基于微功耗的配電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

馬靜君，陳建紅，童小敏，董 菁

（浙江捷安工程有限公司，浙江 蘭溪 321100）

0 引 言

傳統(tǒng)的配電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在很多不足，由于野外環(huán)境十分復(fù)雜，監(jiān)測(cè)設(shè)備所需的電源無(wú)法得到保障，這就需要結(jié)合智能化技術(shù)設(shè)計(jì)全新的配電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 配電線路智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究的意義

隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，人們對(duì)于電力的需求也不斷增加。在這種情況下，需要電力網(wǎng)絡(luò)能夠更快速的發(fā)展建設(shè)，進(jìn)一步的擴(kuò)大配電線路的覆蓋范圍。目前，配電線路的覆蓋范圍廣、電力運(yùn)輸距離遠(yuǎn)。此外，在配電線路沿線有著十分復(fù)雜的地形條件，因此配電線路的安全性與穩(wěn)定性受地形與氣候等因素影響十分嚴(yán)重。這就需要針對(duì)配電線路進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)，保證線路能夠正常運(yùn)行[1]。

2 目前配電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

2.1 基礎(chǔ)條件差

我國(guó)大部分的配電線路都是在城市之外的野外，而在這些地方很難找到適合監(jiān)測(cè)設(shè)備使用的低壓電源。這就導(dǎo)致遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在野外很難正常安裝運(yùn)行。而太陽(yáng)能、風(fēng)能等能源在實(shí)際應(yīng)用中也都存在著極大的不穩(wěn)定性。當(dāng)出現(xiàn)陰天或者無(wú)風(fēng)的情況，這些能源的供給就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。此外，這些能源的相關(guān)設(shè)備體積大，運(yùn)輸以及安裝等工作都存在很多問(wèn)題。所以這些能源無(wú)法滿足配電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求，在實(shí)際運(yùn)用中無(wú)法保證全天對(duì)配電線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[2]。

2.2 監(jiān)測(cè)范圍有限

傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備都是使用槍機(jī)或者球機(jī)，但是這些監(jiān)測(cè)設(shè)備都存在著很多不足。槍機(jī)設(shè)備一般在通道位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但是設(shè)備的攝像頭無(wú)法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或者轉(zhuǎn)換視角。而球機(jī)設(shè)備在實(shí)際使用中雖然可以通過(guò)云臺(tái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)攝像頭，但是設(shè)備的功耗十分巨大，在很多位置都缺少符合球機(jī)使用的電源。因此，這種設(shè)備只能在一些固定的位置進(jìn)行安裝，其發(fā)揮的效果與槍機(jī)類似，無(wú)法達(dá)到全面的監(jiān)測(cè)效果。

2.3 系統(tǒng)預(yù)警能力不足

目前，大部分的配電線路遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都是使用后臺(tái)集成模式。這種方式在出現(xiàn)配電線路事故時(shí)需要通過(guò)通信渠道進(jìn)行預(yù)警，而一旦通信系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，預(yù)警系統(tǒng)則無(wú)法正常工作。球機(jī)設(shè)備當(dāng)前主要選擇通過(guò)自身移動(dòng)來(lái)完成監(jiān)測(cè)，但是球機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中易出現(xiàn)誤報(bào)的現(xiàn)象，導(dǎo)致預(yù)警能力不足[3]。

2.4 可靠性不高

由于太陽(yáng)能以及風(fēng)能設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間在野外工作，所以經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)積灰以及破損等問(wèn)題。此外，太陽(yáng)能以及風(fēng)能發(fā)電設(shè)備安裝了很多附件設(shè)備以及眾多設(shè)備連接線，這些部件在野外復(fù)雜的自然環(huán)境中很容易出現(xiàn)問(wèn)題。這些情況最終會(huì)導(dǎo)致配電線路的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可靠性降低，需要經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)，也給電力維護(hù)部門帶來(lái)大量的系統(tǒng)維護(hù)工作[4]。

3 低功耗配電線路智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 工作原理設(shè)計(jì)

在智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，主要對(duì)配電線路進(jìn)行視頻檢測(cè)設(shè)計(jì)。配電線路智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有自動(dòng)檢測(cè)、巡線故障定位等功能[5]。在實(shí)際應(yīng)用中，配電線路智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)波形進(jìn)行故障定位，并快速上報(bào)，終端視頻讀取數(shù)據(jù)[6]。

