分體式桿塔傾斜檢測系統(tǒng)研制及應(yīng)用

百色供電局所轄輸電線路2600多公里，由于部分輸電線路沿線城鎮(zhèn)開發(fā)、沿線高速公路建設(shè)及地方小煤窯開采影響，造成部分線路桿塔基礎(chǔ)面的發(fā)生不同程度的變化。傾斜對電網(wǎng)的安全運行造成了很大威脅。由于輸電線路鐵塔數(shù)量大、鐵塔傾斜的因數(shù)多，范圍也比較廣，地形地勢復(fù)雜，僅靠輸電運行人員的日常檢查很難實現(xiàn)及時和準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)鐵塔發(fā)生傾斜故障，因此，研制一套經(jīng)濟、實用利于現(xiàn)場安裝的分體式桿塔傾斜檢測系統(tǒng)具有重要意義。

1.系統(tǒng)設(shè)計思路

分體式桿塔傾斜檢測系統(tǒng)由前端檢測裝置及后臺綜合分析軟件組成，前端裝置包括高精度傾角探測傳感器和微電子控制技術(shù)設(shè)計及電源部分，傾角探測器可對桿塔角度進行實時測量；微處理器通過程序指令設(shè)定工作模式及傳輸方式，進行初始化設(shè)定，傳輸率設(shè)定以及數(shù)據(jù)的編碼方式等。通過航空插頭與微處理器進行通訊，并將測量數(shù)據(jù)傳到微處理器進行存儲；處理器通過對軟件測量值進行分析計算，與預(yù)先設(shè)定閥值進行比較，超過設(shè)定值后進行預(yù)警顯示并通過頁面顯示、負(fù)責(zé)人短消息的方式告知相關(guān)責(zé)任人。

2.系統(tǒng)軟硬件特點及功能

2.1 前端裝置硬件電路組成

前端監(jiān)測裝置主要由傾角探測器、微處理器、3G通訊模塊、太陽能光伏供電系統(tǒng)及分體式蓄電池組成，裝置原理圖如圖1所示。

圖1 前端監(jiān)測裝置原理圖

2.1.1 傾角探測傳感器

高精度傾角傳感器具有體積小、防水、防塵、防戶外強電磁干擾，適于安裝，工作電壓低、溫度漂移小、測量范圍寬，其主要參數(shù)如下：

工作電壓DC12V、功率6W（瞬間最大：30W）、技術(shù)指標(biāo)高抗振>20000g，0.5ms，3次/軸、IP 68防護等級、高分辨率0.001o、寬溫工作-40～+85℃、線路垂直方向角度范圍：-90o～90o，線路方向角度范圍：-90o～90o、可靠性：平均無故障連續(xù)工作時間大于6300h，年故障次數(shù)不大于2次、具有數(shù)據(jù)采集、測量和通信功能，通過通信網(wǎng)絡(luò)將測量結(jié)果傳輸?shù)胶蠖司C合分析軟件系統(tǒng)、加電自啟動功能、具有在線自診斷功能。

2.1.2 微處理器

采用PIC877微處理器，其功能特點如下：

（1）采用總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和執(zhí)行總線分離，并采用不同的寬度，加快了指令的執(zhí)行速度。

