基于分布式结构输电线路防外力破坏检测与预警系统设计

李国鹏，季鹏程，陈 怡，徐宏福，李志彬

（沧州供电公司 河北 沧州610041）

基于分布式结构输电线路防外力破坏检测与预警系统设计

李国鹏，季鹏程，陈 怡，徐宏福，李志彬

（沧州供电公司 河北 沧州610041）

在实际的生活生产中会有许多事件对电力系统的正常运作产生影响，严重的情况可能会导致大面积电网的供电中断。针对上述问题，文中提出了一种新的电力传输线路监控系统，它是基于分布式结构设计的，利用电网系统中的杆塔作为载体，在杆塔上搭载检测设备，实现对线路实际运行情况的监测，检测和预警系统包括子站和模块供电单元。后期随着电网规模的扩大，可以根据实际情况利用已有的软硬件平台对需要检测和预警的范围进行扩展。本文设计的系统经过现场长期测试，验证了该系统具有较高的稳定性和可靠性，可以为输电线路的安全运行提供可靠的预警机制。

分布式结构；防外力；输电线路；监测系统

经济的迅速发展和城市基础设施运行的高稳定性对电力系统的稳定与可靠性提出了很高要求[1]。电力系统规模的扩展和可靠运行成为社会稳定的基础，规模的扩大和人们对电力系统安全维护知识的匮乏使之带来许多现实问题，比如违法使用超功率设备，对架设输电线路的塔杆进行违法使用，这些举动都会对输电线路的正常运行产生严重影响，容易导致输电线路短路和停电等事故，这些不可预知的事情我们通称为外力破坏，这些事件呈上升趋势，对供电管理部门和供电企业来说，会导致巨大的经济损失和管理困难，最严重的是会对电网的安全运行和人民生命财产形成威胁，这种情况不利于经济和社会的发展[2-3]。对于这个问题，目前采取的常用管理模式是设置专业的工作人员对整个电网分片进行巡视，利用安全警告标示和隐患通知书对传输线路进行维护。这种方式在一定程度上会对线路的正常运行起到保护作用，但是这种途径存在工作周期长和劳动强度大的特点，对于故障线路不能够及时发现隐患等弊端，而且在环境相对恶劣的地方，工作人员无法长期工作，对于目前巨大的电网规模而言，这种方法不能满足实际情况的要求。针对上述问题，文中提出了一种能够实时地对传输线路架设设备是否遭受外力破坏和传输线路本身是否正常运行的预警和监控设备。该系统为视频检测系统，主要用于防盗来保证传输线路正常运行，实时监测架设设备是否受外力破坏。该系统是基于分布式结构模式设计的在线监测系统，鉴于系统的模块化组成，我们可以根据不同的现场需求对监测模块进行组合，来提高输电线路运行的可靠性和实现经济效益的最大化[4-5]。我们利用设计的检测系统可以实现对输电线路状况的集中管理，同时获取线路自身运行及周边环境状态，为线路的运行维护和应急防灾等预警提供动态信息，为智能电网输电环节的实现奠定基础[7]。

1 系统总体设计方案

文中设计的监测与预警系统的目的是为了实现对电网运行状态的在线监测和预警，在此基础上为工作人员提供数据分析和针对特殊情况的决策方案的软硬件模块组合。该检测系统由主控制系统和前端的数据釆集单元组成。如图1所示即为数据采集单元，该单元由通讯模块、电源子模块、终端子系统三部分组成。监测终端子系统的功能主要是对线路是否正常运行提供检测，主要是对输电线路进行智能视频监控，有效阻止各类线路外力破坏事故的发生。各个模块通过安装在塔杆上的监控设备利用无线网络实现与主站之间进行通信，系统运行框图如图1所示。分布式结构是本系统设计的创新点所在，利用塔杆上的监控设备具有的易可扩展性和塔杆数量随电网变化的任意性，可以实现对任意电网中传输线路的运行状况的检测。随着对传输线更多数据检测的要求，检测设备的功能可能会较复杂，我们需要在已有集成的模块中对新增加部分进行软件参数的设置即可，新的功能与原有功能相互兼容与补充，使得系统的功能更加完善，使得检测设备能够尽可能多的利用原有的硬件资源，实现经济效益最大化。

