基于无线传感器网络的高压输电线路在线监测系统研究

仇国滔，张 黎，田 地，王先锋

（贵州电网有限责任公司遵义供电局，贵州 遵义 563000）

0 引 言

电力设施是实现电能安全生产、输送、供应的重要载体，随着我国电力行业的不断发展，电力设施建设水平明显提高。其中，输电线路是实现电能输送的重要设施，其运行质量往往会对电力系统整体运行质量产生极大的影响。目前，为进一步加强对电力系统运行质量的把控，行业内部主张针对输电线路的运行状态及运行质量进行统筹规划与合理部署，尤其要加强对高压输电线路运行状态及质量的把控。结合以往的运行管理经验来看，传统高压输电线路运行状态检测方式以人工巡视方式为主，这种方式易受到主观因素的影响，难以确保检测结果的准确性。针对此，行业内部人员需要利用新兴技术手段克服日常巡检难题。

1 高压输电线路在线监测系统发展现状

随着我国电力行业的不断发展，行业内部对于电力供应质量及数量提出了更加严格的要求。从当前实际情况来看，电网中输电线路长期处于复杂多变的环境中，在运行管理方面具备不确定性特点。因此，如何确保线路运行安全已成为衡量电网运行可靠性的重要指标之一。一般我国高压输电线路纵横延伸几十甚至几百千米。因受到周边地理环境及气候条件的影响，导致高压输电线路运行过程中会受到多方面不确定因素的影响而出现运行隐患问题。因此，每年因线路故障引起的电网停电事故层出不穷，不仅给人们的日常生产生活带来了不利影响，而且给我国电力企业造成了严重损失。为及时解决这一问题，电力行业内部主张利用监测手段实现对高压输电线路运行过程的全周期管理。然而，传统人工巡视方式难以及时发现设备隐患问题，加之工作人员自身资质能力有限，导致日常巡检工作难以落实到位。目前，为进一步加强对高压输电线路的监测管理，电力企业立足于信息化、智能化发展趋势，利用安全可靠的在线监测系统，实现对高压输电线路运行过程的监测分析[1]。

高压输电线路在线监测系统主要通过利用无线传输方式，重点针对输电线路环境通道、温湿度条件及周围施工情况进行动态监测与分析。根据反馈数据，判断当前线路是否存在异常运行问题。一旦发现存在问题，管理人员应采取针对性措施及时予以解决。或者利用各项监测采集数据，实现对线路运行状态的诊断预测，及时判断故障发生位置并加以解决，从根本上确保电力系统安全运行。

2 基于无线传感器网络的输电线路在线监测系统设计方法

2.1 系统架构

基于无线传感器网络的输电线路在线监测系统主要由无线传感器节点、监测子站及监控中心构建，具体如图1所示。可以根据系统监测需求对无线传感器节点进行合理部署与应用，通过将其合理安装在各回路导线位置上，实现对各项监测数据的综合化处理。一般无线传感器节点可以实现对各输电线路状态监测数据的实时分析与反馈[2]，并根据系统反馈情况，将其发送到监测子站，由监测子站完成对线路图像视频及绝缘子污秽度等数据的监测分析。结合以往的系统应用经验来看，监测子站通常部署在无线传感器节点附近位置，如杆塔位置上。

图1 输电线路在线监测系统结构

从功能作用情况来看，监测子站可以针对附近传感器监测反馈的数据内容进行动态分析与管理。同时，可以将各项数据内容通过监测网汇集到电力部门内部网络体系中。其中，汇聚节点通常设置在高压变电站内部。并由监测子站及其附近无线传感器节点共同组建子网体系。一般所组建的子网基本上以星形网格形式为主。此外，子网通常会利用ZigBee技术满足标量数据传输需求。并在此基础上，利用基于IEEE 802.1lb/g标准的自组织网络，完成对远距离数据的传输处理。从现场应用反馈情况来看，这种设计方式不仅可以支持远距离传输，而且可以满足监测系统带宽需求。

2.2 无线传感器节点设计

无线传感器节点主要从传感器模块、电源模块及无线通信模块等方面进行统筹规划与合理设计。其中，在传感器监测数据需求的选择方面，工作人员需要立足于传感器模块运行功能需求，积极从温度传感器、湿度传感器等方面进行合理选择。需要注意的是，在选择过程中，无线通信模块应立足于支持ZigBee标准的模块进行合理选择。究其原因，主要是支持Zig Bee标准的模块可以实现对采集数据的集中化处理[3]。

