基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高壓輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)

劉 源

（國網(wǎng)福州供電公司，福建 福州 350000）

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高壓輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)

劉 源

（國網(wǎng)福州供電公司，福建 福州 350000）

電力企業(yè)的發(fā)展與人們的生活息息相關(guān)，隨著技術(shù)的變革和應(yīng)用，能夠提升服務(wù)的質(zhì)量，不斷滿足人們的需求。高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分，危險(xiǎn)性高，加強(qiáng)在線監(jiān)控勢在必行，能夠提高監(jiān)控質(zhì)量，保證電力運(yùn)行安全。本文將從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在高壓輸電線路中的應(yīng)用出發(fā)，分析應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)，提高監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行水平，保證用電安全。

無線傳感器；網(wǎng)絡(luò)；高壓輸電線路；在線監(jiān)控系統(tǒng)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的精確采集，獲得的信息類型更加多樣化，實(shí)現(xiàn)了對區(qū)域的全方位監(jiān)控，優(yōu)勢明顯，在社會中得到了廣泛地應(yīng)用。我國的高壓輸電線路分布范圍廣，經(jīng)過的區(qū)域地形地貌相對復(fù)雜，容易對線路造成一定地?fù)p害。因此，選用合適的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸，是電力發(fā)展必須要解決的問題。

1.高壓輸電線路在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)架構(gòu)

無線傳感系統(tǒng)的應(yīng)用，主要包括以下幾個(gè)部分，由傳感器節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控站點(diǎn)和監(jiān)控中心構(gòu)成。在操作中，要嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行實(shí)施，將節(jié)點(diǎn)按照要求布置在各個(gè)回路導(dǎo)線上。這個(gè)過程中，傳感器節(jié)點(diǎn)主要是進(jìn)行輸電線路的各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集和傳輸，輸送到監(jiān)控子站，信息包括導(dǎo)線溫度、微氣象、絕緣子污穢度等數(shù)據(jù)，涉及到的監(jiān)控方面類型比較多樣，保證信息采集的多面性。監(jiān)控子站是監(jiān)控系統(tǒng)中的基本設(shè)施建設(shè)，一般情況下，安裝在傳感器節(jié)點(diǎn)附近。監(jiān)控子站將傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信息進(jìn)行匯集，形成無線多條的網(wǎng)絡(luò)，將分散的信息集中傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，由監(jiān)控中心集中進(jìn)行處理。

在實(shí)際上操作中，監(jiān)控子站和傳感器節(jié)點(diǎn)形成局域網(wǎng)絡(luò)，主要采用了ZigBee技術(shù)，性價(jià)比較高，綜合效益相對較好。在應(yīng)用時(shí)，能夠滿足多種類型數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰瑫r(shí)提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)量和效率。相對而言，子站的傳輸速率較高，處理能力相對較強(qiáng)，能夠?yàn)檫h(yuǎn)距離的傳輸提供硬件條件。寬帶傳輸速率符合技術(shù)要求，傳輸速度快，應(yīng)用水平高。本文采用的系統(tǒng)架構(gòu)類型如圖1所示：

1.2傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的基本組成單位。傳感器節(jié)點(diǎn)包括的模塊類型較多，主要有電源模塊、無線通信模塊等。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，要按照實(shí)際監(jiān)控的需求進(jìn)行傳感器的選擇，例如溫度、濕度傳感器，泄露電流傳感器等，保證數(shù)據(jù)采集的結(jié)果和要求相吻合。在操作中，監(jiān)控子站發(fā)出采集命令傳輸至傳感器節(jié)點(diǎn)，選擇合適的傳感器進(jìn)行工作，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和傳輸。

1.3監(jiān)控子站的設(shè)計(jì)

監(jiān)控子站的設(shè)計(jì)中，可以采用可持續(xù)能源進(jìn)行供電，減少電能資源的消耗量，維持持續(xù)正常的供電。在監(jiān)控子站中，包括多種模塊，可以在應(yīng)用中選擇低耗能的芯片，保證工作質(zhì)量，減少能量消耗。

1.4監(jiān)控中心的設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心執(zhí)行的工作量多，提供的服務(wù)類型比較多樣。當(dāng)監(jiān)控子站將數(shù)據(jù)信息傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心要做好數(shù)據(jù)的儲存和處理。工作人員可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析，了解高壓輸電線路的實(shí)時(shí)情況，制定有針對地措施進(jìn)行防范。同時(shí)對于已經(jīng)儲存的信息，可以進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的建立，為后期工作提供依據(jù)，同時(shí)也可以為其他部門的工作提供幫助。

2.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高壓輸電線路在線監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1硬件設(shè)施應(yīng)用

在硬件設(shè)施方面，要跟上技術(shù)發(fā)展的步伐，將先進(jìn)的設(shè)施、構(gòu)件引入系統(tǒng)的建設(shè)中。這個(gè)過程中，可以采用CC2530芯片，內(nèi)部核心應(yīng)用的8051的微處理器，憑借自身所攜帶的射頻收發(fā)器可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連接、數(shù)據(jù)的傳輸。該芯片體積小，占用空間不多，數(shù)據(jù)輸出速度高、靈敏度和實(shí)際的抗干擾性都比較強(qiáng)，應(yīng)用效果比較理想。同時(shí)可以采用DHT21傳感器。該設(shè)備是復(fù)合型傳感器，主要涉及溫度和濕度兩個(gè)方面，總體的應(yīng)用效果比較理想，綜合效益較高，簡化了工作流程，系統(tǒng)運(yùn)行省時(shí)省力。為了硬件設(shè)施的優(yōu)化，可以采用加速度的傳感器，應(yīng)用比較先進(jìn)的芯片，檢測的方面有所差異，主要進(jìn)行物體運(yùn)動(dòng)方向和角度數(shù)據(jù)信息的采集，這個(gè)過程中，監(jiān)控中心對該數(shù)據(jù)的獲取，源于信號電壓值的突然改變，通過信號的轉(zhuǎn)換，可以清楚得了解線路正常運(yùn)行中發(fā)生的改變，提前進(jìn)行分析和預(yù)防。

