陳思慧

摘要：輸電線路是電力系統(tǒng)的骨架，在電力系統(tǒng)中起著極其重要的作用，是電力系統(tǒng)重要的組成部分。隨著輸電線路的廣泛鋪設(shè)，面臨極端惡劣天氣條件的情況也越來(lái)越多，因此，輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)輸電線路運(yùn)行情況起著極其重要的作用，提高狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的質(zhì)量，也為輸電線路安全，穩(wěn)定運(yùn)行提供進(jìn)一步的保證。

關(guān)鍵詞：輸電線路 ，主備保護(hù)， 一體化， 低功耗

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）10（a）-0000-00

輸電線路對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全有著直接的影響，輸電線路不少處于惡劣的地質(zhì)條件以及惡劣的運(yùn)行環(huán)境下，對(duì)輸電線路的狀態(tài)采用先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)有著重要的意義。通過(guò)監(jiān)測(cè)確保事故隱患能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并即刻清楚，保障輸電線路處于良好的運(yùn)用狀態(tài)。對(duì)于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)給予極大的重視，輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的質(zhì)量提升對(duì)保證輸電線路穩(wěn)定，安全運(yùn)行有著至關(guān)重要的意義，下面就輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)質(zhì)量提升提出幾點(diǎn)的建議。

1 一體化設(shè)計(jì)

一體化設(shè)計(jì)就是功能集成，把監(jiān)測(cè)裝置的主控、數(shù)據(jù)采集、供電管理、模數(shù)轉(zhuǎn)換（含視頻編解碼）、音頻處理、通信等所有裝置需要完成的功能采用一體化集成設(shè)計(jì)原則，在一個(gè)模塊或采用一個(gè)應(yīng)用服務(wù)器去完成所有的工作，工作的開(kāi)啟、執(zhí)行、關(guān)閉，全部在模塊或應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)部的軟件完成。對(duì)于輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的CPU來(lái)說(shuō)，核心CPU板高度集成就是把數(shù)據(jù)、圖像、語(yǔ)音、AD轉(zhuǎn)換、GPRS通訊、電源管理等一體化設(shè)計(jì)，減少分立元件，提高集成度，進(jìn)而提高設(shè)備可靠性，如圖1所示。

這種設(shè)計(jì)是在電子設(shè)備發(fā)展中的大趨勢(shì)。其帶來(lái)的好處是：

1）可靠性提高，需要使用的功能全部在一個(gè)模塊或應(yīng)用服務(wù)器控制完成，不需要外圍電路，相對(duì)于多個(gè)電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，沒(méi)有器件之間故障相“與”的關(guān)系，其工作的可靠性是數(shù)量級(jí)的提高。

2）體積減小，由于功能的集成在一個(gè)模塊或一個(gè)應(yīng)用服務(wù)器之中，沒(méi)有了外圍電路，其體積減小是必然的。

3）成本降低，由于采用一體化集成設(shè)計(jì)，專用芯片相對(duì)于用通用芯片構(gòu)成的系統(tǒng)架構(gòu)，成本會(huì)極大的降低。

因此，我們?cè)谝粋€(gè)應(yīng)用服務(wù)器及模塊上集成了數(shù)據(jù)采集、圖像采集、運(yùn)算處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、電源管理、網(wǎng)絡(luò)通信等一體化實(shí)現(xiàn)，無(wú)論在體積上、結(jié)構(gòu)合理性上，特別在可靠性上得到較好的保障。同時(shí)在設(shè)計(jì)成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行大批量的專業(yè)化生產(chǎn)，保證了一體化集成模塊的一致性和可靠性。

2 可靠性設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)裝置的核心部分都會(huì)發(fā)生故障。即使我們進(jìn)行一體化集成，產(chǎn)生故障也是不可避免的。只是故障的頻率和無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間不同。但是將設(shè)備一體化集成模塊等設(shè)計(jì)成主備智能工作的切換模式，將大大提高裝置運(yùn)行的可靠性時(shí)間，具體實(shí)現(xiàn)方法是：當(dāng) 主一體化集成模塊發(fā)生故障時(shí)，智能切換啟動(dòng)備用一體化集成模塊，啟動(dòng)自動(dòng)裝載工作配置，從而提高裝置的運(yùn)行可靠性時(shí)間。

2.1電源供電雙備用

狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的電源系統(tǒng)采用太陽(yáng)能雙路充電（或風(fēng)光互補(bǔ)）、充電管理模組雙路管理、蓄電池雙路供電，全部供電系統(tǒng)完全隔離，互不影響；當(dāng)一路供電裝置出現(xiàn)故障時(shí)，不影響另一路供電裝置的可靠運(yùn)行。超高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)終端工作環(huán)境是220千伏、500千伏輸電線路上，可靠性要求高，在原來(lái)單芯片基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了雙主芯片、雙通訊通道、雙圖像采集、雙電源供電、雙數(shù)據(jù)采集、冷備份切換工作模式的在線監(jiān)測(cè)終端。該終端具備一體化結(jié)構(gòu)、功耗極小、接口統(tǒng)一、安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，使設(shè)備可靠性和自愈能力大大提高。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示：

