基于分布式結(jié)構(gòu)輸電線路防外力破壞檢測與預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

李國鵬，季鵬程，陳 怡，徐宏福，李志彬

（滄州供電公司 河北 滄州610041）

基于分布式結(jié)構(gòu)輸電線路防外力破壞檢測與預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

李國鵬，季鵬程，陳 怡，徐宏福，李志彬

（滄州供電公司 河北 滄州610041）

在實際的生活生產(chǎn)中會有許多事件對電力系統(tǒng)的正常運作產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的情況可能會導(dǎo)致大面積電網(wǎng)的供電中斷。針對上述問題，文中提出了一種新的電力傳輸線路監(jiān)控系統(tǒng)，它是基于分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計的，利用電網(wǎng)系統(tǒng)中的桿塔作為載體，在桿塔上搭載檢測設(shè)備，實現(xiàn)對線路實際運行情況的監(jiān)測，檢測和預(yù)警系統(tǒng)包括子站和模塊供電單元。后期隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大，可以根據(jù)實際情況利用已有的軟硬件平臺對需要檢測和預(yù)警的范圍進行擴展。本文設(shè)計的系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場長期測試，驗證了該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，可以為輸電線路的安全運行提供可靠的預(yù)警機制。

分布式結(jié)構(gòu)；防外力；輸電線路；監(jiān)測系統(tǒng)

經(jīng)濟的迅速發(fā)展和城市基礎(chǔ)設(shè)施運行的高穩(wěn)定性對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠性提出了很高要求[1]。電力系統(tǒng)規(guī)模的擴展和可靠運行成為社會穩(wěn)定的基礎(chǔ)，規(guī)模的擴大和人們對電力系統(tǒng)安全維護知識的匱乏使之帶來許多現(xiàn)實問題，比如違法使用超功率設(shè)備，對架設(shè)輸電線路的塔桿進行違法使用，這些舉動都會對輸電線路的正常運行產(chǎn)生嚴(yán)重影響，容易導(dǎo)致輸電線路短路和停電等事故，這些不可預(yù)知的事情我們通稱為外力破壞，這些事件呈上升趨勢，對供電管理部門和供電企業(yè)來說，會導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失和管理困難，最嚴(yán)重的是會對電網(wǎng)的安全運行和人民生命財產(chǎn)形成威脅，這種情況不利于經(jīng)濟和社會的發(fā)展[2-3]。對于這個問題，目前采取的常用管理模式是設(shè)置專業(yè)的工作人員對整個電網(wǎng)分片進行巡視，利用安全警告標(biāo)示和隱患通知書對傳輸線路進行維護。這種方式在一定程度上會對線路的正常運行起到保護作用，但是這種途徑存在工作周期長和勞動強度大的特點，對于故障線路不能夠及時發(fā)現(xiàn)隱患等弊端，而且在環(huán)境相對惡劣的地方，工作人員無法長期工作，對于目前巨大的電網(wǎng)規(guī)模而言，這種方法不能滿足實際情況的要求。針對上述問題，文中提出了一種能夠?qū)崟r地對傳輸線路架設(shè)設(shè)備是否遭受外力破壞和傳輸線路本身是否正常運行的預(yù)警和監(jiān)控設(shè)備。該系統(tǒng)為視頻檢測系統(tǒng)，主要用于防盜來保證傳輸線路正常運行，實時監(jiān)測架設(shè)設(shè)備是否受外力破壞。該系統(tǒng)是基于分布式結(jié)構(gòu)模式設(shè)計的在線監(jiān)測系統(tǒng)，鑒于系統(tǒng)的模塊化組成，我們可以根據(jù)不同的現(xiàn)場需求對監(jiān)測模塊進行組合，來提高輸電線路運行的可靠性和實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化[4-5]。我們利用設(shè)計的檢測系統(tǒng)可以實現(xiàn)對輸電線路狀況的集中管理，同時獲取線路自身運行及周邊環(huán)境狀態(tài)，為線路的運行維護和應(yīng)急防災(zāi)等預(yù)警提供動態(tài)信息，為智能電網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)[7]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

