高压供电线路故障定位系统的无线传输网络设计

王兴林

摘 要

在对高压供电线路进行故障定位过程中，无线传输网络发挥着十分重要的作用。为了保障高压供电线路故障定位的可靠性，本文根据ZigBee无线传输技术，设计出高压供电线路故障定位系统的无线传输网络，让高压供电线路故障信号传输距离超过一千米，提高了信号传输的可靠性，也有效降低了成本。

【关键词】高压供电线路 无线传输网络 故障定位

在我国社会经济得到高速发展的同时，也增加了对电力资源的需求，致使电力系统的用电负荷大幅度增加。在这种形势下，电力系统中的很多供电线路出现满负荷甚至超负荷运转的情况，加上部分供电线路使用年限过久，线路老化十分严重，因此经常出现线路故障，给电力系统的正常运行以及用电安全带来了很大的隐患。为了提升高压供电线路供电的可靠想，保障线路故障能够及时得以修复，尽量减少各种安全隐患，笔者分析了高压供电线路的故障定位，选择适宜的无线信号传输方式，设计出稳定性高的无线传输网络系统，以此保障高压供电线路故障信号传输的可靠性。

1 无线传输网络的技术方案

在对高压供电线路的故障进行分段定位与检测过程中，目前常用的工具是故障指示器。但是常用的故障指示器不能自动发射与传输信号，在高压输电线路出现故障后，就需要工作人员沿线进行检查，这也增加了排查故障的时间以及检查的难度。为了对高压供电线路的故障进行快速排查，人们设计出线路故障定位系统，该系统运用信号检测的方法对高压供电线路的短路等故障进行检测，并通过GPRS网络通信的方式进行信号传输。其信号传输采用多点发射的方式，可以将每一个发射点看做一部正在工作的手机。在一条距离比较长的供电线路上，需要设置数目较多的发射点。但是这种无线传输方式需要用到通信网络，电力部门每年需要缴纳一大笔通信费给通信公司，因此运营成本很高，在长距离供电中并不适用。

除了网络通信外，常用的无线通信方式还有蓝牙、CDMA以及ZigBee等。蓝牙技术是通过手机与其他附件构成无线通信模块，其工作频率为2.4G赫兹，约有半径为十米的有效范围，只能进行短距离无线传输，在高压供电线路长距离故障信号传输中并不适用。CDMA技术为码分多址通信技术，它的利用率与频率较高，并且功能损耗小，但是只有在无线通讯运营商的支撑才能工作，运行成本偏高。ZigBee是一种新兴的无线通信技术，主要应用了扩频与跳频技术。将ZigBee与功率放大器等模块结合在一起，其信号传输距离可以达到数千米。

通过对几种无线通信技术的分析，本方案选择使用ZigBee无线通信技术，并使用适宜的功放模块组成无线功放传输模块。该模块中包括1个功率为2.4G赫兹的射频收发器与1个性能较高的微处理器。该模块的主要技术指标为：

（1）2.4G赫兹的工作频率；

（2）增强模式达到625K；

（3）信号传输距离超过1500米；

（4）功耗较低；

（5）数据传输率达到250Kbps；

（6）最多可支持的节点数超过65000个；

（7）PA模块的体积较小，可以外置天线。在该模块设置相关技术参数后可以自成体系，并逐渐升级故障信号，然后向个分站接力式传输，最后一级站点将接受的信号汇总后上传到上位机，之后在上位机进行分析处理，明确故障类型与位置。

通过ZigBee无线通信技术构建出高压供电线路的故障定位系统，这个系统包括无线接收器与ZigBee无线发射器，其中也有监控主机以及工控计算机等。在输电线路的每一个监测点上安装故障信号检测与发射装置，然后将故障信号通过逐级传输的方式传递到变电站，并通过有线传输给分站的工控计算机，最后由计算机对故障信息进行分析处理，并显示和打印结果。当输电线路中发生故障后，系统也可以进行报警，并及时显示出发生故障的位置与类型。

2 无线传输网络硬件的设计

2.1 设置无线传输网络的拓扑结构

无线传输网络拓扑结构的设置与网络的传输速度与性能密切相关。ZigBee无线通信网络的拓扑结构主要有星形、网状与链状三种。根据高压供电线路故障定位的实际情况，综合考虑无线传输网络信息传输的可靠性，选择使用网状拓扑结构。可以将1个协调器设置在该拓扑结构中，以此构建拓扑网络，并保障发送、接受数据的稳定性。

由于需要实时检测高压供电线路中的三相电路，因此可以在线路的每个传输点上设置3个无线装置，用于信号的发射与接收，即在每个选定的线路杆塔的三相线路中安装3个路由器。将这些路由器命名为路由器n1、n2等，n的取值范围在1至N之间，N为高压供电线路传输点的总数，具体根据线路的长度确定。

2.2 设计路由器节点电路

路由器节点电路中主要包括ZigBee模块和单片机。其中单片机的型号为ATmeaga16，为八位的CMOS微处理器，其内核中有32个通用寄存器以及多个指令集。ZigBee模块中含有功率放大器，信号传输距离在一千米以上，传输速率超过50KB，网络延时在2毫秒以下。该模块可以对数据进行广播式发送，不仅能够点对点进行数据传输，也可以在多点之间进行数据通信，使用简单方便。

2.3 设计协调电路

协调电路中主要包括ZigBee模块和信号转换芯片。其中ZigBee模块用于接收信息数据，并将接收的数据进行汇总后传输给工控计算机。在信息传输过程中，需要信号转换芯片在工控计算机与ZigBee模块的串口中进行电平转换，将接收的信号转换为计算机可以处理的信号，然后在计算机中进行分析处理，并在发现故障后及时显示故障的位置与类型。

3 结语

高压供电线路在我国社会经济发展中发挥着十分重要的作用，并且对供电的安全性要求很高，急需能够对线路故障进行准确定位的装置。本文运用ZigBee这种新兴的无线通信技术，设计出高压供电线路故障定位系统的无线传输网络，有效提高了信号传输的可靠性，也降低了成本，具有一定的应用价值。

参考文献

[1]陈继海，魏晓慧.基于ZigBee无线网络的气体监测报警系统设计[J].电子科技，2012（10）.

[2]陈冲，王瑞闯，张乐斌，李传虎，李刚.基于ZigBee无线传感器网络的防误闭锁系统[J].现代电力，2010（05）.

[3]黎颖，卢继平，李健.基于在线计算线路分布参数的故障定位方法[J].高电压技术，2007（11）.

作者单位

陕西省地方电力（集团）公司泾渭供电分公司 陕西省西安市 710200endprint