在實(shí)際研究應(yīng)用中，考慮電力電子元件等在內(nèi)的非線性器件對(duì)電壓傳輸效果所產(chǎn)生的難以分析的影響，實(shí)現(xiàn)圖像分向同時(shí)監(jiān)測(cè)，包括線路走向的安全監(jiān)控、樹木的生長(zhǎng)危害等，采用自取電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。要保證能時(shí)刻使在線監(jiān)測(cè)設(shè)備正常運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)不間斷供電，通過(guò)圖片智能診斷功能實(shí)現(xiàn)故障排查上報(bào)的準(zhǔn)確率，減少誤報(bào)率。同時(shí)，應(yīng)用溫度安全預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器獲取線路和金具的溫度信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、溫度信息標(biāo)準(zhǔn)、溫度信息展示、系統(tǒng)報(bào)警、對(duì)比分析、統(tǒng)計(jì)報(bào)表及短信提醒等功能。平臺(tái)提供對(duì)原始、采集數(shù)據(jù)信息的查詢，并通過(guò)計(jì)算形成年、月、日的各種報(bào)表。監(jiān)控平臺(tái)基于浙江捷安工程有限公司自主研發(fā)的軟件開發(fā)平臺(tái)，通過(guò)業(yè)務(wù)模塊的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各個(gè)功能。該開發(fā)平臺(tái)具有數(shù)據(jù)庫(kù)兼容功能和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能，可以保證溫度安全預(yù)警系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。強(qiáng)大的分析功能、完善的故障報(bào)警確保了輸電線溫度安全預(yù)警系統(tǒng)的完全可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。測(cè)溫傳感器如圖1所示。

3.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 取能電源的設(shè)計(jì)

當(dāng)線路電壓處于正常情況時(shí)，系統(tǒng)的互感器可保證在線監(jiān)測(cè)功能正常運(yùn)行，而當(dāng)線路由于故障發(fā)生斷電時(shí)，系統(tǒng)互感器不能為在線監(jiān)測(cè)設(shè)備提供必要的功率，為保證其正常工作，在系統(tǒng)中將會(huì)設(shè)置合適的取能電源為負(fù)載供電，防止由于線路故障造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)丟失。

圖1 測(cè)溫傳感器

3.2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主站設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主站設(shè)計(jì)主要分為3個(gè)部分。在設(shè)計(jì)中監(jiān)測(cè)設(shè)備的外網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)置在無(wú)線服務(wù)區(qū)。這一設(shè)計(jì)是為了使系統(tǒng)可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)。此外，還可以通過(guò)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行線路故障的判斷處理，最終將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息、線路故障定位以及波形數(shù)據(jù)等傳遞到智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主站中。而智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)網(wǎng)設(shè)置在控制安全區(qū)域，通過(guò)正向隔離區(qū)域向系統(tǒng)的外網(wǎng)傳遞信息，再?gòu)呐潆娋W(wǎng)絡(luò)的智能化資料以及系統(tǒng)前置建模數(shù)據(jù)中輸出信息。最后，智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的維護(hù)以及服務(wù)模塊設(shè)置在管理信息區(qū)域。為了保證系統(tǒng)的安全，在設(shè)計(jì)中將各個(gè)區(qū)域的信息傳遞分別隔離開，并通過(guò)正反隔離區(qū)域作為緩沖。具體設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主站設(shè)計(jì)示意圖

3.2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中分成4個(gè)子系統(tǒng)，分別是支撐子系統(tǒng)、應(yīng)用子系統(tǒng)、接入子系統(tǒng)以及業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。在軟件設(shè)計(jì)中，支撐部分主要包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各個(gè)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)服務(wù)功能，如數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)整理、系統(tǒng)信息隊(duì)列管理、系統(tǒng)記錄等。應(yīng)用子系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用，并為管理者提供人機(jī)交互界面，方便管理者進(jìn)行系統(tǒng)操作和查詢。接入子系統(tǒng)是智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中唯一的數(shù)據(jù)設(shè)備接入端口，主要負(fù)責(zé)為其他設(shè)備提供接入端口并進(jìn)行管理。業(yè)務(wù)子系統(tǒng)是負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，并完成故障分析定位等。

3.2.4 系統(tǒng)終端設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的終端由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備以及監(jiān)測(cè)控制平臺(tái)構(gòu)成。監(jiān)測(cè)設(shè)備由獨(dú)立取電單元及低功耗視頻終端構(gòu)成。監(jiān)測(cè)設(shè)備負(fù)責(zé)日常采集配電線路中現(xiàn)場(chǎng)故障及設(shè)備溫度信息，并記錄下信息及時(shí)傳回系統(tǒng)。而監(jiān)測(cè)控制平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)終端設(shè)備傳遞的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理、分析，并最終進(jìn)行故障定位、選擇線路、顯示故障情況、向管理者發(fā)送信息，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)故障的檢修及維護(hù)。

4 結(jié) 論

配電線路智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分為取能電源的設(shè)計(jì)、主站設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)以及終端設(shè)計(jì)四個(gè)方面，通過(guò)終端設(shè)備采集數(shù)據(jù)信息并傳遞回系統(tǒng)的主站，最終實(shí)現(xiàn)配電線路的智能化監(jiān)測(cè)。