输电线路远程监控与故障预警在线监测控制器研究

2018-01-23谷明哲王毅凡

建材与装饰 2018年2期

谷明哲卢淼王毅凡

（国网河南省电力公司洛阳供电公司河南洛阳 471000）

随着目前国际资源短缺现象的不断加剧，新型的水利发电、风力发电、光伏发电以及核能发电都在不断的取代火力发电来并入电网，供人们以及工业发展的使用，但是这些新型的发电方式又会在并网运行时带来一定的困难，这就需要我们时刻注意电网的运行情况，也对电网的平稳运行带来了更大的挑战[1]。

1 输电线路运行的现状

电力系统的输电线路是由多种设备连接组合来工作的，这些设备的安全平稳运行对于对于整个系统的系统，以及供电用电安全都起着至关重要的作用。由于输电线路的运行线路都是在野外架设运行的，存在着线路长、面积广，容易受到天气、环境等多种因素的影响[2]。从而能够发现输电线路的运行状态是相对恶劣的。针对这一现象，我们国家正在努力实现智能电网的建设，这其中输电线路的实时监测以及故障诊断是关键的组成部分。因此，我们需要建立输电线路远程监控与故障预警在线监测控制器，通过在输电线路的运行路线上安装多种传感器，并使用信息存储以及处理技术，实现对采集的数据进行实时的观察以及分析，通过检测预警以及诊断评估体系来发现故障，为平稳运行做保证，从而提升整个智能电网的运行效率与整体水平，建立科技含量高、现代化以及自动化的智能电网输电线路故障诊断检测系统[3]。

输电线路的状态监测系统由于近些年的传感器技术、压缩感知图像处理技术、电子信息技术以及新能源领域的研究不断发展，已有以前的仅对线路污秽进行检测逐步向全面的运行状态（积雪所承受的应力、风摆以及污秽等）等多种情况进行检测。可以利用图像画技术实现的观察现场的输电线状况，并且引入了人工智能算法以及专家系统来实时的对现场的故障进行智能化的诊断，实现信息的实时传输与共享[2]。

2 输电线路的检测技术的运行方式

通过多种传感器（倾角传感器、拉力传感器、振动传感器）的结合运行来获得输电线的的倾斜角度、拉力数据以及振动数据；并且通过气象检测系统来对铁塔周围的气象数据，通过接口将上述的检测采集的数据发送到监测控制器中。同时使用视频检测系统来对现场的状态图片进行拍摄同时通过云端系统来对现场设备进行远程的控制。设置有16条输入输出开关量在监测控制器。通过GPRS等将监测得到的数据通过选用的通信协议传送到远端的控制中心，控制中心将会对信息进行进一步的解码，来实现对数据的进一步分析。从中能够发现在线监测控制器在整个系统中起着承上启下的作用。

3 在线监测控制器的研究

3.1 在线监测控制器总体结构设计

在线监测控制器一般被安装在输电线路之间架设的铁塔上，一边是连接的用于数据采集的传感器模块，一边是链接的用于传输数据的通信模块。通过终端主板外挂自制变送器的方式实现监测功能[2]。调度中心通过通信协议，采用GPRS的模式来与终端主板连接。这样不仅实现了对各个监测对象的检测任务，而且还能通过云台来实现对设备的控制以及设备的运行状态进行检查等。其中采用的GPRS模块是通过RS485总线来实现与视频卡模块之间的链接，无线数传模块与输电线路在线监测控制模块是通过TTL来实现连接的；终端主板通过RS485总线来实现与自控制变送器、云端平台以及气象检测平台之间的联系；传感器模块（倾斜角、拉力以及振动等）是通过RS485总线来与终端主板之间进行连接的。其中的传感器模块采集的倾斜角、拉力以及振动等物理量是通过电路的二次转换来将采集的模拟量转换为数字量。

3.2 变送器与传感器研究设计

输电线路远程远程监控与故障诊断报警系统需要采集大量的数据来进行判断以及预测。这些数据包括：气象检测模块采集的温度、湿度、风速与风向、气压、日照以及雨量等；图像采集模块需要采集的图像数据以及视频；拉力检测模块采集的拉力数据；倾角监测模块采集的绝缘子串倾角以及导线倾角；泄露电流模块采集的泄露电流脉冲技术以及泄露电流；振动监测模块采集的振动幅角以及振动频率；电池模块采集的太阳能电池电压等。具体情况如表1所示。

表1 输电线路远程远程监控与故障诊断报警系统采集的数据类型

数据采集使用的传感器通过市场采购大都能够获得，然而由于运用场所的限制，部分传感器是需要根据现场实际的情况来进行设计开发的，例如：振动、倾角以及拉力传感器。而且变送器也需要根据实际的使用情况（由于需要采集的数据类型以及数据采集的接口较多）进行研发，并且系统的运行维护、后期扩展以及采集数据的速度都要考虑进来。变送器将采集的各种类型的模拟量信号（1～5V、1～10V以及4～20mA）都需要转换成数字量信号通过RS485接口统一的传送到在线监测控制器。研发的变送器在于各类传感器进行连接时需要本着连接距离短、体积小以及低功耗的原则进行开发设计，选用的器件符合工业级的标准。

3.3 监测控制器的低功耗研究

在线监测系统对于功耗的要求较高，监测系统中的控制器、各个类型的传感器、变送器以及无线通信模块之间均是通过太阳能电池板来进行供电的。设计要求是需要实现系统在连续阴雨天气30d的情况下仍然能够保持良好的工作状态。因此，在进行系统的开发设计时，必须保证各个功能模块都采用功耗较低以及运行较稳定的元器件来进行开发设计。

3.4 监测控制器的主处理器的研发

监测控制器的主处理器的设计的结构如图1所示。在线监测控制器的主处理器的特点如下：①CPU的主频率不少于50MB，可以选用高性能的 AVR或是ARM处理器；②RAM大于64KB，FLASH大于256KB，内存能够扩展至128MB；③扩展电路采用串口方式；④控制继电器是通过开关量的输出来进行控制的，能够实现红外控制以及加热器控制等功能的实现；⑤实现对太阳能电池板的电压检测；⑥外部电源管理模块，能够实现对外部所有电源设备的开关控制，根据运行中心的调控命令来实现电源设备的是否开启，达到合理用电的目的。

图1 监测控制器的主处理器的设计结构

3.5 运行中心软件研究设计

运行中心是通过GPRS来实现与监测控制器的双向通信的。运行中心的软件能够实现的功能有以下几部分内容：①对于采集数据的自动或是手动获取，运行中心对传感器采集的数据，传输回来的数据包进行解包保存，通过手动的输入需要查看的数据类型，能够从数据库中保存的数据中来获取采集的数据，或是直接点击数据类型的按钮来实现对数据的查看；②对于现场图像的采集，监测控制器能够将采集的图像信息传送到运行中心通过GPRS。并且运行中心还能够根据需要来对现场的摄像头的各类参数（对比度、亮度、色彩、饱和度以及图像的大小等）来进行调整，并能够通过云端平台来对摄像头的角度进行调整；③实现运行故障报警，通过对传感器采集数据的各类参数设定一个报警值，使能够及时对出现故障的输电线路进行报警。当数据超过设定的报警值时，摄像头会将现场的故障照片传递到运行中心，并发出声光报警信号；④对采集的数据进行预测分析；⑤对于采集的历史数据进行统计保存。