OPGW光缆通信在输电线路在线监测信息传输上的应用初探

朱亦振

（金华电业局，浙江 金华 321000）

0 引言

2008年，我国南方地区出现持续大范围的低温雨雪冰冻天气，导致输电线路发生倒塔、断线、覆冰闪络和脱冰跳跃等多种事故，对电网造成了严重的破坏。为此对输电线路覆冰情况加以有效的监测，成为电网运行部门较为关注的问题。

高压输电线路常常架设在人迹罕至、交通不便的山区，地理环境、气候条件恶劣，人工巡视难度大。发生冰灾时，主要是通过人员现场巡视来了解线路的覆冰情况。由于线路分布较广，对一些覆冰严重区域的巡视往往不能做到及时有效，且很难进行连续观测。覆冰在线监测系统作为500 kV双龙变直流融冰系统工程的重要组成部分，通过采集导线温度、倾角、绝缘子拉力等状态数据，气象数据以及现场图像，实现对高压线路及环境的全天候监测，弥补了人工巡视的不足，及时提供融冰信息，可有效预防冰害事故[1]。

根据金华地区2008年的冰灾经验，在雨雪冰冻天气下输电线路高山峻岭段覆冰最严重，容易发生倒塔断线事故。因此，覆冰在线监测系统需要重点对这类地区进行监测。但是此类区域的地理环境恶劣、通信条件差，如何保证有效的通信成为系统开发的一个关键。

1 通信方式的选择

1.1 无线通信模式

目前输电线路在线监测可用的无线通讯模式主要有：无线接力射频（RF）传输信息、全球移动通信系统（GSM）短消息通信；RF与GSM混合传输；通用分组无线服务技术（GPRS）以及GPRS与GSM相结合的通信方式[2]。

浙江省应用较广泛的是GPRS模式。该模式传送监控数据技术成熟、功耗低、网络覆盖相对较广、成本相对低廉。覆冰监控终端可安装在负控抄表专用的移动GPRS手机卡中，在信息内网与融冰监控系统之间进行信息传输与交换。

但GPRS的实际传输速率为20～30 kbps左右，传输速率较低，并不适用于图片、视频等大数据量的传输。另外现有GPRS信号常常会受到地理条件的限制，在许多高山峻岭之中信号时有时无，有的地方根本无法接收。

1.2 光缆通信模式

OPGW光缆作为传送光信号的介质，可以传送音频、视频、数据和各种控制信号，组建多路宽带通信网。目前大部分500 kV线路上都架有OPGW光缆，其光纤芯数一般在24芯以上，除去保护、自动化、通信等通道外，光纤芯数往往都有富余[3]。利用光缆通信模式是指在架有OPGW光缆的线路上选择有光纤接头盒的杆塔作为信号接入点，附近杆塔上的数据通过RF传输到接入点，通过电光转换装置转换成为光纤信号，传输到电力公司的内网。这种光纤与RF组合的方式，可获得了高达50 Mb/s的传输速率。但该方式功耗较大，一般在50 W以上。

覆冰在线监测系统监测点的杆塔多处高山峻岭之中，环境恶劣。考虑到信息传输的可靠性和视频传输的需要，最终采用了OPGW光缆与RF结合的方式作为覆冰在线监测系统的通信方式。考虑到在极端低温覆冰的情况下，线路OPGW光缆可能出现断线事故，在线监测设备上同时配置了GPRS模式，作为当OPGW光缆不可用时的备用传输方式。

2 实际应用

目前输电线路上的OPGW光缆一般每2 km左右会有1个接头盒，为了能最大限度地降低对现有通信系统的影响，更安全、更方便地将监测系统接入到OPGW光缆中，在需要监测的区域选择有光纤接头盒的铁塔作为覆冰监测系统两档三塔模型中的主塔，安装主要的信息采集设备，利用光纤跳纤在光纤接头盒处与OPGW光缆进行直接熔接。

相邻两基铁塔作为辅塔，安装辅助设备。辅塔离主塔距离一般500 m左右，采用RF技术在距离上完全能够满足要求。为保证数据的安全，对相邻铁塔收集的数据进行强加密后再传至主塔，集中转换成光信号通过光纤传输到后台。OPGW光缆通道与无线通信的组成如图1所示。

图1 通信网络框架图

光纤结合无线通信的方式解决了线路上的信号传输问题，并且交换机链路两侧可分别与其他线路网络连接，必要时可以星形扩展至数条输电线路。此次，利用了一条线路上的1个光纤接入点，实现了对相邻2条线路上的2个监测点同时接入。

