徐云水，鄔卓恒，梁仕斌，李英娜,4，昌 明

（1. 昭通供電局，云南 昭通 657000；2. 昆明理工大學(xué)信息與自動(dòng)化學(xué)院，云南 昆明 650500；3. 云南電力試驗(yàn)研究院，云南 昆明 650217；4. 昆明理工光智檢測(cè)科技有限公司，云南 昆明 650032；5. 昆明能訊科技有限責(zé)任公司，云南 昆明 650200）

基于光纖傳感網(wǎng)的高壓輸電塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

徐云水1，鄔卓恒2，梁仕斌3，李英娜2,4，昌 明5

（1. 昭通供電局，云南 昭通 657000；2. 昆明理工大學(xué)信息與自動(dòng)化學(xué)院，云南 昆明 650500；3. 云南電力試驗(yàn)研究院，云南 昆明 650217；4. 昆明理工光智檢測(cè)科技有限公司，云南 昆明 650032；5. 昆明能訊科技有限責(zé)任公司，云南 昆明 650200）

電力系統(tǒng)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈，高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的橋梁。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓輸電線路的狀態(tài)安全對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要。早期，使用人工巡查監(jiān)測(cè)線路狀態(tài)，之后使用無(wú)線傳感設(shè)備監(jiān)測(cè)線路狀態(tài)。人工巡檢效率低下且不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、無(wú)線傳感設(shè)備易受高壓線路電磁干擾。光線傳感器以其抗干擾能力強(qiáng)、傳速速度快等特點(diǎn)能夠解決高壓輸電塔線監(jiān)測(cè)的安全性和實(shí)時(shí)性問(wèn)題。首先根據(jù)高壓輸電塔線需監(jiān)測(cè)的物理量研制光纖傳感器，其次架設(shè)光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，然后設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)高壓輸電線路監(jiān)測(cè)軟件平臺(tái)，最后，根據(jù)西靖線的實(shí)際情況布設(shè)傳感器、構(gòu)建傳感網(wǎng)絡(luò)、部署監(jiān)測(cè)平臺(tái)得到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)能實(shí)時(shí)接收傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)高壓輸電線路狀態(tài)

光纖傳感器；高壓輸電塔線；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；軟件設(shè)計(jì)

0 引言

云南省地處高原，氣候及自然環(huán)境非常復(fù)雜且地域差別較大，高壓輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)很多危害和隱患：云南省地震、構(gòu)造變形等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，泥石流、山體滑坡、地基沉降等現(xiàn)象也頻頻出現(xiàn)，由于復(fù)雜地質(zhì)條件限制，許多輸電塔線建在地質(zhì)不安全區(qū)域。提高高壓輸電設(shè)備的安全穩(wěn)定性，增強(qiáng)電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害的能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站及輸變電設(shè)備的多方面、全方位監(jiān)測(cè)，非常有必要引入新的監(jiān)測(cè)手段。傳統(tǒng)的輸電線路運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要依賴有源的電傳感器件，單項(xiàng)狀態(tài)量的監(jiān)測(cè)需配置相應(yīng)的電源、控制電路、通訊線路。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)除了需要電源、受電磁干擾嚴(yán)重等缺點(diǎn)外，特別在地質(zhì)監(jiān)測(cè)方面有精度較低、不適合邊坡內(nèi)部監(jiān)測(cè)造價(jià)昂貴等。

