摘要：本文基于输电线路巡线需求设计了一种智能巡线故障诊断系统，采用无线通信方式与单片机控制系统配合完成线路巡检，并针对其在输电线路跳闸故障诊断中的具体应用进行探讨。该系统可在输电线路上实现无人化、不断电巡线，有效规避触电风险、减少断电损失，为输电线路的安全可靠运行提供保障。
关键词：输电线路；故障诊断；智能巡线
引言：当前“三区三州”深度贫困地区电网建设已成为我国决战决胜脱贫攻坚的关键任务之一，“用上电、用好电”也成为电网建设项目的主攻方向。近年来电网密度的持续增大对于输电线路巡线作业提出了更高要求，传统人工巡视方式已无法满足故障诊断需求，还需依靠智能故障诊断系统提升线路巡检工作效率。
1系统设计方案
1.1系统硬件设计
智能巡线系统在运行过程中实行空中带电的智能巡线，其硬件部分主要由以下四个模块组成：
其一是硬件电路，由微处理器、按键、蓝牙通信、电源、摄像头、舵机、显示及电机驱动等模块组成，采用统一的数据接口进行各模块的连接，提供信号传输与自定义等功能。
其二是控制电路板，采用STM32F103RBT6芯片与ARM Cortex-M3内核，可实现控制代码的高效执行，其最高工作频率达72MHz，供电电压为3.3V，支持AD转换、定时器、DMA等多种功能模块，且外围设有8MHz晶振，能够保障时钟的精确度，满足数据收发、存储与处理需求。在工作流程设计上，经由初始化处理后依次完成数据的采集、处理与封装，生成缓存数据，再判断上传指令的到达时间，待将数据上传后送入FLASH模块进行存储管理。
其三是电源和驱动模块，采用2块格氏ACE 4000mAh锂离子电池为整体装置供电，电池电压均为12V，分别为步进电机和单片机供电，另设有5V稳压模块为蓝牙供电。驱动模块采用BTN7960芯片与微处理器连接，实现对步进电机的驱动作用。
其四是通信模块，通常输电线路的架空线设置在距地面6～7m的空旷地带，因此拟设置有效传输距离为10m的蓝牙模块，经由通信接口与智能手机连接，实现对故障诊断数据的实时传输，且提升硬件的远程续航能力。
1.2软件功能设计
基于控制算法进行软件控制流程设计：系统初始化——判断是否接收到蓝牙指令——输出步进电机正转脉冲信号——判断步进电机是否完成预设步数——输出锁紧装置舵机正转信号——输出步进电机反转脉冲信号——输出检测装置舵机信号——微控制器收到摄像模块检测信号——传回巡检系统——完成巡线。
在功能模块设计上：其一是行进功能，当装置启动后由微控制器发送正转时序脉冲信号，驱动模块在接收到信号后驱动步进电机正转至预设脉冲数，控制装置向前动作，并且通过控制器向舵机发送反转信号，驱动后滑轮机构向前运动，重复上述流程使装置在线上行进。其二是故障巡检功能，分为自动、手动两种模式，自动巡检即装置依照预先设好的路线在规定时间内完成线路巡检，并将拍摄到的信息、图像进行回传；手动巡检则利用蓝牙模块接收指令，将巡检过程中采集到的图像信号进行回传，以人工的方式进行故障线路状态的判断，保障故障诊断的准确率[1]。
2智能巡线系统在故障诊断中的具体应用
2.1短路故障诊断
以某110kV输电线路的跳闸故障为例，采用智能故障诊断系统进行故障诊断分析，诊断结果显示故障杆塔为294号杆塔、故障相别为B相、故障类型为非雷击跳闸故障。在具体诊断过程中，该智能巡线系统包含监测终端、服务器与客户端三部分，先将监测终端以分布式形式安装在110kV线路的导线上，将采集到的工频信号、因异常放电产生的行波信号通过GPRS上传至服务器，经由数据存储、分析与处理后将生成的故障诊断结果发送至客户端，由工作人员结合现场排查获取到的故障点实际图像信息进行故障分析与处理[2]。
在故障定位上，依据线路运行实际情况采用单端行波法进行故障定位，用于针对智能巡线系统的故障诊断精确度进行检验。该线路检修段全长为130.6km，在两变电站间的7个杆塔上分别安装A、B、C、D、E、F、G共7个监测终端，在某时段测得该线路B相上出现工频分闸电流波形，故障电流在增大2.5T左右后归零，与工频电流特征相符，因此可判断在该线路的B相上发生跳闸故障。由于故障行波电流在故障点与变电站间出现多次反射，将故障电流从故障点到达监测终端C处的时刻记为1，经由变电站后反射到监测终端C处的时刻记为2，第三次到达监测终端C处的时刻记为3，生成监测终端C所处杆塔的故障分闸高频电流波形图。基于单端行波法测距原理，将故障点与C杆塔的距离设为L1，故障电流第二次、第三次到达杆塔的时刻分别设为t2和t3，行波电流行进速度为v(290m/μs),则其计算公式为：