为了解决光纤通信能耗大，供电困难的问题，对目前市场上各类蓄电池的性能进行了调研。经过多次试验和比较，最终采用磷酸铁锂电池作为储能和供能电源。该类电池目前已在电动汽车领域应用，具有能量高、耐低温、自放电率低、充放电寿命长等特点。同时采用大面积的太阳能板作为蓄电池的充电能源。光纤接入设备和太阳能板均安装在铁塔的下平台，其支架均根据铁塔塔型由电力设计院专门设计，保证了设备在铁塔上的安全稳定。

电源控制系统采用自主研发的双通道控制系统，具备远程控制与自身定时开关2种供电模式，确保设备在用时电源不中断、闲置时电源可休眠。现场设备安装完成后经过10多天连续阴雨、低温天气的运行考验，剩余能量充足。该电源供应系统在连续阴雨天气下，最多能够保证20天的能量供应，基本解决了系统在野外恶劣环境下能量供应的难题。

3 功能特点

3.1 具备实时视频监控功能

利用OPGW光缆实现了实时视频的传输，在后台可以看到清晰实时的动态画面。视频传输最大的好处是能够对现场的摄像头进行远程操作，采用高性能一体化网络球形摄像机能够实现快速、连续旋转镜头，变倍聚焦和设置预置点等功能，在办公室里就能对现场的画面进行很好地控制，实时观测远方线路导线、铁塔、绝缘子等覆冰状况，收集直观可靠的线路信息，对导线覆冰进行定性观测和分析，视频界面见图2。

图2 视频画面

3.2 数据传输快速、可靠、安全

利用OPGW光缆通信能缩短数据获取响应时间，如进行直流融冰时，将前端设备收集的信息快速传回后台，便于实时地指导整个融冰进程，对研究不同覆冰厚度时的融冰电流值，避免因导线温度超过极限引起塑性变形和强度损失等具有重要意义[4]。

OPGW光缆作为架空线路的一部分，运行维护工作由输电与通信2个专业共同承担，设备可靠性较高。利用光纤结合无线通信的传输方式误码率低、可靠性高，避免了因欠费而停用的问题。

现有的OPGW光缆通信网络为电力系统内部网络，与外网隔离。数据不需要经过外单位转发，安全性高。监测系统中辅塔与主塔之间的无线通信网络使用高级加密标准（AES）进行加密，充分保证了无线通信的安全。

3.3 兼具导线舞动监测功能

融冰时的线路导线舞动是由于冰和风联合作用产生的，形成舞动的影响因素非常复杂，包括线路走向、地形与地势、气象条件、线路结构参数等，而且各种因素又相互影响。导线在直流融冰过程中，由于不同时脱冰，会产生一定的冲击荷载，冲击荷载的大小跟导地线覆冰的厚度、档距大小、覆冰的均匀性、脱冰的均匀性等多方面的因素相关，且都具有很大的随机性。如果脱冰时冲击荷载较大，且此时风速风向达到了舞动的激发条件，就可能产生导线舞动。利用在线监测系统能够实时获取绝缘子拉力倾角等数据以及现场导线画面，对舞动进行有效监测。

4 结语

500 kV双龙变覆冰在线监测系统利用OPGW光缆进行输电线路监测信息的传输，能够快速收集线路状态信息，实时观察现场画面，在导线覆冰、融冰、脱冰的过程中进行有效监测，减少了线路运行人员的工作量。但由于OPGW光缆承载了输电线路保护、通信等重要信息，存在停役困难，不宜在多点开口接入等因素，使得该通信方式在实际应用中有一定的局限性。

[1]龙立宏，胡毅，李景禄，等．输电线路冰害事故统计分析及防治措施研究[J]．电力设备，2006，7（12）:26-28.

[2]龚志勇．超高压输电铁塔运行监测分析平台研究[J]．电力信息化，2006，4（12）:57-59.

[3]商威，陈清美.OPGW应用问题的探讨．电力系统通信[J].2003，24（5）:16-21.

[4]于钦刚，郭志广.覆冰输电线路运行监测及预警系统的研究[C].自然灾害对电力设施的影响与应对研讨会，2008.

[5]王少华，蒋兴良，孙才新.输电线路导线舞动的国内外研究现状[J].高电压技术.2005，31（10）:11-14.