汪 鹏，刘永江，温 冰，包紫晨，汤晓颖

（1.内蒙古电力科学研究院，内蒙古呼和浩特 010020；2.华能新能源股份有限公司，北京 100036；3.北京天润新能投资有限公司，内蒙古呼和浩特 010020）

单片机是一种集成型的电路芯片设备，可在大规模电路集成技术的支持下，将I/O 中断、只读存储、定时计数、脉冲调制、模拟转换、驱动显示等多项功能集成到一块小型硅芯片之上，从而使得微型计算机系统的操作需求得到较好满足[1-2]。单片机也叫微型单片控制器，通常具有较强的逻辑控制能力，与微型计算机操作设备相比，虽具备完整的执行处理能力，但却并不包含独立的I/O 应用设备。

输电线路杆塔是一种常见的配电网电量调控设备，可对电压、电流等电子表现性状进行综合性控制[3]。随着电网架设线路的延长，输电线路杆塔所具备的电量承载能力极有可能出现明显的下降变化趋势，这也是导致过饱和电力运行行为出现的主要原因。传统直流型评估报警系统通过采集电量故障频率指标的方式，对输电线路杆塔的电子承载能力进行准确评估，再借助特定连接设备，实现对报警信号的实时处理。然而此系统的应用能力有限，并不能实现对过饱和电力运行行为的有效抑制。为解决此问题，设计基于单片机的输电线路杆塔承载力评估和报警系统，在泄放电路、储能变压器等多个硬件设备结构的支持下，对杆塔传输承载容量及评估灵敏度参数进行准确计算，从而构建必要的等效报警模型。

1 评估和报警系统的硬件设计

评估和报警系统的硬件由泄放电路、储能变压器、C51单片机三部分共同组成，具体搭建方法如下。

1.1 泄放电路

泄放电路能够干预输电线路杆塔单片机的连接行为，从而为评估和报警系统提供相对稳定的电量传输环境。从输入端到输出端的高压电子传输行为被称为电量泄放，一般情况下，输入端与输出端的压降差值越大，最终泄放出的物理压力值也就越高。一个完整的泄放电路需要同时包含C、D、Q、R 四类电子量处理设备。其中，C、D 元件负责聚集输电线路杆塔所需的应用电子量，Q、R 元件则负责感知电路环境中的传输电流与电压，从而对后续的评估与报警指令做出相应的应对行为[4-5]。电量泄放处理设备具备较强的单片机适应性，能够在记录电子量传输数值的同时，将未完全消耗的电压与电子流量，传输至下级设备应用元件之中。泄放电路示意图如图1 所示。

图1 泄放电路示意图

1.2 储能变压器

对于储能变压器来说，系统泄放电路直接控制该设备结构的空开频率与最大占空比数值，在一定程度上，能够对输电线路杆塔所具备的电量承载能力进行评估与计算，从而使其具备更好的过饱和电力报警行为。在单端反激传输行为的影响下，接线柱深入输电杆塔设备的物理深度会逐渐增大，从而使单片机的储能水平得到充分激发；在双端反激传输行为的影响下，接线柱深入输电杆塔设备的物理深度会逐渐减小，从而使单片机的储能水平得到有效抑制[6-7]。简单来说，储能变压器设备能够直接控制输电线路杆塔所具备的电量承载能力，且由于底部接线柱插入深度的改变，上部变压结构体所具备的承压差水平也会出现变化，这也是新型报警系统始终具备较强电子量感知能力的主要原因。

1.3 C51单片机

C51 单片机是输电线路杆塔承载力评估和报警系统设计的核心应用元件，同时兼顾处理能力与感知能力。在泄放电路元件的作用下，C51 单片机能够准确记录输电线路杆塔所承载的电量驱动信号数量级水平，并可借助外部连接按键，将包含复位能力的传输电量传输至下级设备应用元件之中[8-9]。供电电源能够干预储能变压器的实际接入行为，从而使相关报警元件能够准确感知输电线路杆塔承载力评估条件的变化情况，一方面可将配网输电网络调试至相对稳定的运行状态，另一方面也可实现对输入、输出电子流量的有效控制[10]。C51 单片机结构图如图2 所示。

图2 C51单片机结构图

2 评估和报警系统的软件设计

在单片机设备元件的作用下，按照杆塔传输承载容量确定、评估灵敏度参数计算、等效报警模型搭建的处理流程，实现系统的软件应用环境搭建，联合相关硬件设备结构，完成基于单片机的输电线路杆塔承载力评估和报警系统设计。

2.1 杆塔传输承载容量

杆塔传输承载容量是指输电线路杆塔在配电网环境中，所具备的最大电子量感知能力，由于单片机设备的影响，该项物理量受到传输电压差、电阻量评估均值两项物理量的直接影响[11-12]。传输电压差数值可表示为i，在既定电量传输时长内，该项物理量越小，最终计算所得的杆塔传输承载容量数值也就越大。电阻量评估均值可表示为yˉ，由于单片机输入作用的影响，该项物理量在实际计算过程中，基本能够始终保持相对稳定的数值存在状态。设传输电压差数值的起始值为i0，联立上述物理量，可将杆塔传输承载容量计算结果表示为：