光纖傳感器自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，得到了廣泛的關(guān)注，特別是近幾年，光纖傳感器的工程應(yīng)用研究迅速發(fā)展。2010年，謝強(qiáng)[1]等人為研究風(fēng)荷載下覆冰導(dǎo)線動(dòng)張力對(duì)輸電塔結(jié)構(gòu)的動(dòng)力作用，利用 FBG應(yīng)變傳感器，通過(guò)覆冰特高壓輸電塔分裂導(dǎo)線藕聯(lián)體系風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)得了導(dǎo)線的動(dòng)應(yīng)變，發(fā)現(xiàn)規(guī)范對(duì)覆冰導(dǎo)線弦向張力荷載值的考慮略顯不足，不平衡張力容易成為輸電塔結(jié)構(gòu)破壞的重要原因。2011年劉健夫等人[2]探討了 Bragg光纖光柵（FBG）監(jiān)測(cè)方法和布里淵光時(shí)域反射（BOTDR）技術(shù)監(jiān)測(cè)方法，兩種方法優(yōu)點(diǎn)突出，具有廣泛的發(fā)展前景。最后做了展望，指出光纖監(jiān)測(cè)是未來(lái)地下工程監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。2013年，黃平平[3]等人通過(guò) FBG 應(yīng)變傳感器測(cè)試鐵塔 3 條料拉索的應(yīng)變，計(jì)算出鐵塔塔頂?shù)臄[幅，傾斜度誤差約 1/24 000，能夠滿足鐵塔安全報(bào)警的要求，可以代替人工定期測(cè)試的方法。2016年，黃新波[4]等人防止輸電塔塔體傾斜、變形，甚至出現(xiàn)倒塔等事故，提出了一種采用光纖光柵傳感器的鐵塔應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法，首先利用軟件分析鐵塔易故障點(diǎn)，使用光纖傳感器在易故障點(diǎn)實(shí)時(shí)采集應(yīng)力信息，利用監(jiān)控中心的專家軟件對(duì)鐵塔應(yīng)力進(jìn)行整體分析，當(dāng)鐵塔外部載荷過(guò)大時(shí)提前預(yù)警。光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于輸電導(dǎo)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)目前還處在初期研究階段。本文研究基于光纖傳感網(wǎng)的高壓輸電塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的弊端。

1 輸電塔線光纖傳感網(wǎng)

1.1 光纖傳感器

基于光纖傳感網(wǎng)的高壓輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)對(duì)象及其易受損的機(jī)理，系統(tǒng)使用的傳感器包括：結(jié)構(gòu)檢測(cè)光纖傳感器、環(huán)境檢測(cè)光纖傳感器與高壓環(huán)境中的光纖傳感器。主要有光纖光柵應(yīng)力應(yīng)變傳感器（三種），光纖光柵壓力傳感器（一種），光纖光柵震動(dòng)傳感器（一種），光纖光柵風(fēng)速、風(fēng)向傳感器（各一種），光纖光柵溫度傳感器（四種），光纖光柵濕度傳感器（兩種），光纖分布式應(yīng)變傳感器（一種）等，共計(jì)14種不同類型傳感器。同時(shí)，根據(jù)電力系統(tǒng)待監(jiān)測(cè)對(duì)象參數(shù)的區(qū)別，各傳感器使用不同的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求?？偟膩?lái)說(shuō)，一共使用的傳感器有以下幾種：自鎖緊式應(yīng)變傳感器、大量程應(yīng)變傳感器、高靈敏度光纖光柵位移傳感器、大量程光纖光柵位移傳感器、角度傳感器、土壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、稱重傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、濕度傳感器、高分子聚合物型光纖光柵濕度傳感器、毛發(fā)型光纖光柵濕度傳感器、環(huán)境溫度傳感器、導(dǎo)線溫度傳感器、耐高壓擊穿光纖溫度傳感器、測(cè)溫光纖復(fù)合絕緣子傳感器。

研制上述傳感器并通過(guò)傳感器測(cè)試得到光纖傳感器放置在該物理場(chǎng)中，得到相應(yīng)光纖解調(diào)儀對(duì)光纖傳感器輸出光信號(hào)解調(diào)信息，記錄不同時(shí)間及物理場(chǎng)環(huán)境中傳感器輸出信號(hào)，并將該信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，為傳感器綜合性能指標(biāo)的評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐。

1.2 光纖傳感網(wǎng)的組建

監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)由應(yīng)變傳感器、溫度傳感器、微風(fēng)振動(dòng)傳感器、傾斜傳感器導(dǎo)、線溫度傳感器等傳感器組成，用于監(jiān)測(cè)每一基塔上的狀態(tài)信息。光纖傳感技術(shù)[5]需借助于波分復(fù)用（WDM）技術(shù)、空分復(fù)用（SDM）等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分布式或準(zhǔn)分布式光纖組網(wǎng)，以擴(kuò)大傳感測(cè)試范圍。WDM[6]技術(shù)在光纖通信領(lǐng)域用來(lái)實(shí)現(xiàn)未來(lái)超大容量的全光通信的技術(shù)手段之一。由于光纖光柵的傳感信號(hào)是波長(zhǎng)編碼的，利用波分復(fù)用技術(shù)可實(shí)現(xiàn)同一光纖上不同傳感器的信息傳輸。通過(guò)光纖總線上各傳感光纖光柵的波長(zhǎng)信號(hào)來(lái)詢址，每個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)攜帶不同測(cè)量點(diǎn)、不同參量(可以是同一測(cè)量點(diǎn)的信息)的信息，從而實(shí)現(xiàn)光纖光柵傳感大容量詢址的目的，如圖1所示。