2.2軟件系統(tǒng)應(yīng)用

在系統(tǒng)運(yùn)行中，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)工作流程的設(shè)置，便于工作正常有序地開展。在監(jiān)控子站的工作中，首先可以進(jìn)行系統(tǒng)的開啟，對CC2530芯片進(jìn)行初始化，進(jìn)行配置信息的讀取和低能耗模式，準(zhǔn)確讀入時(shí)間，如果到達(dá)規(guī)定的時(shí)間要求，可以通過無線通線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行采集信息的發(fā)送。再者到達(dá)規(guī)定的數(shù)據(jù)采集時(shí)間，需要與傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)工作，將采集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的儲存和獲取。運(yùn)行中，對于時(shí)間的讀取，要按照一定的間隔進(jìn)行。同時(shí)無線通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，在一定程度上增加了能耗，在設(shè)計(jì)中，可以設(shè)置程序控制，系統(tǒng)自行進(jìn)行開關(guān)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。

3.系統(tǒng)連接質(zhì)量測試

在進(jìn)行應(yīng)用的過程中，需要對影響系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的影響要素進(jìn)行深入地分析，這個(gè)過程中可以采用質(zhì)量測試的方法，對傳感器節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控子站進(jìn)行試驗(yàn)。在進(jìn)行性能檢測的過程中，要做好前期的準(zhǔn)備工作，提高監(jiān)測的效率。數(shù)據(jù)包的應(yīng)用，可以有20節(jié)點(diǎn)的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)成，在實(shí)踐中要發(fā)送210個(gè)數(shù)據(jù)包，需要在不同的環(huán)境中進(jìn)行檢測，例如比較空曠的環(huán)境、電磁干擾比較嚴(yán)重的環(huán)境、傳輸中有阻擋物的環(huán)境等。在測試中，可以對不同測試環(huán)境下的監(jiān)控子站和傳感器節(jié)點(diǎn)之間的距離進(jìn)行改變，對傳輸質(zhì)量進(jìn)行檢測，對相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面細(xì)致的記錄，然后進(jìn)行數(shù)值的讀取。

這個(gè)過程中，可以進(jìn)行無線信道模型的應(yīng)用。該檢測模型范圍廣，能夠很好地反映信號強(qiáng)度和通信距離之間的關(guān)系。在實(shí)際檢測中，可以加強(qiáng)該方法的應(yīng)用，通過相應(yīng)的公式進(jìn)行信號強(qiáng)度的計(jì)算。通過實(shí)際的檢測，可以發(fā)現(xiàn)型號的強(qiáng)弱與設(shè)備所處的環(huán)境有關(guān)，在比較空曠的場所，遮擋物較少，信息傳輸質(zhì)量比較好，而且隨著距離的增加，信息減弱的速度比較慢，可以支持遠(yuǎn)距離的傳輸，實(shí)現(xiàn)有效地傳輸。在干擾比較嚴(yán)重的環(huán)境中，信號質(zhì)量受到的影響比較嚴(yán)重，信號衰弱的速度加快，影響了遠(yuǎn)距離通信質(zhì)量。如果前方遮擋物比較多，信號衰弱的速度將會繼續(xù)增加，從而影響了正常的系統(tǒng)運(yùn)行。

在實(shí)際檢測的過程重，發(fā)現(xiàn)模型的應(yīng)用和具體的測量數(shù)值比較符合，該模型可操作性比較強(qiáng)，可以在實(shí)際測量中加強(qiáng)該模型的使用廣度和深度。另一方面，信號強(qiáng)度的降低與環(huán)境具有很強(qiáng)的相關(guān)性。需要在線路鋪設(shè)中，采用合理的措施，對環(huán)境問題進(jìn)行合理地規(guī)避，盡量在比較空曠的區(qū)域進(jìn)行設(shè)備的建設(shè)，遠(yuǎn)離電磁干擾比較嚴(yán)重、阻擋物比較多的區(qū)域，保證系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量。

4.通信質(zhì)量的測試

通信質(zhì)量的水平，是由信號強(qiáng)度決定的，可以通過PRR數(shù)值來進(jìn)行表示。如果數(shù)值較高，通信質(zhì)量相對較好。該數(shù)值并不能實(shí)時(shí)獲取，需要參考其他數(shù)據(jù)。但在實(shí)際的測驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)該數(shù)值與通信距離是密切相關(guān)的。當(dāng)通信距離越長，該數(shù)值將會逐漸下降，表示著通信質(zhì)量也在快速下降。

結(jié)語

社會在發(fā)展，技術(shù)在進(jìn)步，人們的生活水平不斷提高，對相關(guān)設(shè)施的要求也在不斷地改變。高壓線路鋪設(shè)是常見的公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，受外界影響程度較深。在實(shí)際操作中，要采用先進(jìn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)行在線監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的質(zhì)量，對高壓線路出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)地改善，減少安全事故的發(fā)生機(jī)率。

［1］趙增華，石高濤，韓雙立，等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高壓輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（19）：80-84.

［2］原殊皓，姚俊.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高壓輸電線在線監(jiān)測系統(tǒng)研究［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2014（19）：133-133.

［3］黃亦磊，郁煒，葉國聰，等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)研究［J］.時(shí)代農(nóng)機(jī)，2015（3）：51-51，53.

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