图1 前端数据采集系统逻辑结构图

2 主站系统设计

实时性强、经济效益高和使用便捷是本文设计的主站单元应的原则，同时在应用性能方面要求该设备具有结构的开放性，系统易维护性，设置的节点数目数量不受限制以及和后期高版本设备的软件相兼容等方面的要求，而且要求支持对该系统的方便操作开发的对其他应用程序的兼容。系统平台在设计过程中充分考虑了对硬件平台的充分利用，要求在硬件平台不作出大的调整的情况下充分发挥软件的特性，当然在软件无法解决的情况下可以对硬件进行升级，主要目的还是要充分发挥硬件的使用价值，使得整个系统的应用价值发挥到最大。主站系统的主要功能是实现客户端与数据采集模块的高效链接，使得工作人员可以通过客户端直接利用主站系统实现对数据采集模块的控制。主站系统主要由各种服务器构成，包括中心管理服务器、转发服务器和存储服务器3大部分，负责对事件的调度和管理，实现对前端采集视频流的存储于转发，方便客户能够直接通过主站了解到当前输电线路的运行状态。数据采集模块的线上注册使能由中心管理服务器负责，这也是她的核心业务，通过允许与否实现对前端系统的实时控制，它是本系统的通信中枢，负责对所有终端设备和网络模块的定位。前端设备只有成为检测系统中的在西安设备才可以被实时的监测与控制，要想成为在线设备，需要在中心管理服务器上进行注册。在文中设计的所有前端设备都必须成为在线设备，当然也包括存储服务器，都必须在中心管理服务器上注册，这样就可以通过中心管理服务器实现客户端与数据采集系统的通讯。通过客户端视频监控的主要任务包括用户管理、设备管理、日志管理和业务管理4个模块。

数据图像和报警信号的转发在监控系统中主要由转发服务器来完成，同时拥有对操作员登陆系统的认证和管理的功能。当少量用户对数据图像进行访问时，通过前端设备可以保证观察数据的实时性；但是当某个观测点一起被大量用户同时访问时，受到网络带宽的限制，会出现一定程度的网络拥堵情况，这样的情况对于观测实时的数据图像非常不利，针对这一难题我们在系统中引入转发服务器模块，转发服务器可以针对大量用户同时访问的热点数据进行合理的调度与管理，通过设置一定的缓存来对缓和网络拥塞现象，提高了整个系统对传输线路的正常运行的观测的实时性和可靠性[10-11]。

3 子站模块设计

子站模块是该系统设计的关键部分，它主要负责对实时运行状况进行监视并主站系统进行通信，实现主站对监测模块的控制。子站单元主要包括微控制器和通信模块，通过对现场的实时运行状况数据进行采集、转换和存储，获得一手数据源，是整个系统的数据驱动，然后通过通信单元完成数据的转发。系统的主控单元是监控终端的核心部分，它主要由微处理器及其外围电路等硬件组成，微处理器选用带有AT91RM9200芯片的主控板和带有以太网接口的扩展板。具体电路设计如图2所示。

4 监测系统设计

监控系统是上述各个模块的集成，主要负责对现场的实时状况进行监视和预警，然后通过通信系统把数据传输至主控系统，它与上述子模块单元相互结合完成对现场状况的监视和预警，同时对于突发的状况能够及时提供参考意见，对于工作人员作出合理的决策提供宝贵信息。图3所示为监控系统的组成模块与运行过程。

图2 主控单元硬件原理图

图3 输电线路监控装置结构图

5 结束语

文中通过对输电线路在运行过程中的各种状态进行分析，利用已有的防外力监控平台为基础，设计了一款新型的输电线路正常运作监测与预警系统，文中讨论了系统的工作原理和组成架构，通过模块化设计方式对系统进行设计，通过对各个模块的功能进行分析，实现了模块的软硬件设计，通过对模块的集成完成了系统的设计[16]。通过引入传输线路在运行过程中容易发生的掉闸事件对该系统进行测试，表明在安装该系统后，由于外力导致的掉闸事故率有了明显的下降，而且在短时间内得到掉闸线路发生的位置并及时进行供电系统的恢复，减轻了经济损失，提高了电网运行的高效与可靠性，因此文中设计的监测系统基本达到了预期的目的，当然，随着智能电网的发展，后期的许多功能还会被引入和不断进行完善。

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Design of detection and warning system for transmission lines with external force damage based on the distributed structure

LI Guo-peng，JI Peng-cheng，CHEN Yi，XU Hong-fu，LI Zhi-bin
（Cangzhou Power Supply Company，Cangzhou 610041，China）

With the rapid development of China's comprehensive national strength，as one of the symbols of comprehensive national strength of the development of electric power system is becoming more and more demanding，especially for the system security and stability.But in the actual production of life there will be many events affect the normal operation of power system，serious condition can lead to large area power outage of power grid，this kind of situation will not only make the grid customers affected，even more crucial is also will increase the workload of the power supply department，influence the development of economy increase social instability.According to the above problem，this paper puts forward a new kind of power transmission line monitoring system，it is based on the distributed structure design，tower in the grid system is used as the carrier，in the tower on testing equipment，realize the actual running situation of line monitoring，detecting and early warning system including the stand and module power supply unit.Later with the expansion of power grid，we can make use of the existing software and hardware platform according to the actual situation on the need to expand the range of detection and warning.System design in this paper through field test for a long time，shows that this system has high stability and reliability，can provide the safe operation of transmission lines with reliable early warning mechanism.

the distributed structure；the external forces；transmission line；monitoring system

TN99

A

1674－6236（2016）24-0095-03

2015-12-21 稿件编号：201512212

李国鹏（1977—），男，河北沧州人。研究方向：电气工程。