式中，p0代表传输电子量的起始输入值，pe代表传输电子量的随机输入值，e代表随机系数，t1、t2分别代表两个不同的电量传输时长。

2.2 评估灵敏度参数

评估灵敏度参数能够直接影响输电线路杆塔承载力评估和报警系统对于过饱和电力运行行为的反应速率，在单片机设备元件的影响下，该项系数指标的实际作用能力受到偏分电量指标、电子量修复率灵敏度两项系数值的直接影响。所谓偏分电量指标是一项功能化的电子衡量系数值，可对输电线路杆塔造成一定强度的外力作用影响，并且大多数情况下，该项系数值的物理水平越高，最终所得到的偏分电量指标值也就越大[13-14]。电子量修复率灵敏度具备一定的电量开源作用能力，可在已知杆塔传输承载容量值的基础上，对系统评估指令的制定造成一定影响，从而使最终的报警结果能够借助单片机设备反映出来。设β代表偏分电量指标值，l1、l2分别代表两个不同的电子量修复率灵敏度数值，联立式（1），可将系统评估灵敏度参数计算结果表示为：

其中，代表输电线路杆塔所承载的电子量均值，代表输电线路杆塔所承载的电容均值。

2.3 等效报警模型

等效报警模型度量了输电线路杆塔承载力评估和报警系统所具备的应用报警能力，其计算数值受到单片机设备执行能力的直接影响。在一个系统执行周期内，输电线路杆塔所承担的电子传输量越大，相关设备元件所具备的报警能力也就越强，即等效报警模型的实用性水平越高[15-16]。规定λ代表既定的系统执行周期度量值，由于单片机设备的干扰性影响，该项物理量的数值指标只能在0～1 的物理区间内不断变动。μ1、μ2分别代表两个不同的电量承载力系数定义项，由于输电线路杆塔作用能力的特殊性，上述两项物理指标在整个系统运行周期内，始终不具备完全相等的可能。联立上述物理量，可将系统等效报警模型定义为：

式中，H1、H2分别代表两个不同的电子量评估参量值。至此，完成各项物理系数指标的计算与处理，在单片机设备元件的支持下，实现输电线路杆塔承载力评估和报警系统的顺利应用。

3 实验分析

为突出说明基于单片机输电线路杆塔承载力评估和报警系统的实际应用能力，设计如下对比验证实验。以图3 所示配网输电环境作为实验背景，顺次连接发电、变电、输电、用电4 个电量传输环节，分别将实验组配网主机与核心发电网络相连，其中实验组主机搭载基于单片机输电线路杆塔承载力评估和报警系统，对照组主机搭载传统直流型评估报警系统。

图3 配网输电环境

QSR 指标能够描述输电线路杆塔所具备的电量承载能力，一般情况下，QSR 指标数值越大，输电线路杆塔所具备的电量承载能力也就越强，反之则越弱。表1 记录了实验组、对照组QSR 指标数值的具体变化情况。

表1 QSR指标数值对比表

分析表1可知，随着实验时间的延长，实验组QSR指标保持先上升、再交替下降上升的数值变化趋势，整个实验过程中的最大数值结果达到了83.73%。对照组QSR 指标则保持先上升、再稳定、最后下降的数值变化趋势，整个实验过程中的最大数值结果仅能达到45.23%，与实验组极值相比，下降了38.50%。综上可知，应用基于单片机输电线路杆塔承载力评估和报警系统后，QSR指标数值得到了明显促进，可在一定程度上，实现对输电线路杆塔电量承载能力的持续提升。

QPR 指标能够描述输电线路杆塔过饱和电力运行行为的出现几率，一般情况下，QPR 指标数值越大，输电线路杆塔过饱和电力运行行为的出现几率也就越高，反之则越低。表2 记录了实验组、对照组QPR 指标数值的具体变化情况。

表2 QPR指标数值对比表

分析表2可在，随着实验时间的延长，实验组QPR指标在整个实验过程中，始终保持相对稳定的数值变化趋势，全局最大数值结果达到了30.13%。对照组QPR 指标则始终保持不断攀升的数值变化趋势，整个实验过程中的最大数值结果达到了67.29%，与实验组极值相比，上升了37.16%。综上可知，应用基于单片机输电线路杆塔承载力评估和报警系统后，QPR 指标确实出现了明显下降的数值变化趋势，可有效抑制输电线路杆塔过饱和电力运行行为的实际出现几率。

4 结束语

与传统直流型评估报警系统相比，新型输电线路杆塔承载力评估和报警系统可在单片机设备的作用下，建立完整的泄放电路体系，并可借助储能变压器元件，实现对杆塔传输承载容量值的准确计算，从而获得明确的等效报警模型。从实用性方面来考虑，QSR 指标提升和QPR 指标下降的同时出现，能够在增强输电线路杆塔电量承载能力的同时，对过饱和电力运行行为的出现几率进行有效控制，具有较高的实际应用可行性。