输电线路在线监测通信方案研究及应用

王志利，赵晓锋

（国网山西省电力公司，山西 太原 030001）

输电线路在线监测通信方案研究及应用

王志利，赵晓锋

（国网山西省电力公司，山西 太原 030001）

输电线路在线监测技术的应用与发展是提升电网智能化应用水平、加强输电线路事故预防能力的有效手段。针对传统在线监测数据接入过程中存在的问题，结合山西省新建工程应用案例，分析了各种通信方案的优缺点，对同类工程具有参考作用。

在线监测；W i-Fi移动通信技术；光纤复合架空地线

0 引言

恶劣的冰雪灾害天气、人为破坏、输电线路周边环境变化都对输电线路安全造成影响和破坏，此外，社会和企业自身对于供电的质量（稳定性、不间断性等）也提出更高的需求，因此，输电线路在线监测技术的应用与发展是提升电网智能化应用水平、加强输电线路事故预防能力的有效手段。当前，供电电源可靠性和通信方式稳定性成为制约输电在线监测工程化应用的主要因素，本文针对山西省输电在线监测通信方案进行详细的分析，指出方案的优缺点，供同类工程参考借鉴。

1 国内外研究现状

1.1 W i-Fi技术[1]

Wi-Fi是一种无线局域网通信技术，能够在有限范围内支持特定网络接入的无线电信号。Wi-Fi一般工作在2.4GHz频段，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可自动调整为5.5Mb/s，有效地保障了网络的稳定性和可靠性。Wi-Fi覆盖范围广、传输速率高、带宽高、可靠性高、抗干扰性强、组网成本低、小型灵活，支持多种Wi-Fi数据终端接入。Wi-Fi主要缺点是不适合远距离传输使用，因此，需要与其他通信方式配合作为数据传输方案。此外，Wi-Fi发射与接收装置需要配置较大功率电池，对输电线路在线监测装置成本产生较大影响。1.2 移动通信技术[2]

伴随着以智能手机为代表的移动互联终端的蓬勃发展，移动通信技术已成为目前计算机技术以及网络通信技术领域最炙手可热的研究领域。从第一代移动通信技术只能提供模拟的语音服务，到现在已被广泛认可接受的具有高效传输和互连互通能力的第四代移动通信技术。目前，输电线路在线监测普遍采用GPRS或3G网络作为数据传输通道，由于运营商提供的SIM卡只适用于常规手机安装使用，在野外恶劣环境下（高温、低温、雨雪天气等）容易出现材质变形、性能下降，造成监测数据上传中断。

1.3 OPGW技术[3]

光纤复合架空地线 OPGW（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire） 是将光纤放置于输电线路的地线中，可传送音频、视频及各种控制信号，用以组建电力用户专用的光纤通信网。目前，新建220 kV及以上线路都架有OPGW光缆，其光纤芯数一般在24芯及以上，除去保护、通信、自动化等通道以外，光纤芯数往往都有冗余。OPGW技术特点在于选择已有的OPGW光缆线路上留有光纤接头盒的输电杆塔作为信号接入点，再将附近杆塔上的数据通过无线局域网的方式传输到接入点，然后通过电光转换装置转换成为光纤信号，利用现有光纤通路传输至变电站以及监测中心。

1.4 ZigBee技术[4]

ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，由于其主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立的通信网络，因此相对于传统移动通信的CDMA或GSM网络而言，基站建设成本大幅下降，虽然通讯距离相对较小，但支持无限扩展，理论上ZigBee覆盖的通讯面积可无限扩展。ZigBee技术主要用于山区无传统公网信号的监测环境，通过自组无线通信网络至有信号的输电杆塔，从而实现监测数据有效上传。

2 传统输电在线监测通信方案

根据国家电网公司《输电线路智能监测装置通用技术规范》 （Q/GDW245—2008）相关要求，在线监测装置前端传感器采用I1接口，I1接口为监测层到接入层之间的接口，使用底层的接口协议完成。在线监测服务器采用I2接口，I2接口为接入层与主站层之间的接口，使用有良好扩展性的Web服务器方式实现。状态监测代理CMA（Condition Monitoring Agent）服务器一般安装于线路上，能在一个有限范围内集中线上各类传感器采集的状态监测数据，进行I1至I2规约转换，实现监测数据有效上传。由于CMA服务器价格较高，在前期部署时并未在输电杆塔上分片部署CMA服务器，而是由各个厂家购置1台CMA服务器，集中处理本厂家传感器数据规约。图1为传统输电线路在线监测通信方案。

山西省输电线路在线监测系统部署于2009年，传感器数据经GPRS/3G移动通信网络传至厂家CMA服务器，CMA将I1数据转换为I2数据，发送至国网山西省电力公司检修公司前置子系统，再接入山西省在线监测服务器。经过长达5 a的运行实践，该方案虽然能有效接入1 000余套输电在线监测装置，但存在以下问题：首先，传感器数据经厂家进行规约转换再发送至山西省在线监测服务器，数据安全性得不到保证；其次，部分厂家为追求高质量监测数据，避免自身产品频繁误报和漏报，擅自对数据进行修改，给现场运行维护带来不少困扰；最后，现有通信方案存在信息漏洞，在2011年曾发生黑客利用现有通信漏洞对内网系统进行的攻击事件。