SDM[7]傳感網(wǎng)絡(luò)中，各光纖通路按照空間位置進(jìn)行編碼，SDM技術(shù)將光源發(fā)出的光信號(hào)通過(guò)選通光開(kāi)關(guān)切換到所需要詢址的光纖通路，因此該光纖通路上的光纖光柵受到被測(cè)場(chǎng)的調(diào)制，從而把被測(cè)場(chǎng)的信息反饋到波長(zhǎng)解調(diào)設(shè)備，如圖2所示。

圖2 光纖光柵傳感網(wǎng)空分復(fù)用技術(shù)圖Fig.2 Space division multiplexing technique of fiber grating sensor network

為有效提高光纖傳感網(wǎng)絡(luò)效果，更大限度地增加傳感器的布設(shè)，可結(jié)合上波分復(fù)用（WDM）技術(shù)、空分復(fù)用（SDM）。如圖3所示為結(jié)合WDM、SDM技術(shù)的光纖光柵傳感網(wǎng)[8,9]，利用該技術(shù)可同時(shí)對(duì)m×n只傳感器的布設(shè)與解調(diào)。

圖3 綜合型的光纖光柵復(fù)用技術(shù)Fig.3 Integrated fiber grating multiplexing technology

傳感器工作過(guò)程中波長(zhǎng)串?dāng)_，同一光纖通道中傳感器波長(zhǎng)間距應(yīng)保證在2.0~2.5以上（依傳感器具體輸出范圍而定），每通道可串聯(lián)光柵數(shù)量為 16~20只。

光線傳感器組網(wǎng)中重要的一個(gè)步驟是光纖橋接技術(shù)，本系統(tǒng)中光技術(shù)在線路全工況無(wú)源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在沒(méi)有接續(xù)盒上的桿塔上架設(shè)子網(wǎng)絡(luò)需要考慮采用其他的接入方式[10,11]：在沒(méi)有自然接續(xù)盒的桿塔上專門架設(shè)一段ADSS光纜，連接到附近有接續(xù)盒的桿塔上。假定OPGW的接續(xù)盒在29號(hào)耐張塔上，OPGW 的兩芯從 29號(hào)塔接續(xù)盒中與外加的ADSS光纖連接，將ADSS另一端連接到30號(hào)塔上，如圖所示。30號(hào)桿塔上光傳感器組成的子網(wǎng)絡(luò)通過(guò)ADSS接入OPGW光纜，監(jiān)測(cè)主機(jī)放置在線路一端變電站的機(jī)房?jī)?nèi)。

圖4 OPGW接續(xù)盒Fig.4 OPGW connector box

2 輸電塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

傳統(tǒng)的輸電線路在線監(jiān)測(cè)是采用電信號(hào)的傳感器進(jìn)行測(cè)量，在強(qiáng)電磁環(huán)境下易受到信號(hào)干擾和丟失，無(wú)法實(shí)現(xiàn)參量的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，而本系統(tǒng)利用光纖傳感器克服了這些缺點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)輸電線路各參量的精準(zhǔn)測(cè)量。設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)軟件的用戶為輸電線路安全負(fù)責(zé)人員，該系統(tǒng)能覆蓋公里內(nèi)所有的輸電線路，系統(tǒng)用戶界面操作簡(jiǎn)單、整潔、美觀，對(duì)于不具備專業(yè)知識(shí)的用戶也很容易上手操作。

2.1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

輸電塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)依靠的技術(shù)平臺(tái)共分為3部分如圖 5所示：光纖光柵傳感器組網(wǎng)、塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算分析。其中，光纖傳感網(wǎng)是高壓輸電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)，是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源；塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)是輸電塔線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心；數(shù)據(jù)分析與狀態(tài)評(píng)測(cè)是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步的拓展。

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用集中式的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：PostgreSQL存儲(chǔ)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；影像數(shù)據(jù)和一部分靜態(tài)的電子地圖數(shù)據(jù)則采用 GeoDatabase方式存儲(chǔ)在硬盤加快數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度。

三維圖形平臺(tái)（B/S），是基于微軟DotNet平臺(tái)使用C#語(yǔ)言編寫的ASP.NET Web應(yīng)用程序，使用SkyLine作為 3D數(shù)據(jù)的展示與應(yīng)用平臺(tái)，使用OpenLayers來(lái)訪問(wèn)GeoServer提供的WMS平面地圖服務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用的是 Postgresql數(shù)據(jù)庫(kù)，使用 ADO.NET數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。B/S采用asp.net+jquery來(lái)編寫界面，而用ado.net來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)，另外用開(kāi)源的地圖訪問(wèn)腳本：openlayers來(lái)訪問(wèn)geoserver提供的WMS地圖服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖的操作與控制。

