输电线路状态监测通信传输网络技术

赵凤龙

（中国南方电网超高压输电公司柳州局，广西 柳州 545000）

0 引 言

随着信息化技术的不断发展，我国电力行业也在朝着信息化、智能化方向快速发展。输电线路作为电力系统的重要一环，其智能化监测是电力行业关注的重要内容。借助各类通信技术、传感器技术以及信息处理技术，能够实时感知输电线路中的设备运行情况并实现监控预警，有效发现线路中的各类问题。除此之外，智能化监控设备能根据各类信息反馈进行有关问题的分析诊断和评估预测，从而快速推进问题处理方案和维护方案的制定。然而，由于输电线路距离长、所处环境多样，导致输电线路监测面临较多的挑战，如监测点分散、监测环境恶劣以及传输数据多样等。基于此，对输电线路状态监测通信网络技术进行深入研究很有必要。

1 输电线路状态监测通信传输网络建设的需求分析

我国输电线路一般架设在远离人群的郊区或野外，这是因为线路输送的高压会产生较强的电磁辐射，容易对人体产生一定的伤害。输电线路远离人群也能有效降低人为破坏输电线路设施的风险。对输电线路巡察工作来说，野外环境带来了严峻的挑战。特别是近年来，因全球大气环境变化导致极端天气频发，严重影响着电网的运行安全。根据统计，2021年全国故障停电原因中自然因素占据很大比例，同时外力因素和设备原因导致的全国故障停电占比也较大。

为了确保输电线路的安全与稳定，需要及时了解线路所处环境状态，如气温、气压以及湿度等，检查导线温度的高低、导线上是否附着异物以及绝缘子是否干净整洁等。传统的人工巡线方式需要耗费大量的人力和财力，同时受主观因素的影响较大，易出现误检和漏检的情况，无法保障所收集数据的实时性和准确性也。人工巡检产生的数据信息较为分散且存在主观评判差异，在一定程度上会影响输电线路的运行与维护效果。

巡线机器人模式受杆塔金具型号不一致的影响难以大范围应用，而直升机巡线模式受成本和技术等因素的制约也未得到广泛推广[1]。输电线路状态监测通信传输网络模式则是通过各类传感器及配套设备采集所需的线路状态参数，简单有效、成本较低，适用于恶劣环境。

2 输电线路状态监测通信传输网络构成

一般情况下，输电线路状态监测通信传输网络主要包括微网、接入网及主网3个部分[2]。输电线路状态监测通信传输网络结构如图1所示。

图1 输电线路通信光纤截面

图1 输电线路状态监测通信传输网络结构

微网负责单基杆塔周围的通信覆盖，主要实现对前端装置的监测，收发各类传感器和摄像头等采集的数据，并将这些数据信息传送至接入网[3]。接入网负责输电线路及线路连接变电站的通信覆盖，主要功能是连接各微网，以实现杆塔节点与变电站节点之间的设备连接。主网一般利用电力系统通信专网，主要负责变电站与各调度端的信息传输，可以管控大部分变电站的通信。

3 输电线路状态监测通信传输网络技术

3.1 微网通信技术

对于安装在杆塔上的监测装置，可选用有线通信的方式进行数据采集，通过RS-232/RS-485等通信接口或自适应以太网接口将收集的数据汇聚到杆塔节点设备[4]。

对于不安装在杆塔上的监测装置，可选用无线射频通信方式进行数据采集。其中，组网方案参考无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN），能够有效降低能耗，并且实现与异构系统的相互联通，为后续的数据协同处理提供保障。

由于微网的通信覆盖范围只有数十米，运用无线个人局域网（Wireless Personal Area Network，WPAN）通信技术就能满足要求。具体应用中，可根据数据传输需求选择无线个人局域网，如超宽带（Ultra Wide Band，UWB）、Bluetooth以及ZigBee等。3种无线个人局域网通信技术的对比如表1所示。

表1 3种无线个人局域网通信技术的对比

3.2 接入网通信技术

接入网主要负责杆塔节点设备和变电站节点设备之间的连接，需要比较不同通信传输方式的优劣，从而实现通信需求与通信方式的适配，实现传输效率与通信成本综合最佳。当前，接入网通信技术主要有专网和公网2种模式。

3.2.1 专网模式

专网即专用网络，只服务于特定的系统内部。根据传输媒介的不同，当前接入网的专网模式分为有线通信模式和无线通信模式。

输电线路状态监测接入网常用的有线通信方式为光纤有线通信。光纤有线通信是以光纤作为传输介质，以光波作为信息载体进行传输的通信方式。电力光纤一般选用光纤复合架空地线（Optical fiber composite overhead Ground Wire，OPGW）和全介质自承式（AllDielectric Self Supporting，ADSS）光缆[5]，如图2所示光纤有线通信具有传输容量大、传输距离远、重量轻、绝缘好、耐腐蚀以及抗辐射等优点，缺点是通信光缆资源紧张、光纤维护工作量大以及维护时影响数据的传输等。

输电线路状态监测接入网中常用的无线通信方式主要有无线保真（Wireless Fidelity，Wi-Fi）和全球微波互联接入（Worldwide Interoperability for Microwave Acess，WiMAX）。专网无线局域网技术的参数对比如表2所示。

表2 专网无线局域网技术的参数对比

专网无线通信一般适用于传输距离较短、监测点相对集中且有无线宽带传输需求的区域，如变电站出口段。专网无线通信的成本会随着传输距离、设备的复杂度及功耗的增大而增加，因此在选用无线通信时要根据实际需要合理选型。

3.2.2 公网模式

公网模式指将塔杆节点设备收集的前端监测装置数据，通过运营商无线网络传送到控制中心。主流运营商无线网络有通用分组无线业务（General Packet Radio Services，GPRS）、码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）、4G以及5G等。不同无线网络技术的对比如表3所示。

表3 公网无线通信技术的对比

公网无线通信一般适用于重要程度低、监测点比较分散的通信系统，具有成本低、见效快的优势，但是容易受公网传输速率低、信号覆盖不足的影响，出现数据传输能力弱、稳定性差以及安全性低等问题。

3.3 主网通信技术

主网一般可利用电力系统通信专网。目前，输电线路中各级调度、监控中心以及变电站都已实现电力系统通信专网的联通。其中，光纤通信是电力系统通信专网最主要的通信方式。将微网收集的数据信息借助接入网汇总到各个变电站，变电站再通过现有的电力系统通信专网将数据信息上传至监测主站系统，从而实现数据汇总，为输电线路的集中监测、统一调度奠定坚实的基础。

4 结 论

随着通信技术的不断进步与发展，输电线路状态监测通信传输网络会随着通信技术的创新不断变革。电力行业人员需要以发展的眼光提出并解决问题，不断推动新技术融入输电线路状态监测通信传输网络，推动我国电力系统的稳定与安全建设，为我国各行各业的发展提供优质的电力服务。