提高輸電線路系統可靠性的監測控制裝置

郎慶凱，王 睿，郭志廣，趙 爽

（北京國網富達科技發展有限責任公司，北京100070）

電力設備的可靠性及運行狀況直接決定整個供電系統的穩定和安全。隨著電網建設的加速，電力企業需要時時刻刻對線路進行檢修，傳統的巡檢手段和方法已經不能滿足日新月異變化的智能電網建設，采用智能化、網絡化、現代化的技術手段——輸電線路智能監測系統已經成為發展趨勢。而輸電線路智能監測系統在高低溫環境下容易出現裝置死機、傳感器通訊中斷或傳感器數據異常；在電磁兼容環境下容易出現終端死機無法自恢復的現象；連續陰天容易引起電池電量不足，導致系統斷電，這些問題嚴重影響了系統的可靠性及其應用。輸電線路智能監測系統應用的環境比較惡劣，安裝在室外的高壓塔上，如系統出現故障，運行維護極不方便，維護成本很高，因此 ，更需保證輸電線路智能監測系統的可靠性。文中設計了一種監測控制裝置，大大提高了輸電線路智能監測系統的可靠性。

1 監測控制裝置的組成

監測控制裝置組成框圖如圖1。

1．1 CPU系統

CPU系統主要負責與周邊設備的通訊及對一些外設進行控制，如與3G模塊的通訊，ZigBee模塊的通訊，232串口的通訊，另外還對功率控制開關等進行控制操作。

1．2 3G通信

3G通信主要負責監測控制裝置與上位機的通信，上傳輸電線路智能監測系統相關的狀態信息給上位機，同時還下達一些上位機的指令給監測系統。

1．3 ZigBee通信

ZigBee通信負責監測控制裝置與輸電線路智能監測系統的短距離無線通信，可以將輸電線路智能監測系統的相關狀態信息上傳給監測控制裝置，監測控制裝置也根據輸電線路智能監測系統的運行情況，進行一些有效的控制。

1．4 串口通訊

串口通信的功能同ZigBee通信類似，只是串口通訊是一種有線方式，和ZigBee通信共同構成一種冗余控制通訊方式，提高系統可靠性。

圖1 監測控制裝置組成框圖

1．5 功率控制開關

功率控制開關可以是功率繼電器或功率MOS管。CPU系統根據采集到的指令，對功率控制開關進行控制，使輸電線路智能監測系統能夠有效斷電重啟。

2 監測控制裝置的主要功能

2．1 串口通訊功能

（1）監測控制裝置通過串口監視輸電線路智能監測系統的內存使用情況，當內存使用超過告警值，就按優先級高低關閉一些低優先級的進程，如日志輸出進程，直到內存使用低于告警值；當內存使用較低時，按優先級恢復之前被關閉的進程。這樣，高優先級進程優先且能夠使用到足夠的內存，保證了系統的穩定性。

（2）監測控制裝置通過串口監視輸電線路智能監測系統的進程狀態，保證關鍵進程一直運行和關鍵資源得以分配。如果關鍵進程沒啟動或關鍵資源沒得以分配，則重啟系統。重啟系統的方式是使功率控制開關動作，可保證重啟系統的可靠性。

（3）監測控制裝置通過串口監視輸電線路智能監測系統的電源狀態信息，這些信息不限于電壓、電流、電量等，實現對電源狀態的監控。根據電源狀態實現對電源分級管理，當電壓過低、電量不足時分級關閉一些負載，例如，電壓低于11．4 V，關閉受控設備的圖像負載，當電壓低于11．2 V，關閉受控設備的氣象負載等。當充電開啟，電壓恢復后，依次打開被關閉的負載，以提高系統的供電電源應變能力和系統可靠性。

2．2 ZigBee通信功能

監測控制裝置通過ZigBee通信模塊監視輸電線路智能監測系統的內存使用情況、進程狀態、電源狀態信息，根據這些狀態進行有效控制。ZigBee同串口通訊功能一樣，屬于冗余設計，在串口功能出現故障時保證通信不受影響，增強系統的可靠性。

2．3 CPU系統控制功能

（1）為保證監測控制裝置能有效監測輸電線路智能監測系統正常運行，輸電線路智能監測系統CPU每隔一段時間給監測控制裝置CPU通過串口發送一些數據，監測控制裝置CPU收到這些數據后判斷是否正確。如正確，表明輸電線路智能監測系統無故障；如錯誤，表明輸電線路智能監測系統故障。為了防止錯報故障，設置一個故障時間t。在故障時間t時間內，監測控制裝置收到的數據都錯誤，則監測控制裝置會使功率控制開關動作，導致輸電線路智能監測系統斷電重啟。故障時間t可以根據生產和客戶現場需求設置，有利于生產調試和提高系統可靠性。