2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

輸電塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體功能分為五個(gè)主要模塊：監(jiān)測(cè)界面、時(shí)序曲線、報(bào)表管理、報(bào)警管理、后臺(tái)管理。如圖6所示。

在線監(jiān)測(cè)界面采用flash制作，主要顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊flash界面上的任一監(jiān)測(cè)區(qū)域可顯示該區(qū)域當(dāng)前的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；時(shí)序曲線可以顯示特定區(qū)域特定傳感器的歷史數(shù)據(jù)曲線；趨勢(shì)分析是依據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析推算傳感器的未來(lái)數(shù)據(jù)；報(bào)表管理包括日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表管理兩個(gè)部分，數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)代理實(shí)現(xiàn)每小時(shí)和每天自動(dòng)添加平均數(shù)據(jù)進(jìn)入日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表。

圖5 狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)圖Fig.5 State monitoring system platform technical architecture

圖6 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖Fig.6 Overall design diagram of the system

報(bào)警管理包括報(bào)警記錄和報(bào)警處理兩個(gè)部分。其中，報(bào)警記錄負(fù)責(zé)記錄當(dāng)前和歷史報(bào)警狀態(tài)。當(dāng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)自動(dòng)將報(bào)警記錄添加到報(bào)警記錄表中。實(shí)時(shí)界面顯示報(bào)警的地點(diǎn)及警報(bào)燈；報(bào)警處理顯示已處理的所有報(bào)警信息。該模塊可實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息查詢，通過(guò)用戶所選擇的查詢條件篩選出所需要的報(bào)警信息。后臺(tái)管理包括用戶管理、傳感器參數(shù)管理、監(jiān)測(cè)區(qū)域管理、測(cè)點(diǎn)配置管理和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理五個(gè)功能。

2.3 結(jié)構(gòu)功能

第一、在線監(jiān)測(cè)，在線監(jiān)測(cè)界面采用flash制作，主要顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊flash界面上的任一監(jiān)測(cè)區(qū)域可顯示該區(qū)域當(dāng)前的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；除此之外，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)生報(bào)警時(shí)，還會(huì)在相應(yīng)報(bào)警位置閃爍報(bào)警燈。在線監(jiān)測(cè)模塊是高壓輸電線路的核心模塊，此模塊一共可分成9個(gè)功能子模塊如圖7所示，數(shù)據(jù)接收、三維桿塔展示、光纖復(fù)合絕緣子監(jiān)測(cè)、導(dǎo)線溫度監(jiān)測(cè)、導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)、導(dǎo)線覆冰監(jiān)測(cè)、微氣象監(jiān)測(cè)、桿塔傾斜檢測(cè)，數(shù)據(jù)維護(hù)。

圖7 在線監(jiān)測(cè)模塊Fig.7 Online monitoring module

第二、時(shí)序曲線，時(shí)序曲線包括時(shí)序曲線和趨勢(shì)分析兩個(gè)部分。時(shí)序曲線可以顯示特定區(qū)域特定傳感器的歷史數(shù)據(jù)曲線；趨勢(shì)分析采用算法，依據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析推算傳感器的未來(lái)數(shù)據(jù)。

第三、報(bào)表管理，報(bào)表管理包括日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表管理兩個(gè)部分，數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)代理實(shí)現(xiàn)每小時(shí)和每天自動(dòng)添加平均數(shù)據(jù)進(jìn)入日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表。報(bào)表管理模塊可以查看不同日期的日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表情況。

第四、報(bào)警管理，報(bào)警設(shè)置包括報(bào)警記錄和報(bào)警處理兩個(gè)個(gè)部分。報(bào)警記錄模塊記錄當(dāng)前和歷史報(bào)警狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)自動(dòng)將報(bào)警記錄添加到報(bào)警記錄表中。實(shí)時(shí)界面顯示報(bào)警的地點(diǎn)及警報(bào)燈。報(bào)警處理模塊顯示已處理的所有報(bào)警信息。該模塊可實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息查詢，通過(guò)用戶所選擇的查詢條件篩選出所需要的報(bào)警信息。

第五、后臺(tái)管理，后臺(tái)管理包括用戶管理、傳感器參數(shù)管理、監(jiān)測(cè)區(qū)域管理、測(cè)點(diǎn)配置管理和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理五個(gè)功能。

