摘要：输电线路是输电线路系统的重要组成部分，危险性较高，若相关监测工作落实到位，则会对整个输电线路系统运行及电力用户的生命财产安全构成威胁。可见，加强输电线路的监测系统建设是极为必要的，输电线路在线监测通信传输网络设计及实现作为提高高压输电线路安全运行和输送能力的重要措施，其可对高压输电线路的运行状态进行全方位监侧，实现了数据的精确采集、信息类型的多样化，对解决我国电力发展中需要面对的输电线路监测问题具有重要意义，需予以充足的重视。
关键词：输电线路在线监测；通信传输网络设计；实现途径
1在线监测通信方式介绍及分析
1.1有线通信方式
输电线路系统在线监测有线通信方式主要以电力载波通信及光纤通信为主。电力载波通信利用高压输电线路作为传输介质，通过载波将模拟信号或数字信号进行高速传输。光纤通信则是利用光纤传导信息的方式，将光纤与检测单元一起安装于被测物体表面，将所测出的数据通过光纤传输。有线通信方式具有通信区域大、信号串扰小，保密性好；抗电磁干扰、传输质量佳；信号传输损耗小，中继传输距离长等优点。但是有线通信方式存在如电力载波通信不能对线路上温度、风力数据进行实时传输与监测的缺点，光纤通信则是光纤本身易折、易断、弯曲度受限、铺设价格高昂等缺点。
1.2无线通信方式
GPRS是通用分组无线服务技术的简称。GPRS可以说是GSM的延续。GPRS的传输速率可提升至56Kbit/s，甚至能达到171Kbit/s。基于GPRS公众网络通信技术的输电线路系统监测主要是将检测单元中加入GPRS通信模块，通过GPRS网络将所采集到的数据汇总到一个总的网关再传输到设备的监测中心供给工作人员进行监测、分析等工作。ZiqBee是根据IEEE802.15.4协议规定的技术，其通信距离短、使用功耗低、可靠性高。ZiqBee通信模块类似于移动网络基站。多个ZiqBee通信模块能组成巨大的无线数据传输网络，同样在每个监测单元中加上ZiqBee通信模块，就可以组成巨大的监测网络，每个有ZiqBee通信模块的监测单元之间可以相互通信。相对于有线监测，利用无线网络进行设备监控的方式所具有的优势也很明显：
无需有线监测的巨大布线工程。有线监测系统的线路布置工程复杂，需要大量资金，而且有线线区域大的地方不方便建造，而无线监测技术则能进行无线的数据传输，只需要设置信息传输的节点很轻松地就解决了线路建造的问题；在电站、变电站中像高压开关柜这样的全封闭设备，用传统的方式对其进行温度等参数的监测就是一个难点，但是采用先进的无线通信技术，在设备的内部安置高集成的状态检测设备，不仅能够在线实时监测电网中设备的运行状态，还能够组成庞大的监测网络，实现统一监控、管理；在线监测无线传输的方式能耗低，可采用电池供电，且低能耗的特性可以使其长时间工作。
2当前输电线路在线监测通信传输网络设计与实现
2.1输电线路在线监测系统
输电线路在线监测系统包含前端采集装置，通信传输网络及后台监控中心（见图1）。
图1输电线路状态监测系统基本结构
前端采集装置指安装于线路及杆塔上的状态监控传感器，主要负责对线路及杆塔周围的振动、倾斜、气象环境等情况进行实时监测，同时采集倾角、温湿度、视频图像等数据信息。传输网络负责把监测终端采集的数据进行打包，压缩后传送至数据库。监控中心完成数据提取，结合历史数据信息进行分析对比，评估线路运行状况。
2.2通信传输方案对比分析
在保证数据安全性的前提下，为使大数据量的监测信息能够通过安全接入平台进入内网，通信传输网络需具有以下性能。实时性好：带宽足够，可以同时传输多路高清视频，数据传输实时性好；安全性强：数据加密，防止黑客攻击，满足输电线路系统数据传输安全性的要求；运行可靠：通信网运行要可靠，减少后期维护，减少单台设备损坏影响的范围；控制成本：要求前期建设和后期维护成本满足要求。从成本、性能和工程可实现性3个方面对光纤通信、无线公网通信和宽带专网通信进行了对比分析（见表1）。表1通信传输方案对比分析综合考虑成本、网络性能和工程可实现性3方面因素，宽带专网是较合适的组网方式。
