关于使用mesh组网通信技术配合感应监测装置搭建数字化架空输电线路的研究

关于使用mesh组网通信技术配合感应监测装置搭建数字化架空输电线路的研究

张凯腾

（揭阳供电局     广东揭阳  522000    ）

摘要：本文主要从mesh组网通信技术和配合使用的感应监测装置入手进行研究讨论。mesh组网通信技术主要论述其通信运行原理、组网优化和安装维护三个方面，其中安装维护方面是决定该系统长期稳定运行的重要因素，因此需对mesh组网通信设备的加密和抗干扰能力进行研究。而感应监测装置则优先选取现已成熟应用的三种设备进行模块化组合应用，包括温度传感器、电晕棒、红外热像仪等，以模块化组合应用的方式具有可扩展、维护方便的特点。二者组合搭建出的通信监测系统可以实现架空输电线路初步数字化的数据采集需求，后期则利用监测装置模块化的特点扩展更多的感应设备，进一步实现架空输电线路全生命周期的数字化数据采集需求。

关键词：组网通信技术；感应监测装置；数字化架空；输电线路

一、前言

目前电力系统的数字化管理主要是通过智能电网工程、无线通信网络、电力电子技术和信息技术来实现的，其中智能电网工程集成了数据采集和传输技术、信息技术应用等多项先进技术应用，所以在整个数字化建设过程中占有重要地位。而在具体工作中，架空输电线路由于其地理位置分布广、杆塔结构复杂等因素，造成其通信监控系统存在着监测范围小、精度低、安全性差等问题。因此，研究如何有效地对输电线路进行监控成为智能电网工程建设的一项重要工作。

二、使用mesh组网通信技术配合感应监测装置的优势

无线mesh组网通信技术是指利用无线方式组成网络来传输数据的一种方法。mesh组网通信技术是由美国斯坦福大学提出的一种新型的无线通信网络架构。其最大特点是具有自组织、自修复、自调整等特点。使用这种网络架构不仅可以有效减少数据传输时间，还可以在数据传输过程中具有很好的保密性、安全性等优点。在实际工作中，由于输电线路一般都比较长，并且很多都是沿着山坡或者其它地形修建的，这就造成了输电线路监控的困难。使用传统的无线传输技术存在着信号差、传输距离短等问题，因此在实际应用中经常需要通过光纤来对信号进行传输，而光纤传输在实际工作中则存在着布线复杂、维护困难等问题。若使用mesh组网通信技术配合感应监测装置则能够解决上述问题，并且具有以下几个方面的优势：

（一）实现监测终端之间的信息共享

通过使用mesh组网通信技术，每个监测终端设备都可以通过mesh组网来与其他的智能终端设备进行连接，从而实现信息共享。例如，某基杆塔通过温度传感器触发山火报警信息，就可以通过信息传输链路激活附近的其他监测终端设备，实现区域监测和预警。

（二）降低安装调试及后期维护的难度

传统的无线传输技术中，需要通过光纤来对信号进行传输，这样就使得其布线复杂、安装调试以及后期维护的难度都比较大。而使用mesh组网通信技术就能够有效的解决这一问题，由于使用mesh组网无需对光纤进行布线，所以其布线难度也比较小，安装调试也非常方便，并且这种方式还可以实现自动组网以及自动切换网络的功能，避免由于信号传输不稳定造成的数据错误和信息丢失等问题，从而使得其能够更加安全可靠地运行。

（三）提高传输效率

在实际应用中，由于输电线路的长度比较长，因此在建设的过程中需要布置大量的无线设备来实现数据传输，然而在实际工作中这种方式不仅工程量大、施工周期长，而且还存在着信号不稳定、传输效率低等问题。而使用mesh组网技术可以将多个无线设备进行连接，也可以将有线传输与无线传输相结合，从而实现信号的交换与共享，这样就大大降低了施工的难度和工程周期。

三、感应监测装置的工作原理

感应监测装置主要由感应模块、电晕棒、温度传感器、红外热像仪等部件组成。当输电线路运行时，覆盖杆塔的无线电波将会被感应模块接收，并转换成电信号进行交互，而装置产生的监测数据通过模数转换器对其进行放大处理后转换成数字信号，再经由无线链路传输到数据处理终端进行分析处理。