文中設(shè)計的監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的目的是為了實現(xiàn)對電網(wǎng)運行狀態(tài)的在線監(jiān)測和預(yù)警，在此基礎(chǔ)上為工作人員提供數(shù)據(jù)分析和針對特殊情況的決策方案的軟硬件模塊組合。該檢測系統(tǒng)由主控制系統(tǒng)和前端的數(shù)據(jù)釆集單元組成。如圖1所示即為數(shù)據(jù)采集單元，該單元由通訊模塊、電源子模塊、終端子系統(tǒng)三部分組成。監(jiān)測終端子系統(tǒng)的功能主要是對線路是否正常運行提供檢測，主要是對輸電線路進行智能視頻監(jiān)控，有效阻止各類線路外力破壞事故的發(fā)生。各個模塊通過安裝在塔桿上的監(jiān)控設(shè)備利用無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與主站之間進行通信，系統(tǒng)運行框圖如圖1所示。分布式結(jié)構(gòu)是本系統(tǒng)設(shè)計的創(chuàng)新點所在，利用塔桿上的監(jiān)控設(shè)備具有的易可擴展性和塔桿數(shù)量隨電網(wǎng)變化的任意性，可以實現(xiàn)對任意電網(wǎng)中傳輸線路的運行狀況的檢測。隨著對傳輸線更多數(shù)據(jù)檢測的要求，檢測設(shè)備的功能可能會較復(fù)雜，我們需要在已有集成的模塊中對新增加部分進行軟件參數(shù)的設(shè)置即可，新的功能與原有功能相互兼容與補充，使得系統(tǒng)的功能更加完善，使得檢測設(shè)備能夠盡可能多的利用原有的硬件資源，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。

圖1 前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

2 主站系統(tǒng)設(shè)計

實時性強、經(jīng)濟效益高和使用便捷是本文設(shè)計的主站單元應(yīng)的原則，同時在應(yīng)用性能方面要求該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)的開放性，系統(tǒng)易維護性，設(shè)置的節(jié)點數(shù)目數(shù)量不受限制以及和后期高版本設(shè)備的軟件相兼容等方面的要求，而且要求支持對該系統(tǒng)的方便操作開發(fā)的對其他應(yīng)用程序的兼容。系統(tǒng)平臺在設(shè)計過程中充分考慮了對硬件平臺的充分利用，要求在硬件平臺不作出大的調(diào)整的情況下充分發(fā)揮軟件的特性，當(dāng)然在軟件無法解決的情況下可以對硬件進行升級，主要目的還是要充分發(fā)揮硬件的使用價值，使得整個系統(tǒng)的應(yīng)用價值發(fā)揮到最大。主站系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)客戶端與數(shù)據(jù)采集模塊的高效鏈接，使得工作人員可以通過客戶端直接利用主站系統(tǒng)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集模塊的控制。主站系統(tǒng)主要由各種服務(wù)器構(gòu)成，包括中心管理服務(wù)器、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器和存儲服務(wù)器3大部分，負(fù)責(zé)對事件的調(diào)度和管理，實現(xiàn)對前端采集視頻流的存儲于轉(zhuǎn)發(fā)，方便客戶能夠直接通過主站了解到當(dāng)前輸電線路的運行狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集模塊的線上注冊使能由中心管理服務(wù)器負(fù)責(zé)，這也是她的核心業(yè)務(wù)，通過允許與否實現(xiàn)對前端系統(tǒng)的實時控制，它是本系統(tǒng)的通信中樞，負(fù)責(zé)對所有終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)模塊的定位。前端設(shè)備只有成為檢測系統(tǒng)中的在西安設(shè)備才可以被實時的監(jiān)測與控制，要想成為在線設(shè)備，需要在中心管理服務(wù)器上進行注冊。在文中設(shè)計的所有前端設(shè)備都必須成為在線設(shè)備，當(dāng)然也包括存儲服務(wù)器，都必須在中心管理服務(wù)器上注冊，這樣就可以通過中心管理服務(wù)器實現(xiàn)客戶端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通訊。通過客戶端視頻監(jiān)控的主要任務(wù)包括用戶管理、設(shè)備管理、日志管理和業(yè)務(wù)管理4個模塊。

數(shù)據(jù)圖像和報警信號的轉(zhuǎn)發(fā)在監(jiān)控系統(tǒng)中主要由轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器來完成，同時擁有對操作員登陸系統(tǒng)的認(rèn)證和管理的功能。當(dāng)少量用戶對數(shù)據(jù)圖像進行訪問時，通過前端設(shè)備可以保證觀察數(shù)據(jù)的實時性；但是當(dāng)某個觀測點一起被大量用戶同時訪問時，受到網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，會出現(xiàn)一定程度的網(wǎng)絡(luò)擁堵情況，這樣的情況對于觀測實時的數(shù)據(jù)圖像非常不利，針對這一難題我們在系統(tǒng)中引入轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器模塊，轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器可以針對大量用戶同時訪問的熱點數(shù)據(jù)進行合理的調(diào)度與管理，通過設(shè)置一定的緩存來對緩和網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象，提高了整個系統(tǒng)對傳輸線路的正常運行的觀測的實時性和可靠性[10-11]。