3 新型输电在线监测通信方案

3.1 某特高压线路在线监测接入方案

某特高压线路，共安装在线监测装置10套，涉及杆塔倾斜、微气象、覆冰监测、图像监测4种类型，全部采用OPGW或OPGW+Wi-Fi的方式接入。图2为典型监测装置的通信方式。

图2 典型输电线路在线监测通信方案

根据OPGW的铺设特点，塔上每隔3 km至4 km会有一个光纤接续盒，通过前期与调控中心协商沟通，预留4芯作为在线监测数据通道。对于监控点所在杆塔本身就有光纤接续盒的情况，在光纤接续盒周围安装光传输设备和监控设备，并采用熔纤的方式将传输设备连接在光纤接续盒上；对于某些监控点塔位上没有光纤接续盒的情况，采用Wi-Fi无线网桥进行监测信号传输的方式，基本原理是将监测设备要传送的信息通过Wi-Fi接入客户端，传输到Wi-Fi的无线接入点（若距离远则需加装Wi-Fi无线中继设备），通过Wi-Fi无线网桥将数据传输到有光纤接续盒的点上，最后使用光交换机通过OPGW将数据接入500 kV某变电站进入电力数据网。现有的OPGW光缆通信网络为电力系统内部网络，无需缴纳额外通信费用，且与外网隔离，数据安全性相对较高。不过，OPGW光纤在施工过程中需要破口，工作程序相对繁琐，此外，施工时必须停电，由于目前供电质量要求日趋严格，因此通常在输电线路基建过程或安装大量视频监测装置时宜采用该方案作为在线监测数据接入通道。

3.2 某观冰站在线监测接入方案

观冰站采集监测点周围气压、温度、相对湿度、风速、风向、降水量、日照、积雪深度共8个气象要素，其监测数据接入方案对山西省输电通道气象监测网的建立具有重要意义。图3为观冰站气象数据接入方案。

由于观冰站附近线路上无预留光纤，无法采用OPGW方式进行数据接入。为了避免传统监测装置数据接入方案存在信息安全性问题，在施工阶段首次采用APN(Access Point Name)专网方式进行数据接入，同时在安全平台后方部署CMA服务器，避免厂家擅自修改监测数据，信息安全性得到极大改善。其中，APN专网传输方式是指通过一条2M专线将国网山西省电力公司安全接入平台接入移动运营商GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有IP地址进入广域连接，为特定客户分配专用的APN地址，普通用户不得使用，数据安全性得到极大提高。由于无线APN专网本质上是利用现有移动通信技术，以及自身网络上行带宽限制，视频支持清晰度较差，很难提供流畅的高清视频监控服务，此外，运营商无线公网流量费用大，尤其大带宽需求下流量费用会急剧增加。所以APN专网接入方式适用于数值型在线监测数据接入，对于视频装置应采用OPGW接入方式。

图3 观冰站在线监测通信方案

4 结束语

本文介绍了当前输电线路在线监测常用的几种通信方案，同时，将山西省在线监测数据接入情况进行了分析，提出OPGW和无线APN两种通信方案的优缺点，对同类工程具有一定的借鉴意义。

[1]曹建雪，付云鹏．750 kV输电线路在线监测系统通信解决方案[J].青海电力，2012（2）：11-14.

[2]武国亮，刘波，罗永勤．山西电网输变电状态监测中心的设计实现[J].山西电力，2011（1）：8-12.

[3]陈亚东，张涛，曾荣，等．输电线路在线监测可信接入系统设计[J].计算机技术与发展，2013（5）：113-116.

[4] 黄新波，赵隆，舒佳，等．输电线路导线微风振动在线监测技术[J].高电压技术，2012，38（8）：1863-1865．

Research and Application of On-line Monitoring Communication Scheme for Transmission Lines

WANG Zhili,ZHAO Xiaofeng

(State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

Application and development of on- line monitoring technology of transmission line could improve the level of intelligent application of power grid and strengthen the prevention of transmission line faults. Combined with the application of newprojects in Shanxi province, this paper aims at the problems existing in the traditional on- line monitoring data access process, and the advantages and disadvantages of various communication schemes are also analyzed, providing references for similar projects.

on- line monitoring;Wi-Fi mobile communication technology; OPGW

TN915.853

B

1671-0320（2016）01-0006-03

2015-11-19，

2015-12-03

王志利（1983），男，山西大同人，2007年毕业于山西大学工程学院电气工程及其自动化专业，工程师，从事输电线路运维管理工作；

赵晓锋（1983），男，山西平遥人，2007年毕业于太原理工大学计算机科学与技术专业，工程师，从事电网检修工作。