特高压输电线路状态监测技术的应用

王文敏 孟耿琼 贾莉莉

【摘 要】输电线路塔上的无线监测节点和电力特种光缆中的空闲纤芯以及光通信节点三方面组成了高压输电线路检测系统，通过AdHoc组网方式，在基础的通信功能方面上，这种让系统上面的无线节点和光节电具备自我适应的功能，同时，把光信号接力传输和无限接力传输之间相互结合起来，使检测中心和任意监测节点之间的信息可以进行彼此之间的交换。使用这种系统，在输电线路沿线的临近区域内，工作人员可以通过专用的无线终端接入监测网络，来进行语音和数据以及视频的双向通信，同时，在地形条件比较复杂的情况之下，可以对长距离的输电线路实现逐塔和全程的监测。总之，在线路检修与抢险救灾等特殊场合的方面，该系统在应急通信上提供了方面。

【关键词】输电线路 特高压 Ad Hoc网络 电力特种光缆 监测系统

传统的高压输电线路巡检模式，在一些方面上存在一定的不足，比如它存在一定的的安全风险，监测周期长和效率低下以及管理成本高等的问题，另外再加上这几年的超或者特高压输线路的运用，让电力线路的监测方面更加的困难，为什么会这么说，因为这种高压输电线的建设需要经过不同的复杂的地理环境，比如说沼泽和戈壁以及丛林等无人区，这些地方都是这种高压输电线路在建设的过程当中，所需要面对的环境。从其它的方面上来说，在目前的社会忽然经济的告诉发展之下，在电力的供应质量方面的要求也随之加高，所以电力企业把输电线路的管理维护方面，推着相智能化和信息化的方向进行发展，在信息的获取方面，受到了传统的巡检的阻碍，所以说发展新的高压输电线路检测技术对于我们来说就非常的重要。相关的电力企业和科研机构，在高压输电线路监测的技术方面进行了研究，并给出了一些解决的方法。

1 设计思路

基于输电线路电压高的原因，再加上它自身复杂的恶劣的架设环境，在监控网络的监测上面，如果运用传统的在铁塔上布设线缆的方式，将会存在诸多的意想不到的困难，所以，在监测网络的建立上，采用无线传输，就会更加的合理化。通过无线信道的传输特点方面，我们可以知道，如果要想使无线电波的传播符合双线性传播模式，那么接发射机选择的地面位置必须要开阔，还要高。如果想要电波的传播损耗和传播距离的3次方为正比，那么它的收发节点的距离相对要远，通过这种理论，我们可以知道当发送节点的发送功率增加约为16倍的时候，它的传输之间的距离每增加1倍，在能量的消耗上面巨大，所以说在野外复杂的地理环境之下，电源的供给困难的监测上面，带来了很多的不方便。另外，当传输之间的距离加大，周围的环境也会变得更加的复杂。收发节点之间的阻碍物会越来越多，以至于影响通信的质量，基于这些，我们可以推测，在信息的传送上面，如果采用无线传送方式，还存在着很多方面的不足之处。从另外的方面上来说，铁塔逐级的分布规律，为短距离的无线接力传输上面提供了很好的基础，在每个铁塔上面安装无线通信设备将信息进行一级一级的传送，知道信息传送到线路监测中心站的地方。这种被用于短距离的无线接力传输上的逐点转发模式，假设在一个节点上面出现问使每个无线监测题，整条的传输链就会中断，所以，Ad Hoc组网技术被引入了，这种网络的所有节点的位置相等，抗毁性方面很强，同时不需要中心控制节点，利用Ad Hoc自身的优点，使整个输电线路监测系统的抗节点失效的能力得到提高，例如，依照Ad Hoc的组网方式，建立通信节点，使每个无线监测节点和所有的邻节点之间具备有通信的功能，下一个信息的转发点可以自适应的进行选择。

目前的超高压输电线路距离比较长，在这种情况之下，如果使用无线接力传输的方式，那么造成信息传输不成功的概率将会增加，另一方面，上下游节点的转发使能量的节能消耗巨大，从这些方面进行综合考虑，光纤通信和无线接力通信相互结合的方式就应用而生。基本上，高于110kV的高压输电线路都运用了电力特种光缆，这种光缆主要由全介质自承式光缆和光纤复合架空地线组合，从它们目前被采用的现状上面进行分析，两者都共同的拥有大量的空闲纤芯。通过输电线路的这种特殊的通信资源，我们来完成线路监测的建设。

