摘要：在当前的输电线路状态检测系统中没有具有统一标准的数据传输协议和存储模式，需要设计输电线路状态监测代理装置将监测装置与主站系统的联系进行替代。编写出了一套以3C2440 处理器为基础的嵌入式 Linux 设计方案，对通信接口进行了具体的设计，并对数据传输格式进行了统一的要求。该系统在直流联网工程中发挥了重要的作用，能够实现高压输电线路有效的运维管理。
关键词：智能电网；输电线路；状态监测；状态监测代理
随着国家智能电网建设的实施，输电和传输监控系统是智能电网的重要组成部分。国内目前应用于电力系统的电力变压器状态监测设备种类较多，这些设备会将收集的信息发送到独立的后台数据处理，所以不能在网络监控数据的各种类型的省或市进行综合性的分析和判断，限制了对数据的深层次分析和进行有效的统一管理[1]。更为重要的是，由于不同的设备制造商开发相同类型的监控数据传输协议和存储方式不同，导致沟通困难，严重阻碍同样的状态监测的综合分析设备数据和实时统计，不仅努力工作，而且对技术和数据共享造成一定的限制。这种发展方式越来越不适合智能电网的需求，并将被统一的行业标准所替代。
国家电网公司为了改变这一现状，设计了具有统一标准的状态监测代理，从而替代原有的通讯方式[2]，而不是原始的监控设备和主站系统。输电线路状态监测代理可以在当地的传播范围管理和协调各种状态监测设备，收集各种监控设备对数据的访问，实现监控设备和监控中心的通信，可以实现不同专业，制造商甚至跨行业状态监测信息的访问。
一、输电线路 CMA 设计
1、整体设计
输电线路状态监测代理需要提供到主站系统处理状态监测信息后，依照状态监测信息的特点，可分为电气类、，机械类和运行环境状态监测。状态监测代理的主要作用就是信息访问、控制命令，纵向数据传输、数据缓存和远程数据调用等，具有涉及监控内容比较庞大、数据比较大、要求具有高稳定性和数据封装困难等特点，因此以S3C2440设计方案为基础，采用嵌入式Linux，能够确保系统的稳定性、可伸缩性和更低的能耗[3]。输电线路状态监测代理装置框图主要包含了核心板和底板两个部分。为了将成本控制到最低，减少研发时间，在本装置中使用了Micro2440 核心板作为硬件核心，这个核心板是最小的系统板，电源只需要使用5V就可以开始进行调试开发。
根据I1接口通信协议[4]，为了将系统功耗进行进一步的降低，在通常情况下，输电线路状态监测代理会受到RTC时钟而苏醒，读取相关的数据后将激活指令发送到输电线路状态监测代理中，当该系统接收到激活指令后实现配置数据等指令，完成数据和配置等交互过程。针对不同的状态监测代理系统实施不同的轮询周期，轮询过程中状态监测的状态为被动激活，不能自主激活，当收到激活时没有其他的质量外，两分钟后将处于休眠。
2.2 通信方式设计
塔台状态监测代理是为了适应国家电网智能化发展而研发的智能检测设备，是数据集约化回传的代表产品。状态监测代理有多种数据通信模式，以完成各种不同的交流方式，状态监测单元和监控中心属于数据通信的核心，所以，状态监测代理通信设计主要包括短距离通信以及远距离通讯，分别遵循I1和I2协议。
2.3 低功耗设计
状态监测代理安装环境通常来说具有一定的特殊型，需要自己备带电源。传统在线监测设备使用太阳能电池进行供电，但在实际操作中，潮湿天气或太阳能电池板产品污染可能导致太阳能电池板输出功率小。本文设计的状态监测代理使用风光结合的供电方法，状态监测代理所需的电力是由蓄电池直接供应，，当电池电压不足时，由太阳能电池板或微型风力发电开始充电，确保电池电压可以为状态监测代理提供足够的。
4、安全防护设计
CMA是短距离无线通信网络、公共网络和OPGW的专用网络的桥梁[5]，当外界网络对接入到电网系统时就会存在一定的网络安全风险，当电力系统网络是整个系统的关键信息安全保护对象。CAG主站系统和线路CMA应该使用由国家密码管理局批准的硬件安全模块来加解密。安全组件包括无线通信、拓扑发现、认证和加密通信。
