关键词：输电线路；状态监测；设计
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。
一、系统总体设计
基于图像识别的输电线路超高监测系统主要由前端监控子系统、通信网络、监控管理平台3个部分组成。系统示意图如图1所示。
1.前端子系统：前端子系统主要由供电系统、前端监控主机、摄像机部分、通讯系统和高声响喇叭等组成。供电系统采用高性能12 V，20或40AH硅能电池，利用太阳能充电和风电相结合的供电方式，充分保证系统的电源正常工作。摄像机部分支持红外功能，在夜晚能够实现不间断监测，保证了监测的连续性。
2.通信网络：通信网络可采用有线或无线传输方式。无线传输主要以3 G方式为主，并可支持GPRS/CDMA、无线局域网和WIFI技术。
3.监控管理平台：监控管理平台由系统管理服务器、终端显示屏、操作终端和报警终端盒运行软件系统组成。
二、监控终端构成
监控终端完成电力数据的采集和GPRS发送，由数据采集模块、单片机、GPRS通信模块等组成。安装在架空输电线路杆塔上的监控装置包含采集器、高速一体化CCD摄像机、云台、解码器、中央控制板、DSP压缩模块、GPRS／CDMA通讯模块、蓄电池、太阳能电池、温湿度测量模块、风速测量模块。中央控制板可定时或受中心请求启动摄像机工作，将摄像机采集到的视频信号经DSP压缩模块压缩为标准的JPEG文件，同时采集环境的温度、湿度。装置采用太阳能对蓄电池进行浮充的供电终端方式，中央控制板定期检测蓄电池电压以保证系统正常运行，具体结构设计见图2。
图2监控终端硬件构成
装置主芯片采用MSP430系列芯片，本系统采用性价比较高的MSP430F149单片机。MSP430是16位单片机，它具有超低功耗、众多的片内外设、强大的数据处理能力、系统工作稳定、运行速度快、开发方便等优点，在许多领域得到了广泛的应用。它采用RISC精简指令集，125ns的指令周期，片内含有硬件乘法器，节省了运算时间。该芯片具有60KB的FLASHROM，2KBRAM，采用串行在线编程方法，同时还拥有强大的中断处理功能。它内含一个八个通道的12位高性能A／D转换器，最高采样速度可达200KHZ。系统对信号的采集采用巡检的方式每0．5S进行一次巡检，当定时进行巡检的时候用定时器中断唤醒CPU，使其处于工作状态。MSP430工作在1．8—3．6V电压下，有正常工作模式和4种低功耗工作模式(LPM 1、LPM2、LPM3 LPM4)，单片机可以方便的在各种工作模式之间切换。MSP430的超低功耗使其在电池供电、便携式设备的应用中表现出非常优良的特性。通过单片机完成GPRS与INTERNET网络通信编程，由于单片机的内存有限，如何编程完成图像信息的传送，甚至是录像数据的传送至关重要。单片机编程采用la COS实时操作系统，编程完成多任务调度机理是另一特色。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆GPRS模块采用Siemens公司的MC55，它具有普通GSM模块的通话、短信、电话簿管理、CSD(电路交换数据)传输等功能和无线MODEM的GPRS连接功能，另外内置完整的TCP／IP协议栈，不仅支持SOCKET连接下的TCP／UDP数据传输，还支持HTTP，FTP，SMTP，POP3等上层应用协议。它支持标准ITU—T的AT命令集，可以通过串口对其进行控制。MC55的连接器是通过50针引脚连接到芯片应用
