辽宁省送变电工程有限公司 辽宁 沈阳 110021
摘要：高压交流输电是当前最主要的长距离输电手段，其具有电压等级高、传输距离长、输送容量大等特点。高压输电线路一般都为主要的供电线路，如果其出现故障有可能导致大面积停电的严重后果。因此对高压线路的监控是保障重要输电线路安全、稳定运行是十分必要的。基于此，本文以物联网技术的高压线路监测对其进行分析。
关键词：物联网；高压线路；监测
引言
在社会高度发展的今天，物联网技术在我们日常生产生活中的应用，可以有效满足广大人民群众对生产过程以及家居生活的监控，甚至还可以实现远程数据采集和测量，并在此基础上进行指挥调动，一方面节省了人力和物力，另一方面也进一步提高了工作效率。然而随着物联网技术水平的进一步提升，物联网在高压线路监测的应用范围，也得到了进一步深化和拓展。
1 物联网技术概述
1.1 物联网技术的概念及其情况说明
我国网络通信技术的不断发展及经济水平的不断提高逐步带动了人们生活水平的提升及要求的提高。物联网技术的发展及应用逐步带动了人们生活需求的提高及经济的发展。所谓物联网，英文名称是InternetofThings（IoT），顾名思义，即物物相连的互联网。其主要是利用射频识别、红外线传感及GPS定位系统等，通过一定的法则实现与互联网的连接，以实现对物品的识别、定位及跟踪管理。对于物联网来说，其结构主要由三层组成，即感知层、网络层及应用层，即将现代化技术如感知技术、现代网络技术及人工智能技术相互集成并应用，由于其发展涉及信息技术的各个方面，被称为信息技术的第三次革命。目前，全球各个国家均在大力发展互联网技术并取得一定的成绩，但该项技术还处于起步阶段，如传感器项目，虽然还处于实验室探索及尝试时期，但涉及面较广。目前国内物联网应用发展进入实质性推进阶段，在交通、安防、环保、电力、林业、医疗、金融、农业等领域得到应用，对推动我国经济发展起到了积极作用。
1.2 物联网技术研究进展讨论
就物联网技术的应用及实现的价值而言，这些年的发展不可小视，如在欧美国家，将物联网技术的应用看成增强国家综合国力及提高经济增长速度的有效手段。而这些年我国企业，由物联网带来的经济收入逐年升高，且具有加快的增长趋势。可以说，物联网技术对经济的发展起到了举足轻重的作用，企业将应用物联网技术作为企业发展的主要措施。针对物联网技术发展状况而言，目前，物联网技术发展从设想到应用共经历了四个阶段，其逐渐由设想实现了技术推广与应用。而对于我国来讲，物联网相关技术已被列入国家重点研究项目，国家及企业投入了大量的资金及人力，而就目前实际情况而言，发展情况较好，且随着移动支付及互联网业务的推广，物联网技术在我国应用广泛，并带来了不小的经济效益，据工信部统计数据显示，2014年国内物联网产业规模达6000亿元，同比增长22.6%，2015年其规模达到7500亿元，同比增长25%。预计到2020年，中国物联网市场的整体规模将超过20000亿元，未来市场前景广阔。
2 系统总体框架设计
为满足高压输电线路监测长时间、远距离的特点，将系统设计为三层，分别是数据采集层、数据传输层、以及分析控制层三层。数据采集层主要完成对高压线路各节点上的电压、电流、温度等信号的采集工作。数据传输层通过zigbee通信与GSM/GPRS通信完成数据的传输。监控中心的计算机在接收到数据后，经过专家系统的处理，得出高压线路的实际运行情况。系统结构如图1所示。
其中每一个节点的数据采集由两个个副机与一个主机实现，主机和副机分别对高压输电线的每一相的电参数进行监控，副机采集得到高压线路相关的电参数后，通过短距离无线通信将数据发给主机。主机将所有数据收集后，首先通过Zigbee网络将数据数据汇总到一个主机上，然后再通过GSM将数据传送到监控中心。主机与主机之间的通信则采用Zigbee通信。