圖1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的電源雙備用

2.2設(shè)備工作模塊雙備用

裝置對(duì)設(shè)備中央處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、供電管理單元、控制單元、通信單元等重要部分均設(shè)計(jì)為1+1主備用智能后備（單SIM卡）工作方式，工作原理如圖2所示。工作模塊的配置信息存儲(chǔ)在公共存儲(chǔ)器，后備模塊啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)裝載工作模塊的工作配置，無(wú)需重新配置工作參數(shù)。實(shí)踐證明，采用此措施后，有效的克服了設(shè)備安裝點(diǎn)的惡劣環(huán)境、強(qiáng)電磁干擾，檢修不便等困難，使設(shè)備在線運(yùn)行率得到明顯的數(shù)量級(jí)提高。

圖2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部1+1主備工作方式原理框圖

3 通信設(shè)計(jì)

3.1現(xiàn)有通訊方式的質(zhì)量提升

目前輸電線路在線監(jiān)測(cè)裝置基本上使用GPRS、3G模式進(jìn)行通訊，少量使用光纖、無(wú)線WIFI，遇到的問(wèn)題如下：

（1）GPRS、3G燒卡的問(wèn)題

燒卡的問(wèn)題與當(dāng)?shù)貧夂蛴嘘P(guān)，一般氣候干燥的地區(qū)容易出現(xiàn)該問(wèn)題，解決的措施為，在電路上增加釋放靜電的電容。

（2）GPRS、3G信號(hào)不好

輸電線路在線監(jiān)測(cè)裝置通常安裝在人跡罕至的地區(qū)，因此GPRS、3G信號(hào)也有不好的時(shí)候，如果遇到該問(wèn)題，解決措施是：使用高增益定向天線。以增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度和分辨力。避免信號(hào)重疊。

（3）光纖、無(wú)線WIFI的問(wèn)題

光纖、無(wú)線WIFI使用的功率太大，一般一個(gè)6口的工業(yè)交換機(jī)耗電量在7W左右，400mW發(fā)射功率的無(wú)線WIFI耗電在6W左右，解決的措施，去掉電壓轉(zhuǎn)換電路，減少不必要的功耗，實(shí)際使用不足4W，或者增加太陽(yáng)能板提供更多電能。

3.2新的通訊方式

3.2.1光纖環(huán)網(wǎng)與無(wú)線WIFI-MESH混合環(huán)網(wǎng)

光纖環(huán)網(wǎng)與無(wú)線WIFI-MESH混合環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案是：在每個(gè)光節(jié)點(diǎn)配置光交換機(jī)級(jí)聯(lián)、構(gòu)成光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)；在兩個(gè)光節(jié)點(diǎn)之間使用WIFI-MESH構(gòu)成無(wú)線環(huán)形局域網(wǎng)，與光纖環(huán)網(wǎng)相切落地，環(huán)網(wǎng)最容易發(fā)生的問(wèn)題是網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴：解決的具體措施是：把閉環(huán)網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議改造為樹(shù)狀網(wǎng)，即網(wǎng)絡(luò)的“生成樹(shù)協(xié)議 IEEE 802.1X”（STP）（X=1、Q）。但是，這種改造形成的切斷是軟切斷，當(dāng)出現(xiàn)閉環(huán)路徑故障時(shí)，協(xié)議會(huì)自動(dòng)將斷開(kāi)的鏈路愈合，保證數(shù)據(jù)鏈路的暢通，光纖與無(wú)線wifi混合網(wǎng)組網(wǎng)。

4 低功耗設(shè)計(jì)

狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置85%以上的時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，因此裝置的靜態(tài)功耗是考核裝置可靠性的重要指標(biāo)。

低功耗的重要性是，當(dāng)電池一定的時(shí)候裝置靜態(tài)耗電越小，則工作時(shí)間越久，在裝置靜態(tài)功耗相對(duì)低的情況下，需要配置的蓄電池才能越小，太陽(yáng)能板功率越低、面積越小，這樣對(duì)于方便安裝、減輕鐵塔載荷、降低設(shè)備成本、提高裝置運(yùn)行可靠性等均具有非常重要的意義。

（1）采用“輸電線路在線監(jiān)測(cè)一體化處理模塊”

實(shí)現(xiàn)了從單片機(jī)技術(shù)升級(jí)到ARM內(nèi)核應(yīng)用服務(wù)器（CPU）的飛躍，采用該模塊可完成數(shù)據(jù)采集、模擬量采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析處理、圖像采集處理、多方式通信等，主要接口有：IO檢測(cè)、IO控制、模擬量采集、視頻圖像采集、語(yǔ)音輸出、環(huán)境監(jiān)聽(tīng)、GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊、GSM通信。模塊靜態(tài)耗電為4V/14MA。為裝置低功耗打下基礎(chǔ)。

（2）所有傳感器接口包括電源供電均處于可控狀態(tài)。保證設(shè)備低功耗工作。

（3）電壓轉(zhuǎn)換均采用高轉(zhuǎn)換效率、低功耗的芯片，轉(zhuǎn)換靜態(tài)損耗低于10MA。

在以上措施的實(shí)施下，設(shè)備整機(jī)功耗大大降低。實(shí)踐應(yīng)用證明，檢測(cè)裝置整機(jī)在線靜態(tài)功耗小于12V/65mA，不在線休眠狀態(tài)下小于12V/35mA（可短信喚醒），全間歇工作方式小于12V/20 mA，在國(guó)網(wǎng)電科院、中國(guó)電科院、測(cè)試得到有效驗(yàn)證。

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