平台的50个引脚用来控制各个逻辑单元，传输数据和音频信号。它提供各种各样音频接口，每种接口都可用在端刮端连接器上：1个数字商频接口(DAl)和2个模拟音频接口。利用AT指令，可以轻松地来回接通，并且选择不同音频方式的命令。GPRS模块和单片机之间的数据通信主要是通过端口 TXDO与TXD之间，RXD0与RxD之间的数据传输来完成。其中GPRS模块上的TXDO口是接收从单片机传来的数据，而单片机上的TXD端口是向GPRS模块传送数据的。GPRS模块上的RXD0口是向单片机发送数据，单片机的RXD口则是用于接收从GPRS模块传输来的数据。由于该模块电源引脚有5个，且电压都是3．3～4．8 V，因此这里将5个引脚连在一起，直接接到外部电源上。在MC55的基带处理器上有一个综合SIM接口，它直接接线到主机接口，用于连接到外部的SIM卡座。
三、监测主站的构成
主站端软件采用VC++编写．采用了性能优异的数据库技术SleepyCat，主站软件采用Visual C++6．O编程，使用多线程编程模式．完成一台主站对多套综台在线监控装置的INTERNET网络通讯，要根据各综合在线监控装置上的手机号识别是哪套装置，并处理由于网络故障引起的重复连接。各采集站对绝缘子串泄漏电流值、杆塔所受拉力值均设有报警，根据用户要求可自行设置，在主站改变该参数后，系统会主动向采集站发送该参数。主站会定时向采集站召唤数据，时间可按用户需要自行调整，而且根据需要可随时手动召唤数据，数据包括时间，当地环境温度、湿度、落雨、绝缘子的泄漏电流值．风力风速值、风向值．杆塔所受拉力值、声音。对收到的所有数据，主站都会将时间及数据存人历史数据库，以便查询。
四、适用范围
1.状态监测业务适用范围。基于在线监测技术发展的现状来看，尚不具备大范围推广的条件，因此在设计输电线路状态监测数据采集方案时，应充分考虑各类监测装置的适用性和技术成熟度，仅在十分有必要且非常重要的输电线路上应用状态监测技术。可选取长期重载线路、巡线困难地区、运行抢修困难局部线段和跨越主干铁路、高速公路等设施的重要跨越段，大跨越，微地形、微气象地区、采空区或地质不良区、外力破坏多发区的输电线路作为状态监测装置选用基本条件。人口密集区输电线路可选择在大中型城市输电线路杆塔附近有重型车辆频繁经过、铁路、高等级公路、重要跨越处、构件偷盗损毁严重地区、资源型城市作为状态监测装置适用原则。在进行监测装置布点设计时，在满足各类应用需求的前提下，优先考虑技术较为成熟的监测装置类型，而对于技术不成熟或装置可靠性普遍较低的监测类型则尽可能不用或少用。
2.总体通信设计方案适用范围。线路走廊无线公网信号超过80％区域覆盖等级能够达到3级以上标准，优先采用公网通信方案。线路走廊无线公网信号超过80％区域覆盖等级达不到3级以上标准，且需部署的状态检测采集点较少，应简化通信传输方案，优先采用北斗卫星短报文通信方案。线路走廊无线公网信号超过50％区域覆盖等级达不到3级以上标准，电力光纤(OPGW／ADSS)资源较为充足，且状态检测采集点较多时，优先采用基于无线接入+光纤传输的专网通信方案。线路走廊无线公网信号超过80％区域覆盖等级达不到3级以上标准，没有电力光纤(OPGW／ADSS)资源可利用时，且状态监测必要性很高时，可在有限范围内采用基于专网的无线多跳传输网络通信方案。对于线路重要性较高(如：跨区联网线路)，且对线路状态检测系统的信息安全要求较高的线路，优先采用基于无线接人+光纤传输的专网通信方案。
对输电线路运行状况和外在环境的监视一直是电力运行部门关心的问题，输电线路综合在线监测系统是性价比非常高的监控系统，同时具有极好的系统扩展能力，提高了电力巡检的管理水平，使用结果表明，该系统带来较大综合经济效益具有较好的推广和应用价值。
参考文献：
[1]黄涛．输电线路在线监测与故障诊断[M]．北京：中国电力出版社，2017．
[2]张丽．图像识别技术在电力设备监测中的应用[J]．电力系统保护与控制，2017，38（6）：88-91．
论文作者:李琦
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期下
论文发表时间:2019/11/29
标签：线路论文; 状态论文; 在线论文; 模块论文; 单片机论文; 公网论文; 数据论文; 《中国电业》2019年第12期下论文;