（a）用戶管理：用戶登錄是用戶與系統(tǒng)的接口，用戶必須先登錄系統(tǒng)并經(jīng)系統(tǒng)驗(yàn)證無(wú)誤后，方能獲得相應(yīng)的權(quán)限以進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行操作。系統(tǒng)登錄同時(shí)也承擔(dān)著系統(tǒng)的安全防范任務(wù)，系統(tǒng)登錄可以完成對(duì)用戶信息的校驗(yàn)，對(duì)于不正確的用戶信息進(jìn)行鑒別并拒絕其進(jìn)入系統(tǒng)；對(duì)正確的用戶信息進(jìn)行進(jìn)一步的處理，獲取用戶在該系統(tǒng)中的權(quán)限信息，并進(jìn)行用戶狀態(tài)登記，引導(dǎo)用戶進(jìn)入相應(yīng)的操作界面。修改用戶：高級(jí)別用戶可通過(guò)該模塊來(lái)增加、刪除、修改比其級(jí)別低的用戶信息，從而確定低級(jí)別用戶的權(quán)限，方便人員的管理。退出系統(tǒng)：點(diǎn)擊退出系統(tǒng)，整個(gè)程序?qū)㈥P(guān)閉。（b）傳感器參數(shù)管理：用戶可以在此界面管理所有傳感器的參數(shù)。（c）監(jiān)測(cè)區(qū)域管理：監(jiān)測(cè)區(qū)域管理界面可以查看、修改、刪除監(jiān)測(cè)區(qū)域的監(jiān)測(cè)編號(hào)、名稱、監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)量、通信方式等。（d）測(cè)點(diǎn)配置管理：測(cè)點(diǎn)配置管理界面可以查看、修改、刪除相應(yīng)監(jiān)測(cè)區(qū)域的傳感器編號(hào)、測(cè)量閥值上下限、報(bào)警開(kāi)關(guān)、設(shè)備狀態(tài)等信息。（e）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理界面可以根據(jù)測(cè)點(diǎn)區(qū)域、監(jiān)測(cè)時(shí)間等信息查看傳感器的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

第六、退出系統(tǒng)退出系統(tǒng)功能可使整個(gè)程序?qū)㈥P(guān)閉。系統(tǒng)提供的后臺(tái)管理功能，是保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。傳感器管理提供各監(jiān)測(cè)傳感器的物理參數(shù)；區(qū)域管理劃分整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域；測(cè)點(diǎn)配置將監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的測(cè)點(diǎn)與傳感器一一對(duì)應(yīng)起來(lái)；傳感器映射將系統(tǒng)采集的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)到各傳感器；數(shù)據(jù)庫(kù)管理為數(shù)據(jù)安全提供保證。

3 系統(tǒng)實(shí)施及應(yīng)用

3.1 傳感器的安裝

以西靖線 30#塔線背景，將基于光纖傳感網(wǎng)的高壓輸電塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用于的山地塔線的地質(zhì)監(jiān)測(cè)與狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

首先對(duì)西靖線 30#塔的地理環(huán)境特性和桿塔結(jié)構(gòu)、邊坡進(jìn)行有限元分析獲得應(yīng)力集中點(diǎn)和狀態(tài)易破壞點(diǎn)，針對(duì)有限元分析數(shù)據(jù)，安裝不同的光纖傳感器，例如圖8所示的微風(fēng)振動(dòng)傳感器、風(fēng)速傳感器、鐵塔傾角傳感器、稱重傳感器。安裝完成傳感器后組建光纖傳感網(wǎng)，安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件。

圖8 傳感器安裝Fig.8 Sensor installation diagram

3.2 塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)

進(jìn)入高壓輸電塔線監(jiān)測(cè)得左側(cè)顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)得功能點(diǎn)，進(jìn)入全光網(wǎng)分布圖圖后的主界面后就會(huì)展示二維GIS展示界面是監(jiān)測(cè)區(qū)分布圖、監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖，在GIS圖像二維展示的模型顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體地里位置，點(diǎn)開(kāi)具體位置后顯示該鐵塔的監(jiān)測(cè)的具體的監(jiān)測(cè)屬性包括導(dǎo)線溫度、絕緣子風(fēng)偏監(jiān)測(cè)、導(dǎo)線微風(fēng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)、覆冰監(jiān)測(cè)、桿塔傾斜監(jiān)測(cè)、微氣象監(jiān)測(cè)、光纖復(fù)合絕緣子監(jiān)測(cè)。在三維圖中能具體至少鐵塔的傳感器的具體位置，如圖9、10所示。

