陈思慧

摘要：输电线路是电力系统的骨架，在电力系统中起着极其重要的作用，是电力系统重要的组成部分。随着输电线路的广泛铺设，面临极端恶劣天气条件的情况也越来越多，因此，输电线路状态监测系统对监测输电线路运行情况起着极其重要的作用，提高状态监测系统的质量，也为输电线路安全，稳定运行提供进一步的保证。

关键词：输电线路 ，主备保护， 一体化， 低功耗

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

输电线路对于系统的稳定与安全有着直接的影响，输电线路不少处于恶劣的地质条件以及恶劣的运行环境下，对输电线路的状态采用先进的在线监测技术进行监测有着重要的意义。通过监测确保事故隐患能够第一时间发现并即刻清楚，保障输电线路处于良好的运用状态。对于输电线路状态监测系统应给予极大的重视，输电线路状态监测系统的质量提升对保证输电线路稳定，安全运行有着至关重要的意义，下面就输电线路状态监测系统质量提升提出几点的建议。

1 一体化设计

一体化设计就是功能集成，把监测装置的主控、数据采集、供电管理、模数转换（含视频编解码）、音频处理、通信等所有装置需要完成的功能采用一体化集成设计原则，在一个模块或采用一个应用服务器去完成所有的工作，工作的开启、执行、关闭，全部在模块或应用服务器内部的软件完成。对于输电线路状态监测系统的CPU来说，核心CPU板高度集成就是把数据、图像、语音、AD转换、GPRS通讯、电源管理等一体化设计，减少分立元件，提高集成度，进而提高设备可靠性，如图1所示。

这种设计是在电子设备发展中的大趋势。其带来的好处是：

1）可靠性提高，需要使用的功能全部在一个模块或应用服务器控制完成，不需要外围电路，相对于多个电路构成的控制系统，没有器件之间故障相“与”的关系，其工作的可靠性是数量级的提高。

2）体积减小，由于功能的集成在一个模块或一个应用服务器之中，没有了外围电路，其体积减小是必然的。

3）成本降低，由于采用一体化集成设计，专用芯片相对于用通用芯片构成的系统架构，成本会极大的降低。

因此，我们在一个应用服务器及模块上集成了数据采集、图像采集、运算处理、数据存储、电源管理、网络通信等一体化实现，无论在体积上、结构合理性上，特别在可靠性上得到较好的保障。同时在设计成功的基础上进行大批量的专业化生产，保证了一体化集成模块的一致性和可靠性。

2 可靠性设计

监测装置的核心部分都会发生故障。即使我们进行一体化集成，产生故障也是不可避免的。只是故障的频率和无故障运行时间不同。但是将设备一体化集成模块等设计成主备智能工作的切换模式，将大大提高装置运行的可靠性时间，具体实现方法是：当 主一体化集成模块发生故障时，智能切换启动备用一体化集成模块，启动自动装载工作配置，从而提高装置的运行可靠性时间。

2.1电源供电双备用

状态监测装置的电源系统采用太阳能双路充电（或风光互补）、充电管理模组双路管理、蓄电池双路供电，全部供电系统完全隔离，互不影响；当一路供电装置出现故障时，不影响另一路供电装置的可靠运行。超高压输电线路在线监测终端工作环境是220千伏、500千伏输电线路上，可靠性要求高，在原来单芯片基础上，设计了双主芯片、双通讯通道、双图像采集、雙电源供电、双数据采集、冷备份切换工作模式的在线监测终端。该终端具备一体化结构、功耗极小、接口统一、安装方便、维护简单等特点，使设备可靠性和自愈能力大大提高。

系统实现框图如图1所示：

图1 状态监测装置的电源双备用

2.2设备工作模块双备用

装置对设备中央处理单元、数据采集单元、供电管理单元、控制单元、通信单元等重要部分均设计为1+1主备用智能后备（单SIM卡）工作方式，工作原理如图2所示。工作模块的配置信息存储在公共存储器，后备模块启动时，自动装载工作模块的工作配置，无需重新配置工作参数。实践证明，采用此措施后，有效的克服了设备安装点的恶劣环境、强电磁干扰，检修不便等困难，使设备在线运行率得到明显的数量级提高。

图2 状态监测装置内部1+1主备工作方式原理框图

3 通信设计

3.1现有通讯方式的质量提升

目前输电线路在线监测装置基本上使用GPRS、3G模式进行通讯，少量使用光纤、无线WIFI，遇到的问题如下：

（1）GPRS、3G烧卡的问题

烧卡的问题与当地气候有关，一般气候干燥的地区容易出现该问题，解决的措施为，在电路上增加释放静电的电容。

（2）GPRS、3G信号不好

输电线路在线监测装置通常安装在人迹罕至的地区，因此GPRS、3G信号也有不好的时候，如果遇到该问题，解决措施是：使用高增益定向天线。以增强信号强度和分辨力。避免信号重叠。

（3）光纤、无线WIFI的问题

光纤、无线WIFI使用的功率太大，一般一个6口的工业交换机耗电量在7W左右，400mW发射功率的无线WIFI耗电在6W左右，解决的措施，去掉电压转换电路，减少不必要的功耗，实际使用不足4W，或者增加太阳能板提供更多电能。

3.2新的通讯方式

3.2.1光纤环网与无线WIFI-MESH混合环网

光纤环网与无线WIFI-MESH混合环网实现方案是：在每个光节点配置光交换机级联、构成光纤环形网络；在两个光节点之间使用WIFI-MESH构成无线环形局域网，与光纤环网相切落地，环网最容易发生的问题是网络风暴：解决的具体措施是：把闭环网通过网络通信协议改造为树状网，即网络的“生成树协议 IEEE 802.1X”（STP）（X=1、Q）。但是，这种改造形成的切断是软切断，当出现闭环路径故障时，协议会自动将断开的链路愈合，保证数据链路的畅通，光纤与无线wifi混合网组网。

4 低功耗设计

状态监测装置85%以上的时间处于待机状态，因此装置的静态功耗是考核装置可靠性的重要指标。

低功耗的重要性是，当电池一定的时候装置静态耗电越小，则工作时间越久，在装置静态功耗相对低的情况下，需要配置的蓄电池才能越小，太阳能板功率越低、面积越小，这样对于方便安装、减轻铁塔载荷、降低设备成本、提高装置运行可靠性等均具有非常重要的意义。

（1）采用“输电线路在线监测一体化处理模块”

实现了从单片机技术升级到ARM内核应用服务器（CPU）的飞跃，采用该模块可完成数据采集、模拟量采集、数据存储、数据分析处理、图像采集处理、多方式通信等，主要接口有：IO检测、IO控制、模拟量采集、视频图像采集、语音输出、环境监听、GPRS网络通讯、GSM通信。模块静态耗电为4V/14MA。为装置低功耗打下基础。

（2）所有传感器接口包括电源供电均处于可控状态。保证设备低功耗工作。

（3）电压转换均采用高转换效率、低功耗的芯片，转换静态损耗低于10MA。

在以上措施的实施下，设备整机功耗大大降低。实践应用证明，检测装置整机在线静态功耗小于12V/65mA，不在线休眠状态下小于12V/35mA（可短信唤醒），全间歇工作方式小于12V/20 mA，在国网电科院、中国电科院、测试得到有效验证。

参考文献

[1]卢涛.浅谈当前输电线路设计存在的问题[J].中国电力教育，2011，6

[2]吕贺.论高压输电线路未来发展方向[J].电气传动自动化，2009，5

[3]梁荣生.输电线路设计过程中管理问题探究[J].黑龙江科技信息， 2010 （22）