輸電線路防外力破壞管控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探析

范江濤

摘要：塔吊、施工設(shè)備、超高車輛在輸電線路下的違規(guī)通行，會(huì)直接導(dǎo)致輸電線路斷裂，進(jìn)而引發(fā)短路、停電等等嚴(yán)重的事故。對(duì)此，本文對(duì)一種以超聲波測距技術(shù)為基礎(chǔ)的輸電線路防外力破壞管控平臺(tái)進(jìn)行探討，以期為相關(guān)從業(yè)者提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：輸電線路;防外力破壞;超聲波測距;設(shè)計(jì);實(shí)現(xiàn)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力需求量在不斷增長，輸電線路分布區(qū)域越發(fā)廣泛，輸電距離也越來越長，而各種超高車輛、施工車輛的違法違章行為導(dǎo)致的輸電線路斷裂事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)輸電網(wǎng)絡(luò)供電穩(wěn)定性以及周圍人員生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極大影響。在這樣的背景下，就既需要先進(jìn)的管理方法以及技術(shù)來控制該問題。因此，探討輸電線路防外力破壞管控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

輸電線路防外力破壞管控平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

輸電線路防外力破壞管控平臺(tái)需要有外力破壞預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)要能夠自動(dòng)檢測輸電線路和周邊物體的距離，檢測周邊是否存在物體，并根據(jù)距離輸出不同的報(bào)警信號(hào)，該預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)由后端預(yù)警平臺(tái)、現(xiàn)場測距機(jī)、現(xiàn)場告警終端構(gòu)成。其中線上測距設(shè)備安裝在輸電線上，超聲波探測設(shè)備定期檢測隱患目標(biāo)和輸電線路之間的相互距離，如若二者距離小于預(yù)先設(shè)置的安全數(shù)值，線上測距設(shè)備就將該距離信息通過無線發(fā)射設(shè)備發(fā)送至現(xiàn)場告警終端，然后由該終端對(duì)信息進(jìn)行分析處理，并引發(fā)相應(yīng)的報(bào)警內(nèi)容，如現(xiàn)場報(bào)警、語音報(bào)警等[1]。同時(shí)，現(xiàn)場告警終端將信息通過信息傳輸模塊發(fā)送至后端預(yù)警平臺(tái)，警示相關(guān)工作人員實(shí)施應(yīng)急方案。

圖1.外力破壞預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)造圖

輸電線路防外力破壞管控平臺(tái)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

輸電線路防外力破壞管控平臺(tái)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)為：第一，超聲波探測設(shè)備發(fā)射角度為正負(fù)15°可調(diào)節(jié);第二，探測距離為0-5m;第三，探測精度控制在4.5cm以內(nèi);第四，無線發(fā)射模塊傳輸距離為25m以內(nèi)可調(diào)節(jié)，采用ISM頻段工作;第五，超高車輛非法通行，報(bào)警相應(yīng)時(shí)間必須控制在1.5s以內(nèi);第六，該系統(tǒng)必須要在較為惡劣的環(huán)境下工作[2]。

為滿足上述設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，測距設(shè)備的主控芯片需要選擇Science&Technology Consulting的STC89C52;超聲波測距模塊選用KS103;現(xiàn)場告警終端選用愛特梅爾公司的AT89C51SNDIC;無線模塊需采用nRF24L01（無線收發(fā)模塊可在2.4-2.5GHz ISM頻段工作，具有125個(gè)工作信道，在工作中呈現(xiàn)出能耗低、成本低等特點(diǎn)，同時(shí)該模塊采用增強(qiáng)型SchockBurst模式，能夠有效應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)丟失等問題。）;閃存采用SAMSUNG公司的K9F1208UOB[3]。

現(xiàn)場測距設(shè)備

現(xiàn)場測距設(shè)備以Science & Technology Consulting的STC89C52作為核心，其中主要包括無線發(fā)射、超聲波探測、電源等模塊，單片機(jī)和無線發(fā)射模塊之間的連接采用SPI作為接口，該核心有著高效率、低功耗、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。

