提高输电线路系统可靠性的监测控制装置

2014-01-01郎庆凯郭志广

通信电源技术 2014年6期

郎庆凯，王睿，郭志广，赵爽

（北京国网富达科技发展有限责任公司，北京100070）

电力设备的可靠性及运行状况直接决定整个供电系统的稳定和安全。随着电网建设的加速，电力企业需要时时刻刻对线路进行检修，传统的巡检手段和方法已经不能满足日新月异变化的智能电网建设，采用智能化、网络化、现代化的技术手段——输电线路智能监测系统已经成为发展趋势。而输电线路智能监测系统在高低温环境下容易出现装置死机、传感器通讯中断或传感器数据异常；在电磁兼容环境下容易出现终端死机无法自恢复的现象；连续阴天容易引起电池电量不足，导致系统断电，这些问题严重影响了系统的可靠性及其应用。输电线路智能监测系统应用的环境比较恶劣，安装在室外的高压塔上，如系统出现故障，运行维护极不方便，维护成本很高，因此，更需保证输电线路智能监测系统的可靠性。文中设计了一种监测控制装置，大大提高了输电线路智能监测系统的可靠性。

1 监测控制装置的组成

监测控制装置组成框图如图1。

1．1 CPU系统

CPU系统主要负责与周边设备的通讯及对一些外设进行控制，如与3G模块的通讯，ZigBee模块的通讯，232串口的通讯，另外还对功率控制开关等进行控制操作。

1．2 3G通信

3G通信主要负责监测控制装置与上位机的通信，上传输电线路智能监测系统相关的状态信息给上位机，同时还下达一些上位机的指令给监测系统。

1．3 ZigBee通信

ZigBee通信负责监测控制装置与输电线路智能监测系统的短距离无线通信，可以将输电线路智能监测系统的相关状态信息上传给监测控制装置，监测控制装置也根据输电线路智能监测系统的运行情况，进行一些有效的控制。

1．4 串口通讯

串口通信的功能同ZigBee通信类似，只是串口通讯是一种有线方式，和ZigBee通信共同构成一种冗余控制通讯方式，提高系统可靠性。

图1 监测控制装置组成框图

1．5 功率控制开关

功率控制开关可以是功率继电器或功率MOS管。CPU系统根据采集到的指令，对功率控制开关进行控制，使输电线路智能监测系统能够有效断电重启。

2 监测控制装置的主要功能

2．1 串口通讯功能

（1）监测控制装置通过串口监视输电线路智能监测系统的内存使用情况，当内存使用超过告警值，就按优先级高低关闭一些低优先级的进程，如日志输出进程，直到内存使用低于告警值；当内存使用较低时，按优先级恢复之前被关闭的进程。这样，高优先级进程优先且能够使用到足够的内存，保证了系统的稳定性。

（2）监测控制装置通过串口监视输电线路智能监测系统的进程状态，保证关键进程一直运行和关键资源得以分配。如果关键进程没启动或关键资源没得以分配，则重启系统。重启系统的方式是使功率控制开关动作，可保证重启系统的可靠性。

（3）监测控制装置通过串口监视输电线路智能监测系统的电源状态信息，这些信息不限于电压、电流、电量等，实现对电源状态的监控。根据电源状态实现对电源分级管理，当电压过低、电量不足时分级关闭一些负载，例如，电压低于11．4 V，关闭受控设备的图像负载，当电压低于11．2 V，关闭受控设备的气象负载等。当充电开启，电压恢复后，依次打开被关闭的负载，以提高系统的供电电源应变能力和系统可靠性。

2．2 ZigBee通信功能

监测控制装置通过ZigBee通信模块监视输电线路智能监测系统的内存使用情况、进程状态、电源状态信息，根据这些状态进行有效控制。ZigBee同串口通讯功能一样，属于冗余设计，在串口功能出现故障时保证通信不受影响，增强系统的可靠性。

2．3 CPU系统控制功能

（1）为保证监测控制装置能有效监测输电线路智能监测系统正常运行，输电线路智能监测系统CPU每隔一段时间给监测控制装置CPU通过串口发送一些数据，监测控制装置CPU收到这些数据后判断是否正确。如正确，表明输电线路智能监测系统无故障；如错误，表明输电线路智能监测系统故障。为了防止错报故障，设置一个故障时间t。在故障时间t时间内，监测控制装置收到的数据都错误，则监测控制装置会使功率控制开关动作，导致输电线路智能监测系统断电重启。故障时间t可以根据生产和客户现场需求设置，有利于生产调试和提高系统可靠性。

（2）为了防止串口故障导致输电线路智能监测系统CPU误报警，CPU系统控制中增加了ZigBee通信，进行冗余设计。监测装置的ZigBee通信原理与串口类似，接收受控装置固定周期传输的脉冲信号，t时间内未收到任何来自受控装置的信号则认为异常。如果串口和ZigBee通信在故障时间t内都报错误，监测控制装置才会使功率控制开关动作，触发受控设备断电重启；串口或ZigBee通信任何一个接收信号正常，不会触发功率控制开关动作，输电线路智能监测系统正常运行。

（3）监测控制装置触发输电线路智能监测系统断电重启正常后，通过串口发送记录数据给输电线路智能监测系统，以便输电线路智能监测系统记录此次重启的原因，有利于分析输电线路智能监测系统的重启故障原因。

（4）监测控制装置中的功率控制开关可以选择继电器。为保证继电器正常工作，通过监测控制装置CPU的IO口监测继电器的常开触点，若继电器未正常动作，再重复给予继电器控制信号，保证继电器可靠工作。

（5）输电线路智能监测系统的电源输入正接在继电器的常闭触点，当监测控制装置出现故障时，输电线路智能监测系统不受其影响会正常工作。关闭继电器电源时，继电器线圈内依然有能量，为避免断电对系统造成影响，线圈供电电源的两端加上二极管D1，关断时，线圈能量会迅速释放，参见图2。

图2 线圈供电电源的两端加二极管

2．4 3G无线通信功能

监测控制装置具有3G无线通信功能，用于与上位机的无线通信，可定时上传系统状态给上位机服务器。这些状态包括系统功耗、各外设和内部器件的供电状态、系统内存整体使用情况和各进程的内存使用情况、CPU负载率和各个进程的CPU负载率、所监视的关键进程运行状态和关键资源的分配状态。监测控制装置也可接受上位机服务器的查询，可接受上位机服务器的配置设置，如设置功耗限值、内存使用限值、上传监控状态的周期等。