摘要：架空输电导线在运行过程中会因自然条件的作用而发生多种灾害事故，舞动就是其中危害较为严重的一种。导线舞动的危害是多方面的，轻者会引起相邻线路闪络、跳闸，重者发生金具及绝缘子损坏、甚至倒塔等。目前，国内外的研究人员对架空线路输电导线舞动现象进行了大量研究，在导线舞动机理、导线舞动防治等领域取得了卓有成效的成果。在导线舞动监测方面也有许多方案及设备。本文应用微加速度传感器和虚拟仪器技术，研究了架空输电导线舞动远程监测系统。
关键词：加速度传感器；输电线；舞动监测系统
1导言
系统采用新型微加速度传感器测量导线舞动的实时数据，通过无线GSM传输模块将数据发送至上位机。系统采用最小二乘法（LMS）进行去趋势项处理，完成对加速度信号的积分修正，得到准确的舞动信息数据。在实验室进行了测试试验，测试系统测量的准确性。试验结果表明，LMS能有效去除信号趋势项，对于模拟的输电线舞动信号，系统能够进行有效报警。
2系统构成
系统由MMA7260Q加速度传感器、C8051F单片机、太阳能电池与GSM模块等构成。加速度传感器将舞动信号转化成电信号，并由单片机内部集成的AD转换器进行数字化采集，再进行简单的信号处理，然后将测量数据通过GSM模块将测量数据无线传输到监控机上进行综合评判。当输电线的舞动振幅数据超过警戒值时，系统发出预警，指导专业的工作人员进行线路检查。
MMA7260Q是一种低成本单芯片三轴向高灵敏度加速度传感器，基于表面微机械结构，集成信号调理电路、单极点低通滤波器和温度补偿部分，并且具有4种不同的灵敏度选择模式。滤波器截止频率已在出厂前设定，不需要外部调整。同时它包含一种睡眠模式，为小型电池供电便携式设备的理想之选。MMA7260Q能在XYZ三个轴向上以极高的灵敏度读取低重力水平的坠落、倾斜、移动、放置、震动和摇摆，它是同类产品中的第一个单芯片三轴向加速度传感器。
数据采集终端的MCU采用的C8051F340处理器是完全集成的混合信号系统级芯片，能接收模拟信号和数字信号，采用CIP251TM微处理器内核，与8051完全兼容，且在速度上有显著的提高，抗干扰能力强。芯片内部集成了64KB的FLASH程序存储器、比较器模块、SPI和I2 C接口等。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式、全速、在系统调试。内部集成10位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟踪保持电路，速度高，转换速度可达200ksps，完全满足测量精度与速度需要。GSM模块采用西门子通信芯片TC35系列的TC35i，此模块功能上与TC35兼容，设计紧凑，缩小了用户产品的体积。TC35i与GSM2/2+兼容、双频(GSM900/GSMl800)、RS232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口,为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输,方便用户的应用开发及设计。TC35i有40个引脚,通过一个ZIF(Zero Insertion Force,零阻力插座)连接器引出。
3系统设计
测量中,采用MMA7620Q采集舞动信号,经过低通滤波后,送至MCU的AD输入端。利用MCU丰富的I/O口资源扩展GSM发送模块，并涉及存储方案。
3.1 A/D转换电路设计
加速度传感器输出的加速度信号是模拟信号,必须将其转换为数字信号。在设计时将加速度传感器MMA7620Q的g2Select1和g2Select2引脚分别接两个I/O口，用来选择加速度的范围,共四种加速度范围可选。MMA7260Q的输出电压没有超过MCU的AD的电压承受能力。若不考虑输出噪声，MMA7260Q的输出与MCU的AD输入端可直接连接即可。该A/D转换采用C8051F340内部集成的10位A/D转换器，只需配置好参考电压和时钟信号源即可。
由于只用到3路模拟通道，在接外部模拟信号时，应将不用的通道接地，以免电源毛刺、地电平波动以及交互串扰等影响转换结果。在MCU与MMA7260Q的接口中，要考虑MMA7260Q噪声问题。因为MMA7260Q内部采用了开关电容滤波器,有时钟噪声产生,所以最好在MMA7260Q的XYZ三个输出端,分别接RC低通滤波器。其接口电路见于图1。
3.2 TC35i通信模块
TC35i通过接口电路获得电源，与SIM卡相连接获得GSM网络，与单片机C8051F340进行串口数据通讯。TC35i通过GSM网络与监控终端远程相连，发送短信。结合用户的设置，通过TC35i发短消息，把监控设备的当前状态告知监控终端。本系统设计每小时发送一次短信。
3.3数据存储
由于MCU内部的RAM和FLASH容量都不大，小数据量的采集存在内存中即可；长时间数据采集，存储容量不够，所以设计了SPI接口的SD卡存储方案。SD卡容量大、价格低、功耗低。用MCU自带的SPI接口与SD卡连接,接口方便，速度快，对MCU的占用也比较低。
图1 MMA7260与单片机的接口电路图
4软件设计
4.1输电线舞动数据的远程传输
该输电线舞动监护终端在实现本地监护的同时，也可以实现远程实时监护。当用户启用远程监护的时候，数据采集终端首先打开连接在串口1上的GSM模块，对GSM模块进行初始化设置，通过AT指令可以对GSM模块进行控制，同时也可以进入到发送数据的流程。数据采集终端将收到的监护数据进行校验正确后，将这些数据通过串口1发送出去。对于嵌入式计算机而言，因为是在全透明的模式下进行数据通信，这种模式下的数据通信完全等同于和PC机直接进行串口通信，但是具体的数据转发过程却是通过GSM模块对数据进行再次的封装打包，通过GSM/GPRS网络，转接到Internet，然后到达监控终端的数据中心，进行数据解包获得有效的通信数据，最后根据收到的数据进行波形绘制和数值显示。
4.2监控程序设计
在监控主机上，首先进行初始化设置，然后检查串口是否有数据。如果串口有数据的话，读取数据并对数据进行解码。将解码后的数据通过查询PC机上数据库进行综合评判。如果此数据超过预警阀值，软件生成报警信息；如果没有超过预警阀值，软件显示运行正常信息。
5结束语
本文结合虚拟仪器技术和微加速度传感器技术，搭建了一个架空输电导线舞动监测预警系统，系统包括硬件部分、软件设计部分。本系统利用其提供的强大的信号分析与数学运算能力，对信号进行采集、滤波和积分修正，实现对导线舞动的可靠监测、预警。系统性能稳定，调试、扩展和维护方便。随着该系统的不断改进和完善，把架空输电导线舞动监测终端应用在电力系统防舞监测中具极大的现实意义。
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论文作者:毛蕴娟,张丽珍,王珏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/8
标签：加速度论文; 数据论文; 导线论文; 传感器论文; 输电线论文; 模块论文; 信号论文; 《电力设备》2018年第1期论文;