2.3 监测子站设计

关于监测子站的设计问题，工作人员需要从主控模块设计方面入手。根据主控模块的设计需求，合理设定电源模块、ZigBee通信模块，并在此基础上，按照IEEE 802.11标准对通信模块进行合理优化。必要时，可以利用太阳能电池供电方式降低损耗。

2.4 监控中心设计

科学合理地设计监控中心体系，不仅是确保各项监测数据得以合理存储及处理的重要保障，而且是确保高压输电线路在线监测系统安全运行的重要保障。针对此，工作人员应按照相关规定要求，将得到的监测数据进行合理存储及处理分析。与此同时，在功能应用方面，应考虑从历史数据查询、故障点定位等功能特点进行设计[4]。

需要注意的是，对于特殊数据的处理，如泄漏电流等，可以借助专家分析系统实现对相关数据的处理分析。一般高压输电线路在线监测系统由数据采集前端、后端分析处理系统组成。其中，后端分析处理系统可以针对相关数据反馈情况进行集中化分析与处理，并根据反馈结果针对性对相关杆塔采取风险防范措施，防止线路故障问题反复出现。

3 基于无线传感器网络的高压输电线路在线监测系统优化建议

从当前应用发展情况来看，基于无线传感器的高压输电线路在线监测系统的应用，需要全面立足于无线公网及ZigBee无线传感器网络技术，通过严格按照无线传感器网络技术输电线路综合监测系统运行要求，对监测主机及传感器节点问题进行合理设计[5]。目前，为进一步提升无线传感器网络技术在高压输电线路在线监测系统中的应用效果，建议从如下2个方面进行优化设计。

3.1 硬件设计问题

关于硬件设计问题，可以从监测子站硬件结构方面进行统筹规划与合理设计，具体如图2所示。监测子站硬件结构主要以8051微处理器为内核。通过利用自身携带的射频收发器实现对无线传感器网络节点的通信管理。与此同时，8051微处理器封装体积较小，而且灵敏度程度较高，可以很好地应用于监测系统运行过程中。

最重要的是，监测子站硬件结构中的数字温湿度传感器可以凭借自身抗干扰能力强及响应速度快的优势，重点针对系统运行温度及周边湿度问题进行合理分析。此外，该硬件结构在接口形式方面以单线制串行接口为主，可以根据物件运动及方向对电压值进行合理监测，并且在很大程度上可以根据系统运行情况对杆塔倾角进行合理测量[6]。

图2 监测子站硬件结构

3.2 软件实现方法

关于软件系统的实现方法，需要从监测子站工作流程应用方面入手。一般监测子站中的主机系统开启后，会对配置信息进行适当读取。并根据信息读取反馈情况，对各传感器节点的16位地址及数据发送时间进行合理安排。完成上述读取工作之后，系统会驱动CC2530MCU全面进入低功耗运行模式。其中，在程序主循环状态当中，软件系统会定期读取一次时间信息。同时，与数据发送时间安排及采集时间安排进行综合对比，防止数据接收与传送之间出现异常问题。此外，在WiFi通信模块方面，工作人员可以将其设置为程序控制开关模式，减少系统功耗问题。需要注意的是，基于无线传感器网络的输电线路在线监测系统运行会受到其他因素的干扰而出现运行失误问题。针对此，工作人员应明确掌握系统运行影响因素，并提出针对性防范措施，确保系统运行安全[7]。

4 结 论

大力推广与应用无线传感器网络技术是近年来高压输电线路在线监测系统的主流发展趋势。在此背景下，业内研究人员应高度重视无线传感器网络技术的应用问题，重点针对当前应用过程中存在的问题进行合理解决。在此基础上，按照高压输电设备在线监测需求，构建科学、合理的层次型无线传感器网络架构体系，确保高压输电线路得以安全、稳定运行。此外，研究人员应明确把握无线传感器网络技术的应用原理及具体影响因素，如无线信号衰减与环境条件息息相关，电磁干扰程度过大会加剧无线信号的衰减。相信在研究人员的努力下，基于无线传感器网络的高压输电线路在线监测系统将会得到更好地推广与应用。