3 数据采集层
3.1系统电源的设计
为满足高压线路监控的长时间工作的需求，在不增加额外供电线路的情况下，考虑采用将高压线路上的电流通过互感，取得一定大小的交流电压，在经过变换得到系统工作电源。但由于一般高压线路的输电电流值变化范围较大，因此在电路设计过程中必须考虑相关器件参数的选择，并且要加入蓄电池，以保证在高压线路断路或是电流较小时，装置能够正常工作。
3.2传感器电路的设计
高压输电线路由于电压过高，无法采用常规的电压互感器进行电压采集。依据电磁场理论，交流高压输电线路在工作时周围会产生较强的电场，其强度的大小与线路的电压成正比，与离线路的距离成反比。在距离高压线路一定距离的位置设置一对电容极板，则电容两端会有感应电压产生，感应电压的大小为:
UAB=E×d
式中E为电容安装处的电场强度，d为电容极板之间的距离。可以通过调整平板电容距离高压线路的位置，使感应电压保持在0－3.3V之间，能够直接使用单片机自带的AD来进行数据采集。
3.3 短距离无线通信电路设计
对于10－110kV的输电线路，副机与主机之间的安装距离较短，通信方式可采用低功耗的短距离无线通信的方式进行。设计采用SI24R01无线通信模块，该模块采用2.4G的通信频段，并采用了数传芯片nRF24L01+，能够方便的支持SPI接口，实现对发射功率、通信频道以及协议的设置。模块整体具有功耗低，稳定性高，编程方便等特点。
4 数据传输层
数据传输层由Zigbee通信网络与GSM/GPRS通信两部分组成。主机通过Zigbee网络将整个网络中所有节点所采集到的数据进行汇总，然后通过GSM/GPRS通信部分可将主机收集到的数据传送至监控中心。
本次设计采用的是DRF1605H物联网模块，该模块采用TI公司的CC2530F256物联网芯片，并带有3.3V的串口。在开阔环境中的无线传输距离可达1.6km。并能够方便的设置模块的工作模式。
5 平台验证
实验平台采用调压器进行搭建，调压器的输入电压为380V，输出电压为0－450V之间可调。在距离模拟输电导线28mm的位置处安装平行电容板，在电压为450V的时候测得平行电容板间的电压约为482mv。
硬件平台采用ALLENTEK公司的STM32开发板为平台。该开发版以STM32F103ZET6芯片为核心，开饭版上集成了串口、无线通信以及触摸屏等多种外设，并且能够方便地通过USB来进行程序的下载。在采用KeilMDK软件进行程序编写后，将程序下载后进行测试，实际测得的电压约为440V左右。最终数据通过GPRS通信发送至手机。
结语
按照我国智能电网的发展规划，我国要通过高压输电线路行程全国范围内的电力高速通道，以实现全国能源的优化配置。因此可以预见，在未来长时间内，高压输电线路的覆盖范围将越来越广，对高压输电线路的监控越来越重要。本次设计了一套基于物联网的高压输电线路的参数监控装置，着重设计了电源模块以及传感器部分，使监控装置不用另加电源，直接利用高压输电线路的电源即可长时间工作。但在设计过程中没有考虑到电磁干扰、防潮、防雷以及各种自然环境等防护问题，在以后的设计中考虑以上一些问题。
参考文献
[1]李明.特高压输电线路状态监测技术的应用[J].中国新技术新产品，2016，(19):58-59.
[2]刘佩君.物联网技术惠及现代农业发展探析[J].中国农业资源与区划，2016，37(02):66-71.
论文作者:任虹,曾颖,靳涛,路蕙源
论文发表刊物:《防护工程》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/2
标签：线路论文; 高压论文; 电压论文; 技术论文; 主机论文; 通信论文; 距离论文; 《防护工程》2017年第30期论文;