输电线路风力监测装置的应用

徐丽丽　赵增瑜

摘要：目前，处于野外的高压输电线路杆塔可能由于风力等原因导致损毁。每年各地都有局部地区遭遇风灾导致倒杆停电事故发生。输电线路风力监测系统采用太阳能供电，对杆塔所处位置的风速以及温湿度测量并记录，以GPRS网络方式上传至监控主机，以便在故障发生后及时处理、故障发生后进行事故分析，同时这些数据可以为以后的输电线路架设规划提供依据。

关键词：风速监测；GPRS通讯；太阳能

中图分类号：TM835 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0053-02

1 概述

输电线路受风灾影响往往具有突发性、局部性的特点。导致杆塔损毁的风力，可能是由于地形等因素形成的高强度阵风。这种特定地点、突发性的风速在气象部门是没有记录不可预测的。由于事后没有测量数据，对输电线路杆塔损坏原因无法作出分析。因此有必要在输电线路杆塔上安装风速监控装置进行数据的收集。

在需要监测的设备—高压输电线路上安装测量通讯装置，采用太阳能和电池作为电源，利用风速、风向、传感器实时对环境风速、风向进行采样，利用温湿度传感器对环境温湿度进行采样，通过GPRS进行远距离无线上传至监控后台。监控后台将收集到的所有测量点的数据进行管理，以图表方法显示，对异常数据进行报警，并且支持历史数据的查询。

2 系统组成

输电线路风力监测系统包括：现场风力测量通讯装置和主站服务器后台监控软件。户外安装的风力测量通讯装置防水、防风、防尘、防雷、防磁、防射频干扰的设计。

现场风力测量及通讯装置：根据需要，可以对多个输电铁塔部署风力测量通讯装置。每个装置包括微处理器部件、测量部件、数据存储部件、通讯部件、现场能源部件和后备电源部件。

通过微处理器部件装载的单片机程序，利用测量部件，如风速、风力传感器、温湿度传感器等对风速、风向、温湿度等环境单元进行实时采样、数据存储，并利用通讯部件—GPRS服务，将数据上传至主站服务器后台监控软件。

主站服务器后台监控软件：在主站服务器上安装自主开发的后台监控软件。软件中预先将各个测量点的地理位置、监控设备型号等信息录入数据库，与部署的现场风速测量通讯装置一一对应。将所有现场风速测量及通讯装置上传的风速、风向和温湿度等信息数据，以图表等直观的表达方式进行显示；能够设定报警阀值，超过报警阀值或数据发生突变时，分级别报警；历史数据可以永久保存以备查询；并能够根据需要对数据进行汇总分析，以便故障发生后进行事故分析，为后期的电网维护、建设提供参考信息，并能够在规划建设输电线路的路径上设置测量点，为新建输电线路选址提供依据。

3 现场风力测量通讯装置的结构

现场风力测量通讯装置主要器件有微处理器、风速传感器、GPRS无线通讯模块和存贮芯片。微处理器每秒一次读取风速传感器数值，存在FLASH存贮芯片内。累积到一定数量后通过GPRS模块上传至服务器。

风速传感器其技术参数如下：

准确度：±（0.3+0.03V）m/s（V：风速）

分辨率：0.1m/s启动

风速：≤0.3m/s

风速传感器有多种输出方式，例如：脉冲、电流、电压及RS232、RS485等。这里我们采用的是脉冲方式。

脉冲方式风速传感器受风力影响转动时会产生相应频率的脉冲信号，计算公式如下：

W=0（f=0）

W=0.3+0.0877×f（f≠0）

式中：

W—风速示值（m/s）

f—脉冲信号频率

由于本测量监控装置安装在野外，只能采取可靠的无线通讯措施。目前成熟的无线传输技术很丰富，如：GPRS、CDMA、GSM等等。

因为GPRS（通用无线分组业务）具有以下特点：（1）永远在线，适合对实时性要求比较高的信息传输需求；（2）按流量计费，这一点比GSM提供的短信方式经济。所以我们选择使用GPRS无线通信技术在野外设置监测点，以此解决长途线路铺设的代价。

目前市面上GPRS模块型号很多，基本上都封装了完善的TCP/IP等协议，可以为无线传输提供透明的TCP/IP通道。接口方式为RS232串口，软件接口为AT命令集。

GPRS模块的通讯波特率为自适应模式，我们这里使用的是9600bps。只需要以9600bps向模块发送指令“AT”

即可。

发送：AT（回车）

收到：AT（回车）OK（回车）

也可以通过检测能否正常收到模块的回应当作模块是否工作正常的标志。

由于我们采用透传模式，需要使用指令AT+CIPMODE，后跟参数0表示非透明模式，1表示透明模式。

发送：AT+CIPMODE=1（回车）

收到：OK（回车）

建立网络联接使用指令AT+CIPSTART

发送：AT+CIPSTART="TCP"，"n.n.n.n"，"m"（回车）

收到：OK（回车）

其中第一个参数TCP，表示使用TCP联接方式。如果想使用UPD，则将之改为"UDP"。

n.n.n.n取值为服务器IP地址，m取值为服务器端

口号。

TCP的网络建立需要花费数秒的时间，然后模块回应CONNECTOK（回车），表示网络联接建立。

由于使用透明传输，一旦建立联接，微处理器相当于和服务器进行简单的串口通讯，而不再涉及复杂的AT

指令。

4 结语

输电线路风力监测系统于2012年10月前通过基础试验，选择试点挂网运行。各项性能指标均达到设计要求。收集到充分的风力数据，在2013年7～8月份监测到风速大于7级的突发风速多起，是保证电网安全运行的必选产品

功能。

参考文献

[1] 徐爱钧.单片机高级语言C51 Windowes环境编程与应用[M].北京：电子工业出版社，2004.

[2] 易飞.GPRS网络信令实例详解[M].北京：人民邮电出版社，2011.

[3] 汪扩军.气象灾害监测预警与减灾评估技术[M].北京：气象出版社，2005.

[4] 国家电网公司.输电线路气象监测装置技术规范[M].北京：中国电力出版社，2011.

作者简介：徐丽丽（1979—），女，供职于国网湖北省电力公司襄阳供电公司，研究方向：技术研发及管理。