（2）采用精簡指令集，提高了代碼的壓縮率。

（3）低功耗。

（4）抗干擾能力非常強，適合在復(fù)雜的電磁環(huán)境和獨立電源供電環(huán)境情況下，進行穩(wěn)定運行。

2.1.3 3G通訊模塊

裝置通訊模塊采用宏電的H9918 EVDO Module系，該模塊性價比高，在功能上兼容性強，設(shè)計緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品體積。模塊執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：CDMA2000 1x RTT、1xEV-DO Rev.A.制式為：CDMA頻段：800MHz（RX：869MHz～894MHz；TX：824MHz～849MHz）功能：EV-DO Rev A數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、CDMA語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、最大傳輸速度：下行：3.1Mbps；上行：1.8Mbps、貼片：雙面貼；電氣規(guī)格：工作電壓：3.3V±9%、IDLE電流：小于100mA、工作電流：小于400mA、峰值電流：小于900mA、最大發(fā)射功率：+23dBm、最小控制輸出功率：<-50dBm、靈敏度：<-105dBm（FRE≤5%）、EMC/EMI：符合中國EMC/EMI標(biāo)準(zhǔn)：GB9254-2008、ESD：1.5KV HBM、工作溫度：-30℃～+70℃、存儲溫度：-40℃～+85℃、相對濕度：0～95%；硬件規(guī)格：芯片組：CBP7.0處理器、UIM卡：支持R-UIM/NO-UIM天線：雙天線分集接收技術(shù)、USB接口：USB2.0全速、物理接口：mini PCI-EXPRESS。該模塊的供電電壓為3.3-4.8V，若采用鋰電池對模塊供電，模塊具有對電池溫度進行監(jiān)測功能。該模塊對各種M2M終端提供無線遠程傳輸能力，應(yīng)用領(lǐng)域遍及電力、油田、煤礦、氣象、環(huán)保、水利、熱力、燃氣、電信、郵政、銀行、交通、石化等行業(yè)。H9918 EVDO Module的接口為標(biāo)準(zhǔn)的Mini PCI-e，實際通訊邏輯接口為USB，完全達到EVDO網(wǎng)絡(luò)的速率要求。

2.1.4 太陽能光伏供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)電源由太陽能電池板、蓄電池及充放電控制器。充放電控制器的功能是將太陽能電池板供給的電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定直流電壓，給監(jiān)測裝置供電，并給蓄電池充電，完成電能的存儲。在夜晚無法供給太陽能或陰天等氣候情況太陽能供給不足時由蓄電池繼續(xù)給監(jiān)測裝置供電。蓄電池和太陽能電池板及控制箱采用分體設(shè)計，各自采用小型箱體進行設(shè)計、便于現(xiàn)場安裝。太陽能電池板的主要參數(shù)空載開路電壓7.5V，短路電流240毫安，用于控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對電池起到過充、過放電保護作用。裝置分體式蓄電池采用3.6V/4000毫安電池組，整個供電系統(tǒng)體積小，并保證在無光的情況下可靠工作20D.

2.2 后臺綜合分析控制軟件的主要功能

中心軟件的主要功能有前端監(jiān)測裝置參數(shù)設(shè)置、修改、接收數(shù)據(jù)顯示、存儲、查詢與數(shù)據(jù)打印。

（1）監(jiān)測裝置參數(shù)設(shè)置。在后臺軟件控制界面，對監(jiān)測裝置基本數(shù)據(jù)、基本參數(shù)、閥值進行初始化設(shè)置等。

（2）顯示。可以按預(yù)先設(shè)定的分類標(biāo)準(zhǔn)進行按桿塔及線路名稱分類顯示，也可顯示歷史值曲線圖。

（3）數(shù)據(jù)存儲。實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)記錄、當(dāng)前狀態(tài)。

（4）歷史數(shù)據(jù)整理。對歷史數(shù)據(jù)文件進行整理，刪除、修改選定的數(shù)據(jù)、名稱等。

（5）打印功能。實現(xiàn)對狀態(tài)數(shù)據(jù)的報表打印。

3.主要解決的技術(shù)難題

（1）數(shù)據(jù)采集壓縮編解碼技術(shù)

該采用數(shù)據(jù)壓縮編碼技術(shù)、單卡3G/GPRS/CDMA通道傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)編碼自適應(yīng)技術(shù)等技術(shù)；基于高性能DSP平臺，采用ARM嵌入式設(shè)計思路，支持多種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，支持動態(tài)域名解析可與PPPOE上網(wǎng)鏈路輕松接入。