超聲波測距能夠準(zhǔn)確的測量目標(biāo)和輸電線路之間的距離，本文列舉的系統(tǒng)中采用KS103超聲波測距模塊，該模塊內(nèi)部設(shè)置有溫度補(bǔ)償電路，在實(shí)踐中體現(xiàn)出較為良好的測量質(zhì)量，并且該模塊的探測頻率為500次/s;使用I2C接口實(shí)現(xiàn)和主機(jī)設(shè)備之間的通信，并且能夠自動(dòng)接收相應(yīng)主機(jī)發(fā)送的控制指令。該模塊共設(shè)置有二十余個(gè)可調(diào)整修改的I2C地址，工作電壓在4.0V左右。該系統(tǒng)使用的指令為0xb0在該指令的作用下，測距模塊的測距范圍可達(dá)5m，并且能夠返回mm單位數(shù)據(jù)，而主機(jī)則可直接讀取該數(shù)據(jù)，故響應(yīng)時(shí)間短。

現(xiàn)場告警終端

現(xiàn)場告警終端采用特定文件作為報(bào)警內(nèi)容，文件儲(chǔ)存在閃存中，無線接收模塊在接收到現(xiàn)場測距機(jī)的測量信息后，調(diào)用相關(guān)報(bào)警信息播放?，F(xiàn)場告警終端在運(yùn)作的過程中通過無線接收模塊接收數(shù)據(jù)內(nèi)容，若是接收到數(shù)據(jù)，保存在閃存中并產(chǎn)生中斷。報(bào)警裝置讀取閃存數(shù)據(jù)，然后將其和預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)以及報(bào)警等級(jí)作對(duì)比，再調(diào)用相應(yīng)的報(bào)警數(shù)據(jù)播放。

后端預(yù)警平臺(tái)

后端預(yù)警平臺(tái)主要涵蓋數(shù)據(jù)接收模塊、處理器、數(shù)據(jù)顯示模塊。數(shù)據(jù)接收模塊在接收到現(xiàn)場告警信息后，通過驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)顯示模塊顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，然后由監(jiān)測中心下達(dá)指令，巡線員接到指令后采取預(yù)備的方案實(shí)行。

輸電線路防外力破壞管控平臺(tái)的構(gòu)建，必須建立在預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)上，只有監(jiān)測中心獲取了足夠且可靠的監(jiān)測信息，才能夠下達(dá)合理的防控指令，從而將輸電線路破壞問題扼殺在搖籃中。

輸電線路防外力破壞管控平臺(tái)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

為驗(yàn)證輸電線路防外力破壞管控平臺(tái)預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)際功能，選取某輸電線路進(jìn)行測試。該110kV輸電線路跨越公路，輸電線路下方交通流量較大，時(shí)有超高車輛在輸電線路下方非法通行，存在極為嚴(yán)重的安全隱患[4]。經(jīng)過實(shí)踐測試，輸電線路防外力破壞管控平臺(tái)預(yù)警系統(tǒng)在監(jiān)測的過程中，目標(biāo)物和線上檢測機(jī)距離小于預(yù)設(shè)值時(shí)，現(xiàn)場告警終端直接現(xiàn)場報(bào)警，后端預(yù)警平臺(tái)正常顯示測試點(diǎn)狀態(tài)，在大于預(yù)設(shè)值的情況，未發(fā)送報(bào)警信號(hào)，測試結(jié)果符合技術(shù)要求。

四、結(jié)語

綜上所述，針對(duì)目前輸電穩(wěn)定性要求日益提高，吊車、超高車輛在輸電線路旁違規(guī)通行的情況，本文主要探討了一種基于超聲波測量技術(shù)的輸電線路防外力破壞管控平臺(tái)。該系統(tǒng)可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的預(yù)警保護(hù)，有利于預(yù)先防控計(jì)劃的實(shí)施。本文僅對(duì)輸電線路防外力破壞管控平臺(tái)的構(gòu)建進(jìn)行了簡要探討，更為深入的問題還需要廣大從業(yè)者深入分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]巢亞鋒，徐志強(qiáng)，段建家，等.架空輸電線路防外力破壞智能管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖南電力，2017（05）：22-26+32.

[2]李忠魁，程生安，趙明，等.基于高壓輸電線路的防外力破壞預(yù)警技術(shù)研究[J].軟件，2017（04）：150-153.

[3]王天強(qiáng).淺析輸電線路防外力破壞的原因及防范措施[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017（36）：201-202.

[4]郭圣，曾懿輝，張紀(jì)賓，等.輸電線路防外力破壞智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].廣東電力，2018（04）：147-151.