温度传感器是感应监测装置中的重要组成部分，温度传感器主要由测温探头和测温电路组成。其中，测温探头的材料为铜箔，厚度为0.5 mm。测温电路采用三端稳压器，将电阻、电容和三极管等元件进行串联构成电压型稳压电路。在温度传感器与测量电路之间设有一段20~50Ω的匹配电阻，以保证二者之间的信号传输无阻。当输电线路运行时，输电线路所产生的电磁感应将会改变导体中的电流，从而引起电阻值的变化，而电阻值变化后所产生的电压信号则可以通过电压型稳压器转变为与温度有关的电信号。以此为基础，可对导线表面的温度进行测量。

电晕棒由绝缘材料制成，在高电压场强的作用下，会产生电晕放电现象。感应监测装置通过电晕放电产生的不同强度的电磁波信号捕捉电晕放电现象，并将其转换成数字信号传输至数据处理终端，可以准确地判断出输电线路发生故障的位置。

红外热像仪是一种以红外辐射原理为基础的测温仪器，它能将物体表面的温度分布情况转变为热图像。输电线路存在故障缺陷时，将会产生大量的热量，而这种热量在局部温度分布不均匀的情况下便会导致设备周围温度异常升高。红外热像仪通过对红外图像进行分析就能发现设备上的缺陷和异常，从而为故障诊断提供依据。

四、输电线路无线监测系统的结构设计

输电线路无线监测系统主要由监测终端、数据处理中心和管理平台等三部分组成。监测终端的主要功能是利用传感器技术对输电线路上的各种信息进行采集，并通过无线通信技术将这些信息发送给数据处理中心。数据处理中心的主要功能是对监测终端传送的信息进行分析和处理，并通过管理平台向用户提供必要的信息，从而实现对输电线路状态的实时监测。管理平台的主要功能是用来接收、存储、查询和展示各个数据处理终端发送过来的数据，并对其进行有效的管理，并通过通信网络对整个系统进行远程控制。

其中，传感监控终端是整个系统的核心部分，它负责将传感器采集到的信号转换成数字信号，并将其通过无线通信方式发送给数据处理中心。对于传感监控终端来说，由于它内部包含了大量的传感器采集部件和控制部件，因此一般采用低功耗芯片作为其内部电路元件设计。

五、输电线路无线监测系统应用中的主要技术问题及解决方法

输电线路无线监测系统的应用主要是通过在输电线路上安装传感监控装置，实现对输电线路的实时监测，以便及时掌握线路状况，发现事故隐患。综合上文中的理论数据可总结出以下几点：

1.输电线路分布广，杆塔数量多，在实际应用过程中，输电线路监控系统需要接入大量的传感器节点，而这些传感器节点随着杆塔安装大部分都远离城镇，当采用传统的有线连接方式时，就会造成网络传输距离远、速度慢等问题。而采用无线mesh组网技术则可以有效解决上述问题。

2.输电线路安装无线mesh组网技术后会面临一些新问题：

(1)数据传输量大时容易出现网络阻塞现象；

(2)无线mesh组网技术属于自组织网络，其节点之间的距离较远时容易出现路由信息丢失的情况；

(3)节点之间在传输数据时需要互相转发信息，可能会相互影响数据传输速度；

3.针对这些问题我们采用以下几种方法进行解决：

(1)合理选择无线mesh组网技术中的传感器节点：我们在输电线路上安装传感器时，可以选择安装精度高、抗干扰能力强的传感器节点；同时要对传感器进行合理地布置。

(2)采用可靠的通信方式：一般情况下，架空输电线路中信号传输可以采取无线mesh组网技术、有线方式以及混合方式进行传输；当采用无线mesh组网技术时，需要在架空输电线路中安装无线路由器和相应的通信模块。而采用混合方式进行传输时，需要对输电线路中的信号进行加密处理。

(3)采取必要措施保证网络畅通：当无线mesh组网技术中的传感器节点进行信息传递时，由于通信距离远、速度慢等原因会造成网络阻塞现象；为此我们在输电线路中安装相应的传感器节点时要采取必要措施保证网络畅通。如做好绝缘隔断以防止雷击引起通信中断和使用屏蔽层以避免电磁波干扰造成信号传输错误等。

六、结论

本文通过对现有输电线路监控技术难点的分析，提出了基于mesh组网通信技术配合感应监测装置搭建数字化输电线路的思路，通过将输电线路感应监控装置和mesh组网技术相结合，实现了输电线路的远程实时监测，并通过理论数据分析了mesh组网技术在信号干扰环境下的网络连接稳定性和可靠性，验证了使用mesh组网技术配合感应监测装置搭建数字化输电线路的可行性，为实现智能电网建设提供了新思路。

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