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二、应用研究
1、检测预警系统
杆塔倾斜多为隐性故障，采用传统人员常规巡视的方法会耗费大量人力物力，且实施可靠程度难以保证。采用电力杆塔倾斜实时检测预警系统可以对不良地质区域中的杆塔实时进行X-Y双轴向倾角监测，为电力安全运行部门提供决策依据。同时监控中心可远程对监测前端进行各种倾斜预警参数的设置。
2、输电线路等值覆冰厚度监测
能对恶劣气候环境下的输电线路线路覆冰监控系统进行实时在线监测，对冰雪天气下的覆冰导线进行预警，使线路维护部门随时了解前方输电线路等值覆冰情况，以防止由覆冰过多引起的线路跳闸停电、金具损坏、导线烧伤、拉倒杆塔等严重事故。
3、输电铁塔气象巡检安全监控防盗系统
随着我国电网的发展延伸，通过复杂地形及恶劣气候条件地区的输电线路日益增多。若电力部门在设计时对微地形、微气象的认识不足，对沿线风口、峡谷、分水岭等高山局部特殊地段的气象资料掌握不够，便会因气象原因发生倒塔、断线事故。特力康科技研发的输电线路微气象区数据监测系统可对输电线路廊部的微气象区进行实时数据监测，预防恶劣天气给线路带来的灾害。
4、输电线路导线温度监测装置
能实时监测导线电流、电压及导线温度数据，通过优化计算分析，在不突破导线允许温度极限值的前提下，充分挖掘线路的输送能力，以监测导线数据为依据适时提高输送容量，能够确规避输电导线增容带来的风险，保输电线路安全运行。
5、绝缘子污秽/泄漏电流在线监测系统
泄漏电流在线监测系统能对高压运行环境中绝缘子泄漏电流和监测点微气象状况进行实时监测。当现场环境湿度变化、绝缘子表面污秽物过多、绝缘子覆冰、零值绝缘子等因素引起绝缘子泄漏电流增大时，泄漏电流在线监测系统能够及时向线路运行维护部门发出预/报警信息。泄漏电流在线监测系统的挂网运行，能够在一定程度上降低绝缘子闪络、跳闸等事故发生的概率;同时为总结绝缘子电气性能下降规律、绝缘子闪络与其微气象、微环境变化之间的关系提供理论依据，为线路运行维护部门逐步实现从“定期检修”到“状态检修”的转变提供宝贵的现场运行资料。
6、输电线路导线振动在线监测系统
导线振动是由微风引起的一种高频率、小振幅的导线运动，导线振动是引起导线疲劳断股等事故的主要原因。特力康科技对导线振动问题进行了大量的研究后，成功研制了输电线路导线振动在线监测系统。输电线路导线振动在线监测系统可对导线风偏度、弧垂度或导线的对地距离进行监测。并将测量采集到的各种数据值通过无线网络传输到监控中心，能够对线路风偏、舞动情况进行有效监测。
结束语
随着电力建设的迅速发展，电网规模的不断扩大，在复杂地形条件下的电网建设和设备维护工作也越来越多。作为电力输送纽带的输电线路具有分散性大、距离长、难以巡视及维护等特点，因此对影响输变电设备运行的各种因素进行实时在线监测已成为一项迫切工作。输变电设备在线监测是智能电网输电环节的重要组成部分，是实现输电线路状态运行、检修管理、提升生产运行管理精益化水平的重要技术手段。
参考文献
[1]武石林.智能输电线路状态监测代理的研究与设计[J].工程技术:文摘版,2016(1):00089-00089.
[2]潘凌,王涛,陆宇航,等.智能输电线路状态监测装置可靠性分析[J].水电站机电技术,2016,39(4):41-45.
[3]张帆,谢学飞,牛永志,等.智能输电线路状态监测代理的研究与设计分析[J].工程技术:文摘版,2017(1):00102-00102.
[4]幺明.高压输电线路在线监测系统的设计与研究[J].城市建设理论研究:电子版,2016(10).
[5]董芳如,尹常永.智能电网状态检测技术研究[J].科研,2016(11): 00185-00185.
论文作者:沈菲1,邵亚敏2,许蕾1
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/20
标签：线路论文; 状态论文; 导线论文; 在线论文; 数据论文; 绝缘子论文; 电网论文; 《电力设备》2017年第15期论文;