)行過(guò)程的全周期管理。然而，傳統(tǒng)人工巡視方式難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患問(wèn)題，加之工作人員自身資質(zhì)能力有限，導(dǎo)致日常巡檢工作難以落實(shí)到位。目前，為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)高壓輸電線(xiàn)路的監(jiān)測(cè)管理，電力企業(yè)立足于信息化、智能化發(fā)展趨勢(shì)，利用安全可靠的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓輸電線(xiàn)路運(yùn)行過(guò)程的監(jiān)測(cè)分析[1]。

高壓輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要通過(guò)利用無(wú)線(xiàn)傳輸方式，重點(diǎn)針對(duì)輸電線(xiàn)路環(huán)境通道、溫濕度條件及周?chē)┕で闆r進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與分析。根據(jù)反饋數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前線(xiàn)路是否存在異常運(yùn)行問(wèn)題。一旦發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題，管理人員應(yīng)采取針對(duì)性措施及時(shí)予以解決?；蛘呃酶黜?xiàng)監(jiān)測(cè)采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)線(xiàn)路運(yùn)行狀態(tài)的診斷預(yù)測(cè)，及時(shí)判斷故障發(fā)生位置并加以解決，從根本上確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

2 基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)子站及監(jiān)控中心構(gòu)建，具體如圖1所示?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)需求對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合理部署與應(yīng)用，通過(guò)將其合理安裝在各回路導(dǎo)線(xiàn)位置上，實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合化處理。一般無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各輸電線(xiàn)路狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析與反饋[2]，并根據(jù)系統(tǒng)反饋情況，將其發(fā)送到監(jiān)測(cè)子站，由監(jiān)測(cè)子站完成對(duì)線(xiàn)路圖像視頻及絕緣子污穢度等數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)分析。結(jié)合以往的系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，監(jiān)測(cè)子站通常部署在無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)附近位置，如桿塔位置上。

圖1 輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從功能作用情況來(lái)看，監(jiān)測(cè)子站可以針對(duì)附近傳感器監(jiān)測(cè)反饋的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析與管理。同時(shí)，可以將各項(xiàng)數(shù)據(jù)內(nèi)容通過(guò)監(jiān)測(cè)網(wǎng)匯集到電力部門(mén)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)體系中。其中，匯聚節(jié)點(diǎn)通常設(shè)置在高壓變電站內(nèi)部。并由監(jiān)測(cè)子站及其附近無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)共同組建子網(wǎng)體系。一般所組建的子網(wǎng)基本上以星形網(wǎng)格形式為主。此外，子網(wǎng)通常會(huì)利用ZigBee技術(shù)滿(mǎn)足標(biāo)量數(shù)據(jù)傳輸需求。并在此基礎(chǔ)上，利用基于IEEE 802.1lb/g標(biāo)準(zhǔn)的自組織網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)的傳輸處理。從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用反饋情況來(lái)看，這種設(shè)計(jì)方式不僅可以支持遠(yuǎn)距離傳輸，而且可以滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)系統(tǒng)帶寬需求。

2.2 無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)主要從傳感器模塊、電源模塊及無(wú)線(xiàn)通信模塊等方面進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理設(shè)計(jì)。其中，在傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需求的選擇方面，工作人員需要立足于傳感器模塊運(yùn)行功能需求，積極從溫度傳感器、濕度傳感器等方面進(jìn)行合理選擇。需要注意的是，在選擇過(guò)程中，無(wú)線(xiàn)通信模塊應(yīng)立足于支持ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的模塊進(jìn)行合理選擇。究其原因，主要是支持Zig Bee標(biāo)準(zhǔn)的模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的集中化處理[3]。

2.3 監(jiān)測(cè)子站設(shè)計(jì)

關(guān)于監(jiān)測(cè)子站的設(shè)計(jì)問(wèn)題，工作人員需要從主控模塊設(shè)計(jì)方面入手。根據(jù)主控模塊的設(shè)計(jì)需求，合理設(shè)定電源模塊、ZigBee通信模塊，并在此基礎(chǔ)上，按照IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)對(duì)通信模塊進(jìn)行合理優(yōu)化。必要時(shí)，可以利用太陽(yáng)能電池供電方式降低損耗。

2.4 監(jiān)控中心設(shè)計(jì)

科學(xué)合理地設(shè)計(jì)監(jiān)控中心體系，不僅是確保各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得以合理存儲(chǔ)及處理的重要保障，而且是確保高壓輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障。針對(duì)此，工作人員應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定要求，將得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理存儲(chǔ)及處理分析。與此同時(shí)，在功能應(yīng)用方面，應(yīng)考慮從歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、故障點(diǎn)定位等功能特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)[4]。