（2）為了防止串口故障導致輸電線路智能監測系統CPU誤報警，CPU系統控制中增加了ZigBee通信，進行冗余設計。監測裝置的ZigBee通信原理與串口類似，接收受控裝置固定周期傳輸的脈沖信號，t時間內未收到任何來自受控裝置的信號則認為異常。如果串口和ZigBee通信在故障時間t內都報錯誤，監測控制裝置才會使功率控制開關動作，觸發受控設備斷電重啟；串口或ZigBee通信任何一個接收信號正常，不會觸發功率控制開關動作，輸電線路智能監測系統正常運行。

（3）監測控制裝置觸發輸電線路智能監測系統斷電重啟正常后，通過串口發送記錄數據給輸電線路智能監測系統，以便輸電線路智能監測系統記錄此次重啟的原因，有利于分析輸電線路智能監測系統的重啟故障原因。

（4）監測控制裝置中的功率控制開關可以選擇繼電器。為保證繼電器正常工作，通過監測控制裝置CPU的IO口監測繼電器的常開觸點，若繼電器未正常動作，再重復給予繼電器控制信號，保證繼電器可靠工作。

（5）輸電線路智能監測系統的電源輸入正接在繼電器的常閉觸點，當監測控制裝置出現故障時，輸電線路智能監測系統不受其影響會正常工作。關閉繼電器電源時，繼電器線圈內依然有能量，為避免斷電對系統造成影響，線圈供電電源的兩端加上二極管D1，關斷時，線圈能量會迅速釋放，參見圖2。

圖2 線圈供電電源的兩端加二極管

2．4 3G無線通信功能

監測控制裝置具有3G無線通信功能，用于與上位機的無線通信，可定時上傳系統狀態給上位機服務器。這些狀態包括系統功耗、各外設和內部器件的供電狀態、系統內存整體使用情況和各進程的內存使用情況、CPU負載率和各個進程的CPU負載率、所監視的關鍵進程運行狀態和關鍵資源的分配狀態。監測控制裝置也可接受上位機服務器的查詢，可接受上位機服務器的配置設置，如設置功耗限值、內存使用限值、上傳監控狀態的周期等。

3 監測控制裝置的現實意義

3．1 監測控制裝置的創新點

（1）對輸電線路智能監測系統的內存監測控制。

（2）對輸電線路智能監測系統的進程監測控制。

（3）對輸電線路智能監測系統的電源狀態分級管理。

（4）串口通訊和ZigBee通信的雙路數據采集及控制的冗余設計。

（5）靈活設置故障時間的防錯報故障設計。

（6）故障重啟原因的監測控制設計。

（7）功率控制開關的監測控制設計。

（8）電源輸入正接在繼電器的常閉觸點，監測控制裝置故障不影響受控設備正常運行。

3．2 監測控制裝置的應用效果

（1）通過監測控制裝置對輸電線路在線監測系統內存及進程的靈活監控，提高了輸電線路在線監測系統的工作穩定性。

（2）通過監測控制裝置對輸電線路在線監測系統的電源分級管理，延長了輸電線路在線監測系統的工作時間。

（3）此發明通過監測系統狀態，對系統進行斷電重啟，減少了上塔維護的次數，大大降低了輸電線路智能監測系統的維護成本，也減少了上塔維護的人身安全事故，節約了大量的人力成本。

4 結束語

隨著電力系統的發展，電力系統的運行環境日益復雜，需要不斷提高輸電線路智能監測系統的可靠性。監測系統設計中應充分考慮系統應用的環境，提高設計標準，設計出滿足輸電線路智能監測系統環境應用的設備，另外，還要進行一些必要的冗余設計以便提高輸電線路智能監測系統的可靠性。

［1］ 李燕平，張 磊．輸電線路的電磁影響［J］．黑龍江科技信息，2009，（35）：13．

［2］ 黃志江，王 睿，李紅旗，郭志廣．輸電線路次檔距振蕩在線監測系統的研究與應用［J］．微計算機信息，2012，28（324）：148－150．

［3］ 鄒建明．在線監測技術在電網中的應用［J］．高電壓技術，2007，33（8）：203－206．