2 无线监测节点的功能和结构

无线监测节点是通过各种类型的传感器收集输电线路铁塔上面的信息，进而对这些信息，进一步的分析和处理，在将信息发送给周边的铁塔的无线监测节点上面。

无线监测节点的基本结构，这种结构由数据采集单元和声音或者视频采集单元、无线传输单元以及数据处理单元、天线切换装置、外部数据接口等组成。它的结构当中，数据处理单元是无线监测点的主要部分，它的系统是嵌入式，根据OSI的经典经典7层协议栈模型与TCP或者是IP的结构，它的功能从应运层到媒体的访问控制层得到完成。应运层功能就是给各种面向用户提供服务；传输层功能就是向应运层提供端到端的服务；网络层功能就是把Ad Hoc中诸多的各种路由协议稍加改动，从而降低技术的风险；逻辑链路控制子层功能就是屏蔽底层的不一样的MAC，向网络提供统一的服务；MAC功能就是它其中部分的软件控制检测节点对无线信道的访问。

3 塔上光通信节点的功能和结构

铁塔上通信节点的功能是通过利用光线良好的通信介质，把信息传输的速度和可靠性提高， 表明了塔上通信节点的组成部分，它的数据方面的结构和无线监测节点的单元没有什么区别。光传输模块是把要发送的数据包转换成光信号序列，通过光纤介质进行发送。光电传输的技术越来越成熟，在信息网络之中被普遍运用。

在一般的应运当中，光纤通信被用于在点与点之间的传输上，但是，光纤通道不具有无线信道的广播特性，所以通过运用光分路器和合路器，解决多节点共享光纤信道上的问题。在接受信号的时候，在光通信节点接收端的光纤和光模块之间增加一个1：2的光分路器，另外，在它的输出端的光纤和光模块之间增加一个2：1的合路器，光信号进入到输入端的光分路器，在分路器后，将会变成2路信号，而一路光信号被连接到光模块的输入端，另外的光信号经过一段辅助光纤后，和另外一侧的光合路器的两个输入端相互连接，来传输多跳以外的其他光通信节点。运用这种设计，我们可以看出光信号无论是在本节点还是在其他本节点都可以被接受与处理。所以说，在本节点的数据处理器单元和供电单元以及光传输模块出现问题的时候，它的信号传输将不会被受到任何的影响。光分路器的应运，它不仅提高了监测系统整体的可靠性，同时对于单个节点故障引起的瘫痪整个系统的工作问题也得到了避免，实际当中，光分路器2路在输出信号的时候，它的衰耗和光分路器的分光有着一定的关系，按照工程的实际情况，来选择合适的分光比。原则上面，为了使多数的光信号能量直接穿透本节点传给其他的节点，则必须要增加光信号的最大传输距离，同时在Q支路分配大的比列。

4 监测系统的组网方式

给高压输电线路沿线的铁塔上面安装上无线监测点，在每隔20到30km的位置上，把光缆接线盒的特定铁塔作为汇聚的地方，在汇聚点的铁塔上和线路两端的变电站内一起安装无线监测点和光通信节点。

铁塔上面的无线监测点之间的无线Ad Hoc网络具有自组织和自适应能力的特点，在一定的区域之内，对线路的监控信息进行不断的转发，把信息传送到拥有汇聚点的光通信节点的铁塔上面。所有的光通信节点运用多跳转发的方式进行数据之间的相互传输，通过高压输电线路上的电力特种光缆中的空闲光纤连接，以此来组成和Ad Hoc相似的，同时它也具有自我组织的作用的光网络。通过在线路对端的变电站内设置迂回的路，对系统的可靠性进行加强。 把对端站内光通节点的输出信号，运用一定的转换器进行变换，最后SDH设备，将信号送回监测中心的变电站。

通过把无线Ad Hoc网络与光线网络相互结合起来的方法，使监测中心实现和任何铁塔上面的监测点的信息交换，进而来完成线路的监测和控制。

5 本系统的工作模式和实现的功能

5.1 线路监测模式

在线路监测的模式之下，通过各种传感器，输电线路铁塔上的无线监测节点收集输电线路上面的信息。同时也通过光纤网络和无线Ad Hoc相互结合的方式，把较强的信息进行转发，数据处理单元对这些检测到的信息进行判断和处理，来共同达到把信息传送到监测中心的目的。而对于无实时性的信息，可以先进行放置的处理，等到受到检测中心的指令会后，在进行传送即可。

5.2 远程控制模式

工作人员在线路的检测中心，对全程的不同的铁塔上的设备进行远程的控制，当然，对于一些携带专用的无线通信设备的智能化机械进行控制。

5.3 应急通信模式

本检测系统方组成的网络，不仅具备拓扑变化自适应的能力，同时也可以灵活的实现通信设备的无线接入。这种系统的使用，给线路巡检人员和抢修人员的配备方面省去了很多的麻烦，另外，在信息的输送方面上，它也更加的准确简单。

6 结语

利用电力企业的自身资源，高压输电线路检测系统可以不依赖于公网运营商，目前，在电子科技和信息技术的发展之下，输电线路的实施和监测的发展快速，其中，有些产品在实际的推广之中得到应用。

参考文献：

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[2] 苏晓.特高压输电线路在线监测技术的应用[J].电子技术与软件工程，2015（5）.

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