需要注意的是，對(duì)于特殊數(shù)據(jù)的處理，如泄漏電流等，可以借助專(zhuān)家分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的處理分析。一般高壓輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集前端、后端分析處理系統(tǒng)組成。其中，后端分析處理系統(tǒng)可以針對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)反饋情況進(jìn)行集中化分析與處理，并根據(jù)反饋結(jié)果針對(duì)性對(duì)相關(guān)桿塔采取風(fēng)險(xiǎn)防范措施，防止線(xiàn)路故障問(wèn)題反復(fù)出現(xiàn)。

3 基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的高壓輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化建議

從當(dāng)前應(yīng)用發(fā)展情況來(lái)看，基于無(wú)線(xiàn)傳感器的高壓輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，需要全面立足于無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)及ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)嚴(yán)格按照無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)輸電線(xiàn)路綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行要求，對(duì)監(jiān)測(cè)主機(jī)及傳感器節(jié)點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行合理設(shè)計(jì)[5]。目前，為進(jìn)一步提升無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在高壓輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用效果，建議從如下2個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1 硬件設(shè)計(jì)問(wèn)題

關(guān)于硬件設(shè)計(jì)問(wèn)題，可以從監(jiān)測(cè)子站硬件結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃與合理設(shè)計(jì)，具體如圖2所示。監(jiān)測(cè)子站硬件結(jié)構(gòu)主要以8051微處理器為內(nèi)核。通過(guò)利用自身攜帶的射頻收發(fā)器實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信管理。與此同時(shí)，8051微處理器封裝體積較小，而且靈敏度程度較高，可以很好地應(yīng)用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中。

最重要的是，監(jiān)測(cè)子站硬件結(jié)構(gòu)中的數(shù)字溫濕度傳感器可以憑借自身抗干擾能力強(qiáng)及響應(yīng)速度快的優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行溫度及周邊濕度問(wèn)題進(jìn)行合理分析。此外，該硬件結(jié)構(gòu)在接口形式方面以單線(xiàn)制串行接口為主，可以根據(jù)物件運(yùn)動(dòng)及方向?qū)﹄妷褐颠M(jìn)行合理監(jiān)測(cè)，并且在很大程度上可以根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況對(duì)桿塔傾角進(jìn)行合理測(cè)量[6]。

圖2 監(jiān)測(cè)子站硬件結(jié)構(gòu)

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)方法

關(guān)于軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，需要從監(jiān)測(cè)子站工作流程應(yīng)用方面入手。一般監(jiān)測(cè)子站中的主機(jī)系統(tǒng)開(kāi)啟后，會(huì)對(duì)配置信息進(jìn)行適當(dāng)讀取。并根據(jù)信息讀取反饋情況，對(duì)各傳感器節(jié)點(diǎn)的16位地址及數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間進(jìn)行合理安排。完成上述讀取工作之后，系統(tǒng)會(huì)驅(qū)動(dòng)CC2530MCU全面進(jìn)入低功耗運(yùn)行模式。其中，在程序主循環(huán)狀態(tài)當(dāng)中，軟件系統(tǒng)會(huì)定期讀取一次時(shí)間信息。同時(shí)，與數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間安排及采集時(shí)間安排進(jìn)行綜合對(duì)比，防止數(shù)據(jù)接收與傳送之間出現(xiàn)異常問(wèn)題。此外，在WiFi通信模塊方面，工作人員可以將其設(shè)置為程序控制開(kāi)關(guān)模式，減少系統(tǒng)功耗問(wèn)題。需要注意的是，基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)受到其他因素的干擾而出現(xiàn)運(yùn)行失誤問(wèn)題。針對(duì)此，工作人員應(yīng)明確掌握系統(tǒng)運(yùn)行影響因素，并提出針對(duì)性防范措施，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全[7]。

4 結(jié) 論

大力推廣與應(yīng)用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是近年來(lái)高壓輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主流發(fā)展趨勢(shì)。在此背景下，業(yè)內(nèi)研究人員應(yīng)高度重視無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用問(wèn)題，重點(diǎn)針對(duì)當(dāng)前應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行合理解決。在此基礎(chǔ)上，按照高壓輸電設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)需求，構(gòu)建科學(xué)、合理的層次型無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，確保高壓輸電線(xiàn)路得以安全、穩(wěn)定運(yùn)行。此外，研究人員應(yīng)明確把握無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用原理及具體影響因素，如無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰減與環(huán)境條件息息相關(guān)，電磁干擾程度過(guò)大會(huì)加劇無(wú)線(xiàn)信號(hào)的衰減。相信在研究人員的努力下，基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的高壓輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)得到更好地推廣與應(yīng)用。