輸電線路狀態監測遠程可視監控系統設計

郭步陽，盧啟碩

（國網淮南市潘集區供電公司，安徽淮南 232082）

0 引言

近年來大氣環境的演變，各種極端天氣交替出現，架空輸電線路絕緣子污閃、導線舞動、覆蓋冰雪等情況出現愈加頻繁。檢修是為了保障電力設備安全運行，影響著設備的利用率、事故率、人力、財力、物力的消耗程度，關系到電力企業的效益等問題[1]。介紹輸電線路在線監測遠程可視監控系統的設計，可以使管理人員知曉現場情況，預防事故的發生。

1 研究內容簡介

研究的主要內容為輸電線路在線監測遠程可視監控系統的設計，該設計通過使用高性能的攝像機進行圖像采集，并通過數字圖像壓縮技術對采集的圖像數據進行壓縮處理，再通過低功耗技術、GPRS/CDMA 無線通信技術將現場圖像數據傳輸到監控中心，在線監測的總體框圖如圖1 所示。

圖1 在線監測的總體框圖

2 輸電線路狀態監測遠程可視監控系統的關鍵技術

2.1 MSP430 微控制器

遠程監控系統中嵌入式微處理器可以采用TI（德州儀器）的16 位高性能處理器MSP430F14。微控制器還有I/O 的功能，通過連接的傳感器輸入信號，便可發出報警信號，以及對外的輸出控制[（2]圖2）。

圖2 基于MSP430 的無線監控終端基本結構

2.2 圖像采集

2.2.1 圖像傳感器

CCD 傳感器與CMOS 傳感器之間的差距不斷縮小，這兩種傳感器不僅有較高的靈敏度和分辨率，并且有著低成本以及低功耗的優點[3]。

2.2.2 圖像壓縮技術

MPEG-4 采用現代圖像編碼方法，以人的視覺特性捕捉圖像信息數據傳輸的核心，從物體的輪廓及紋理出發，支持交互功能[4]。

2.3 無線數據通信網絡

通信網絡設計是在線監測分機非常重要的部分，直接關系到采集終端的調試、功能和通用性[5]。通過GSM/GPRS 網絡可實現野外輸電線路的遠距離數據傳輸。

2.4 遠程傳輸協議

采集的視頻頻數據經壓縮處理后，一般需要通過GPRS/CDMA 網絡傳送到遠程終端或控制中心，目前主要采用的是TCP 和UDP 兩種協議。

2.5 在線監測分機的電源

考錄到在線監測分機工作環境特殊，電源采用太陽能電池板。

（1）太陽能板功率估算[6]。設負載的平均功率為PL，電池板光照時間內的平均功率為Wt，光照發電時間為Th，電池的效率為ηh，則該電池的平均功率Wt計算由式（1）、（2）決定：

（2）蓄電池容量計算。設標稱電壓為UB，與負載電壓UL相同，容量為P（AAh），綜合效率為ηB，陰雨天最長時間為N，則蓄電池的容量計算由下式決定：

（3）實例分析。設某設備的供電要求為：在24 h 內，供電電壓為12 V，負載的平均功率PL為0.45 W。無日照時間做多為一周，有效日照時間Th為5 h，效率為60%，則電池板和蓄電池容量的選擇如下：

太陽能電池的選擇：選12 V 的太陽能電池組件，功率Wt為：

實際可選12 V 組件5～10 W 的太陽能電池板。

蓄電池的容量選擇：蓄電池的標準電壓UB應選為12 V。取蓄電池的效率ηB為80%，則蓄電池的容量PA為：

實際可選12 V 組件12 Ah 的固體蓄電池。

3 輸電線路狀態監測遠程可視監控系統整體設計

3.1 現場監測分機的硬件結構設計

安裝在電塔上的監測分機由太陽能蓄電池、高速一體化CCD 攝像機、編碼壓縮模塊、云臺、溫濕度、空氣流速等氣象傳感器等部分組成。具體的監測分機設計原理如圖3 所示。

圖3 監控分機原理

3.2 通信模塊設計

設計的現場監測分機，其通信部分為基于ARM 和MC55 的串口透明數據傳輸模塊。GPRS 模塊和ARM 芯片LPC2131 之間的數據通信主要通過端口TXD0 與TXD1 之間，RXD0 與RXD1之間的數據傳輸來完成[7]。

3.3 供電電源模塊設計

為監測分機的供電電源原理如圖4 所示。

圖4 在線監測分機的供電電源原理

3.4 傳感器選擇與設計

（1）集成溫濕度傳感器。傳感器采用的是SHT11/SHT71 系列，該傳感器將溫度感測以及濕度感測等功能都集成到一個芯片中，且有很高的精度和可靠性。

（2）風速和風向傳感器的選擇。風速傳感器采用芬蘭Vaisala WAA15 風速儀，是低門檻值（0.4 m/s）、測量的范圍為0～75 m/s的3 杯式光電風速傳感器。

（2）風向傳感器。采用8 風向傳感器，其輸出具有8 個格雷編碼，能夠測出東、西、南、北、東南、西南、西北、東北8 個方向的風向。

4 專家軟件的功能概述

輸電線路在線監測遠程可視監控系統的監控中心，即系統的管理終端是系統的核心。該系統管理終端應具有命令發送、圖像接受和系統管理的功能。以系統專家軟件為例，它可以對采集的信息進行查詢比較，以便于了解設備周圍環境狀況，從而預防事故的發生。系統監視界面如圖5 所示，檢修人員在中心軟件系統便可以查看所有地區的輸電線路的圖像資料，再結合周圍氣象環境得出是否需要去現場巡視。

圖5 監控界面

5 結束語

輸電線路在線遠程可視監控系統實現了對輸電線路周圍氣象環境的全天候監測，通過分析設備所采集的各種信息，工作人員便可以推斷出是否需要派人去現場巡視。該系統不僅可以減少工作人員的巡視次數，并且由于可以實時檢測線路運行情況，還提高了輸電線路運行的安全性。