（2）3G/GPRS/CDMA無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

該裝置通訊模塊采用3G/GPRS/CDMA WLAN網(wǎng)絡(luò)要比單跳網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定，這是因為在數(shù)據(jù)通信中，網(wǎng)絡(luò)性能的發(fā)揮并不是僅依靠某個節(jié)點.在傳統(tǒng)的單跳無線網(wǎng)絡(luò)中，如果固定的AP發(fā)生故障，那么該網(wǎng)絡(luò)中所有的無線設(shè)備都不能進行通信.而在3G/GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)中，如果某個節(jié)點的AP發(fā)生故障，它可以重新再選擇一個AP進行通信，數(shù)據(jù)仍然可以高速地到達目的地.從物理角度而言，無線通信意味著通信距離越短，通信的效果會越好.因為隨著通信距離的增長，無線信號不但會衰弱而且會相互干擾，從而降低數(shù)據(jù)通信的效率.而在3G/GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)中，是以一條條較短的無線網(wǎng)絡(luò)連接代替以往長距離的連接，從而保證數(shù)據(jù)可以以高速率在節(jié)點之間快速傳遞。

（3）傳感器探測技術(shù)

傾角探測傳感器是監(jiān)測系統(tǒng)的的首要部件，是能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號輸出的器件或裝置。傳感器應(yīng)準(zhǔn)確的和快速地響應(yīng)被測量的各種各樣的變動，主要通過其兩個基本特性——靜態(tài)特性和動態(tài)特性來反映被測量的這種變動性。

（4）太陽能及蓄電池供電技術(shù)

一般情況下安裝輸電線路野外現(xiàn)場的監(jiān)測裝置沒有可供使用的交流電源，為此必須借助能量收集技術(shù)，開發(fā)獨立的供電裝置。目前在高壓輸電線路監(jiān)控項目主要利用太陽能電源裝置，以此解決監(jiān)測裝置的供電問題。

（5）報警閥值評價標(biāo)準(zhǔn)

對于運行單位目前的最關(guān)心的是報警閥值問題，由于故障診斷的閥值目前主要來自物理電極模型的模擬實驗結(jié)果。

4.現(xiàn)場使用效果

通過近半年的現(xiàn)場應(yīng)用，表明裝置的效果明顯，大大提高了輸電線路運行的安全性。

（1）提高供電可靠性

采用桿塔傾斜在線監(jiān)測，能發(fā)現(xiàn)人工很難用肉眼觀察到的桿塔傾斜微小變化，幫助運行部門及早發(fā)現(xiàn)隱患，及時排除故障，從而提高輸電線路運行的可靠性。

（2）提高人身和設(shè)備安全

通過輸電線路在線監(jiān)視技術(shù)的實施減少了大量的停電檢修和帶電檢修工作量，減少了發(fā)生人身事故的機率。原來的巡視，需要人員定時到線路進行，且輸電線路都在地質(zhì)條件比較惡劣的地方，還有在天氣條件比較惡劣的情況，工人很疲勞，在實際工作中，發(fā)生人身事故的險情在系統(tǒng)內(nèi)時有發(fā)生。采用輸電線路在線監(jiān)視技術(shù)減少了人員定時巡視的需要，對確保人身安全和設(shè)備安全十分有利。

5.結(jié)束語

分體式輸電線路桿塔在線檢測系統(tǒng)測量精度高、功耗小、抗干擾能力強、安裝簡單、免維護。在設(shè)計上采用蓄電池與前端裝置分體設(shè)計便于現(xiàn)場安裝、可靠運行的需求。同時，采用監(jiān)測中心和監(jiān)測終端點對多點監(jiān)護的模式進行集中管理。通過在百色局110KV線路桿塔上現(xiàn)場運行，發(fā)現(xiàn)運行可靠、穩(wěn)定，可廣泛應(yīng)用于更高電壓等級桿塔監(jiān)測工作，具有良好的推廣應(yīng)用前景。