表1通信传输方案对比分析
2.3无线宽带专网总体设计
电力行业专有网络频率（230MHz）较低，带宽较窄，不能满足视频数据的传输需求。将无线宽带专网的传输频率设定为5.8GHz，带宽125MHz，属于开放的频段，性能可以满足要求。目前，国网河北省电力公司的安全接入平台只支持公网信号的接入，因此网络必须加入公网部分。考虑到费用问题，在设计方案时，首先要减少接入运营商的节点数量，其次要尽可能降低传输的信息流量。综合多方因素，最终设计出无线宽带专网与4G公网相结合的网络架构。整个网络分为无线宽带专网部分和APN专线通道部分。沿输电线路搭建无线宽带专网，每个接入网络的杆塔均作为客户端节点，通过无线收发装置接入网络，完成信息双向传输。选择一个距市区较近，4G信号较好的杆塔作为末端节点，末端节点需安装4G通信模块和国网认证的安全加密芯片，将沿线客户端节点发送的信息通过公网传送至运营商信号塔，再通过运营商至省公司的APN光纤专线通道通过APN网关接入安全接入平台的服务器上，安全接入平台进行解密，再通过身份认证等流程将数据转发到各分公司指定IP地址的电脑上。
2.4系统安装及应用效果
2.4.1现场网络搭建
首先，在选择应用现场时，做了大量的实地考察工作。客户端节点需要考虑杆塔间距及周围环境状况，末端节点需要重点考虑4G网络信号状况、电力杆塔距移动信号塔的距离及周围环境等。对阳北线、安廉II线、安元线等12条线路多级杆塔进行实地考察，最终选择安廉II线作为现场。
其次，沿通信链路客户端节点的设备全部安装到铁塔的顶端，每个监测点的设备包括：输电线路监测箱、供电电源（太阳能电池板+
蓄电池）、通信设备、高增益栅格天线和前端采集设备（摄像机）。输电线路监测箱和高增益天线通过馈线连接，摄像头的通信线连到监测箱内和摄像机接口对应的插座上，将蓄电池的输出的DC12电源线接入监控箱的DC12V接口上。所有客户端节点设备安装完成后，通过变电站的监测电脑PING各点的通信终端设备，通过电脑的浏览器输入该点的IP地址，即可查看视频效果。
2.4.2 测试效果及结果分析
首先，所有监测点安装调试完毕后，通过内网监控中心输电线路在线监控平台查看画面效果。可以同时查看3个监测点的视频图像，信号流畅，无视觉延时。远程控制云台，调整3个监测点的摄像机角度，命令下发流畅，云台动作灵敏，无明显停顿和延迟。可以验证该系统通信距离大于10km的点对点通信及中继通信功能可靠，带宽和通信速度满足视频监视的需求。
其次，通信性能测试包括通信带宽、直传距离及网络安全性。通过监测软件查看通信终端的信号强度和通信带宽，发现信号强度在–72dBm~–62dBm之间变化，测试实际带宽为52Mbps，数据传输速率可以达到1.8M字节/s。说明网络的通信带宽和距离完全满足通信的要求。网络安全性测试使用手机、笔记本等可以登录无线网络的终端搜索本无线宽带专网，发现搜索不到信号，说明非法终端找不到该网络更无法登录到系统中。通过内部局域网登录网络开关控制器和网络视频浏览器需用户名和密码，非授权用户不能登录网络开关控制器对其操作，不能登录网络视频浏览器进行视频监控和云台控制等操作，从内外网2个层面均确保了数据的安全性。
3结论
总之，上文针对输电线路在线监测系统视频数据传输存在的问题，结合当前通信新技术及安全接入平台规范要求，设计了一种无线宽带专网与4G公网相融合的通信组网方案，利用跳时扩频通信技术对现有的OFDM技术进行改进，并通过实际测试，通信带宽及传输距离有大幅提高，取得了预期效果。方案不仅保证了数据传输的安全实时，还提升了传输带宽，有效地控制了对输电线路进行在线监测的成本。
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论文作者:刘昊实
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/21
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