點(diǎn)擊主監(jiān)測(cè)界面上的導(dǎo)線溫度監(jiān)測(cè)，顯示導(dǎo)線的溫度。監(jiān)測(cè)畫面如下圖11所示。

在微環(huán)境的監(jiān)測(cè)可以監(jiān)測(cè)風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等問(wèn)題，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示畫面如下圖12所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合云南省高壓輸電塔線發(fā)展現(xiàn)狀和云南省地理環(huán)境因素，針對(duì)傳統(tǒng)輸電線路監(jiān)測(cè)存在的技術(shù)難題，提出基于光纖傳感網(wǎng)的高壓輸電塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。針對(duì)現(xiàn)存塔線監(jiān)測(cè)現(xiàn)存問(wèn)題，研制光纖傳感器，建立光纖傳感器網(wǎng)，開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓輸電塔線狀態(tài)，保證塔線安全并在西靖線30#塔線附近的電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)施。高壓輸電線路監(jiān)測(cè)還處于初步階段，特別是在高海拔地區(qū)輸電塔線還處于起步階段。隨著我國(guó)電網(wǎng)智能化的發(fā)展，光纖光柵因其抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速度快的特點(diǎn)在電網(wǎng)智能化上得到廣泛應(yīng)用。

圖9 高壓輸電塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)主界面Fig.9 High voltage transmission line condition monitoring main interface

圖10 高壓輸電塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)三維圖Fig.10 Three dimensional diagram of state monitoring of high voltage transmission tower

圖11 導(dǎo)線稱重監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.11 Monitoring data of conductor weight

圖12 環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)Fig.12 Data for environmental temperature monitoring

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State Monitoring System of High Voltage Transmission Tower Line Based on Optical Fiber Sensing Network

XU Yun-shui1, WU Zhuo-heng2, LIANG Shi-bin3, LI Ying-na2,4, CHANG Ming5
(1. Zhaotong Power Supply Bureau, Zhaotong, 657000, China; 2. Faculty of Information and Automation, Kunming University of Science and Technology, Kunming, 650500, China; 3. Yunnan Electric Power Research Institute, Kunming 650217, China; 4. Kunming engineering light Testing Technology Co., Ltd., Kunming, 650032, China; 5. Kunming NengXun of Information Technology Co., Ltd, Kunming, 650200 China)

The power system is the lifeline of the national economy, high-voltage transmission line is the bridge of the power system. The real-time monitoring of the state security of high voltage transmission lines is crucial to the national economy. In the early days, manual patrol was used to monitor the status of the line, and then wireless sensors were used to monitor the status of the line. Manual inspection is inefficient and can not be monitored in real time, and wireless sensing equipment is susceptible to electromagnetic interference of high-voltage lines. Because of its strong anti-interference ability and fast transmission speed, the light sensor can solve the security and real-time problems of high voltage transmission line monitoring. According to the physical quantity of high voltage transmission tower line monitoring the development of optical fiber sensor, the optical fiber sensor network design and construction, the development of monitoring software platform, high voltage transmission line finally, according to the actual situation, Xi Jing line sensor layout construction of sensor network deployment, monitoring platform,real-time monitoring data. The system can receive sensor data in real time and monitor the status of high voltage transmission line.

Optical fiber sensors; High voltage transmission tower line; Condition monitoring; Software design

TP212

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.11.005

本文著錄格式：徐云水，鄔卓恒，梁仕斌，等. 基于光纖傳感網(wǎng)的高壓輸電塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]. 軟件，2017，38（11）：29-35

國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目(51567013); 國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目(51567011)

徐云水(1972-)，男，昭通供電局副總工程師、高級(jí)工程師，主要從事昭通電網(wǎng)發(fā)電、輸電、變電、配電的生產(chǎn)運(yùn)行、檢修試驗(yàn)及大修技改等生產(chǎn)管理等方面的工作；鄔卓恒(1993-)，男，碩士研究生，主要從事電力大數(shù)據(jù)分析、塔線狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究、數(shù)據(jù)安全方面的研究工作；梁仕斌(1974-)，男，云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司技術(shù)開(kāi)發(fā)中心主任、教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)電磁測(cè)量及儀表研究工作；昌明(1985-)，男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)輸變電狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息化工作。

李英娜(1974-)，女，碩士，副教授，主要從事傳感網(wǎng)組建與信息集成和智能分析研究工作。