3 子站模塊設(shè)計

子站模塊是該系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵部分，它主要負(fù)責(zé)對實時運行狀況進行監(jiān)視并主站系統(tǒng)進行通信，實現(xiàn)主站對監(jiān)測模塊的控制。子站單元主要包括微控制器和通信模塊，通過對現(xiàn)場的實時運行狀況數(shù)據(jù)進行采集、轉(zhuǎn)換和存儲，獲得一手?jǐn)?shù)據(jù)源，是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動，然后通過通信單元完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。系統(tǒng)的主控單元是監(jiān)控終端的核心部分，它主要由微處理器及其外圍電路等硬件組成，微處理器選用帶有AT91RM9200芯片的主控板和帶有以太網(wǎng)接口的擴展板。具體電路設(shè)計如圖2所示。

4 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)是上述各個模塊的集成，主要負(fù)責(zé)對現(xiàn)場的實時狀況進行監(jiān)視和預(yù)警，然后通過通信系統(tǒng)把數(shù)據(jù)傳輸至主控系統(tǒng)，它與上述子模塊單元相互結(jié)合完成對現(xiàn)場狀況的監(jiān)視和預(yù)警，同時對于突發(fā)的狀況能夠及時提供參考意見，對于工作人員作出合理的決策提供寶貴信息。圖3所示為監(jiān)控系統(tǒng)的組成模塊與運行過程。

圖2 主控單元硬件原理圖

圖3 輸電線路監(jiān)控裝置結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)束語

文中通過對輸電線路在運行過程中的各種狀態(tài)進行分析，利用已有的防外力監(jiān)控平臺為基礎(chǔ)，設(shè)計了一款新型的輸電線路正常運作監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，文中討論了系統(tǒng)的工作原理和組成架構(gòu)，通過模塊化設(shè)計方式對系統(tǒng)進行設(shè)計，通過對各個模塊的功能進行分析，實現(xiàn)了模塊的軟硬件設(shè)計，通過對模塊的集成完成了系統(tǒng)的設(shè)計[16]。通過引入傳輸線路在運行過程中容易發(fā)生的掉閘事件對該系統(tǒng)進行測試，表明在安裝該系統(tǒng)后，由于外力導(dǎo)致的掉閘事故率有了明顯的下降，而且在短時間內(nèi)得到掉閘線路發(fā)生的位置并及時進行供電系統(tǒng)的恢復(fù)，減輕了經(jīng)濟損失，提高了電網(wǎng)運行的高效與可靠性，因此文中設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)基本達到了預(yù)期的目的，當(dāng)然，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，后期的許多功能還會被引入和不斷進行完善。

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Design of detection and warning system for transmission lines with external force damage based on the distributed structure

LI Guo-peng，JI Peng-cheng，CHEN Yi，XU Hong-fu，LI Zhi-bin
（Cangzhou Power Supply Company，Cangzhou 610041，China）

With the rapid development of China's comprehensive national strength，as one of the symbols of comprehensive national strength of the development of electric power system is becoming more and more demanding，especially for the system security and stability.But in the actual production of life there will be many events affect the normal operation of power system，serious condition can lead to large area power outage of power grid，this kind of situation will not only make the grid customers affected，even more crucial is also will increase the workload of the power supply department，influence the development of economy increase social instability.According to the above problem，this paper puts forward a new kind of power transmission line monitoring system，it is based on the distributed structure design，tower in the grid system is used as the carrier，in the tower on testing equipment，realize the actual running situation of line monitoring，detecting and early warning system including the stand and module power supply unit.Later with the expansion of power grid，we can make use of the existing software and hardware platform according to the actual situation on the need to expand the range of detection and warning.System design in this paper through field test for a long time，shows that this system has high stability and reliability，can provide the safe operation of transmission lines with reliable early warning mechanism.

the distributed structure；the external forces；transmission line；monitoring system

TN99

A

1674－6236（2016）24-0095-03

2015-12-21 稿件編號：201512212

李國鵬（1977—），男，河北滄州人。研究方向：電氣工程。