高壓供電線路故障定位系統的無線傳輸網絡設計

王興林

摘 要

在對高壓供電線路進行故障定位過程中，無線傳輸網絡發揮著十分重要的作用。為了保障高壓供電線路故障定位的可靠性，本文根據ZigBee無線傳輸技術，設計出高壓供電線路故障定位系統的無線傳輸網絡，讓高壓供電線路故障信號傳輸距離超過一千米，提高了信號傳輸的可靠性，也有效降低了成本。

【關鍵詞】高壓供電線路 無線傳輸網絡 故障定位

在我國社會經濟得到高速發展的同時，也增加了對電力資源的需求，致使電力系統的用電負荷大幅度增加。在這種形勢下，電力系統中的很多供電線路出現滿負荷甚至超負荷運轉的情況，加上部分供電線路使用年限過久，線路老化十分嚴重，因此經常出現線路故障，給電力系統的正常運行以及用電安全帶來了很大的隱患。為了提升高壓供電線路供電的可靠想，保障線路故障能夠及時得以修復，盡量減少各種安全隱患，筆者分析了高壓供電線路的故障定位，選擇適宜的無線信號傳輸方式，設計出穩定性高的無線傳輸網絡系統，以此保障高壓供電線路故障信號傳輸的可靠性。

1 無線傳輸網絡的技術方案

在對高壓供電線路的故障進行分段定位與檢測過程中，目前常用的工具是故障指示器。但是常用的故障指示器不能自動發射與傳輸信號，在高壓輸電線路出現故障后，就需要工作人員沿線進行檢查，這也增加了排查故障的時間以及檢查的難度。為了對高壓供電線路的故障進行快速排查，人們設計出線路故障定位系統，該系統運用信號檢測的方法對高壓供電線路的短路等故障進行檢測，并通過GPRS網絡通信的方式進行信號傳輸。其信號傳輸采用多點發射的方式，可以將每一個發射點看做一部正在工作的手機。在一條距離比較長的供電線路上，需要設置數目較多的發射點。但是這種無線傳輸方式需要用到通信網絡，電力部門每年需要繳納一大筆通信費給通信公司，因此運營成本很高，在長距離供電中并不適用。

除了網絡通信外，常用的無線通信方式還有藍牙、CDMA以及ZigBee等。藍牙技術是通過手機與其他附件構成無線通信模塊，其工作頻率為2.4G赫茲，約有半徑為十米的有效范圍，只能進行短距離無線傳輸，在高壓供電線路長距離故障信號傳輸中并不適用。CDMA技術為碼分多址通信技術，它的利用率與頻率較高，并且功能損耗小，但是只有在無線通訊運營商的支撐才能工作，運行成本偏高。ZigBee是一種新興的無線通信技術，主要應用了擴頻與跳頻技術。將ZigBee與功率放大器等模塊結合在一起，其信號傳輸距離可以達到數千米。

通過對幾種無線通信技術的分析，本方案選擇使用ZigBee無線通信技術，并使用適宜的功放模塊組成無線功放傳輸模塊。該模塊中包括1個功率為2.4G赫茲的射頻收發器與1個性能較高的微處理器。該模塊的主要技術指標為：

（1）2.4G赫茲的工作頻率；

（2）增強模式達到625K；

（3）信號傳輸距離超過1500米；

（4）功耗較低；

（5）數據傳輸率達到250Kbps；

（6）最多可支持的節點數超過65000個；

（7）PA模塊的體積較小，可以外置天線。在該模塊設置相關技術參數后可以自成體系，并逐漸升級故障信號，然后向個分站接力式傳輸，最后一級站點將接受的信號匯總后上傳到上位機，之后在上位機進行分析處理，明確故障類型與位置。

通過ZigBee無線通信技術構建出高壓供電線路的故障定位系統，這個系統包括無線接收器與ZigBee無線發射器，其中也有監控主機以及工控計算機等。在輸電線路的每一個監測點上安裝故障信號檢測與發射裝置，然后將故障信號通過逐級傳輸的方式傳遞到變電站，并通過有線傳輸給分站的工控計算機，最后由計算機對故障信息進行分析處理，并顯示和打印結果。當輸電線路中發生故障后，系統也可以進行報警，并及時顯示出發生故障的位置與類型。

2 無線傳輸網絡硬件的設計

2.1 設置無線傳輸網絡的拓撲結構

無線傳輸網絡拓撲結構的設置與網絡的傳輸速度與性能密切相關。ZigBee無線通信網絡的拓撲結構主要有星形、網狀與鏈狀三種。根據高壓供電線路故障定位的實際情況，綜合考慮無線傳輸網絡信息傳輸的可靠性，選擇使用網狀拓撲結構。可以將1個協調器設置在該拓撲結構中，以此構建拓撲網絡，并保障發送、接受數據的穩定性。

由于需要實時檢測高壓供電線路中的三相電路，因此可以在線路的每個傳輸點上設置3個無線裝置，用于信號的發射與接收，即在每個選定的線路桿塔的三相線路中安裝3個路由器。將這些路由器命名為路由器n1、n2等，n的取值范圍在1至N之間，N為高壓供電線路傳輸點的總數，具體根據線路的長度確定。

2.2 設計路由器節點電路

路由器節點電路中主要包括ZigBee模塊和單片機。其中單片機的型號為ATmeaga16，為八位的CMOS微處理器，其內核中有32個通用寄存器以及多個指令集。ZigBee模塊中含有功率放大器，信號傳輸距離在一千米以上，傳輸速率超過50KB，網絡延時在2毫秒以下。該模塊可以對數據進行廣播式發送，不僅能夠點對點進行數據傳輸，也可以在多點之間進行數據通信，使用簡單方便。

2.3 設計協調電路

協調電路中主要包括ZigBee模塊和信號轉換芯片。其中ZigBee模塊用于接收信息數據，并將接收的數據進行匯總后傳輸給工控計算機。在信息傳輸過程中，需要信號轉換芯片在工控計算機與ZigBee模塊的串口中進行電平轉換，將接收的信號轉換為計算機可以處理的信號，然后在計算機中進行分析處理，并在發現故障后及時顯示故障的位置與類型。

3 結語

高壓供電線路在我國社會經濟發展中發揮著十分重要的作用，并且對供電的安全性要求很高，急需能夠對線路故障進行準確定位的裝置。本文運用ZigBee這種新興的無線通信技術，設計出高壓供電線路故障定位系統的無線傳輸網絡，有效提高了信號傳輸的可靠性，也降低了成本，具有一定的應用價值。

參考文獻

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作者單位

陜西省地方電力（集團）公司涇渭供電分公司 陜西省西安市 710200endprint