国网阳泉供电公司 山西省阳泉市 045000
摘要：为提升输电线路检修维护管理水平，完成智能电网建设要求，一套功能完善、性能可靠的在线监测系统是必不可少的。随着电网覆盖范围越来越广，线路的电压等级不断提升，信息化、智能化需求越来越高，输电线路的维护管理工作面临质的飞越。
关键词：输电线路；在线监测
引言
输电线路在线监测通信网络作为智能电网的关键组成部分，直接影响在线监测技术运行的可靠性和安全性，因此，需要对输电线路在线监测通信网络的设计进行分析从而指导其应用。
1在线监测通信组网方案设计
1.1 输电线路在线监测系统
输电线路在线监测系统包含前端采集装置，通信传输网络及后台监控中心前端采集装置指安装于线路及杆塔上的状态监控传感器，主要负责对线路及杆塔周围的振动、倾斜、气象环境等情况进行实时监测，同时采集倾角、温湿度、视频图像等数据信息。传输网络负责把监测终端采集的数据进行打包，压缩后传送至数据库。监控中心完成数据提取，结合历史数据信息进行分析对比，评估线路运行状况。
1.2通信传输方案对比分析
在保证数据安全性的前提下，为使大数据量的监测信息能够通过安全接入平台进入内网，通信传输网络需具有以下性能。1）实时性好：带宽足够，可以同时传输多路高清视频，数据传输实时性好。2）安全性强：数据加密，防止黑客攻击，满足电力系统数据传输安全性的要求。3）运行可靠：通信网运行要可靠，减少后期维护，减少单台设备损坏影响的范围。4）控制成本：要求前期建设和后期维护成本满足要求。
1.3无线宽带专网总体设计
电力行业专有网络频率（230MHz）较低，带宽较窄，不能满足视频数据的传输需求。将无线宽带专网的传输频率设定为5.8GHz，带宽125MHz，属于开放的频段，性能可以满足要求。整个网络分为无线宽带专网部分和APN专线通道部分。沿输电线路搭建无线宽带专网，每个接入网络的杆塔均作为客户端节点，通过无线收发装置接入网络，完成信息双向传输。选择一个距市区较近，4G信号较好的杆塔作为末端节点，末端节点需安装4G通信模块和国网认证的安全加密芯片，将沿线客户端节点发送的信息通过公网传送至运营商信号塔，再通过运营商至省公司的APN光纤专线通道通过APN网关接入安全接入平台的服务器上，安全接入平台进行解密，再通过身份认证等流程将数据转发到各分公司指定IP地址的电脑上。如果需要向终端采集设备下达命令，同样通过该传输通道，通过公网将信号传送到末端节点上安装的4G通信模块上，末端节点通过沿线的无线宽带专网将信息传送至指定节点设备。
2通信网络技术设计
根据实际输电线路所处的通信网络环境，一般采用无线ＡＰＮ专网、光通信网络、光通信＋Ｗｉｆｉ、无线专网等４类通信网络在线监测输电线路。针对文中第１部分提到现有通信网络存在的问题，下面针对不同的输电线路分别进行设计。这些设计在哈密—郑州７５０ｋＶ在线监测系统中得到了应用，并且很好的解决了上述问题。
2.1无线ＡＰＮ专网
该通信方式主要应用于无ＯＰＧＷ架设且公网信号较好的线路，采用移动运营商提供的专用ＡＰＮ ＳＩＭ卡。该虚拟专网与公网在通信信道上是隔离开的，从而起到保证信息安全的作用。另外，该设计要求监测分机的通信采用模块化，根据具体线路公网信号情况灵活选用联通、电信和移动网络制式中的一种或是多种组合。无线ＡＰＮ专网中通信模块大多是采用商用通信模块，在输电线路所处的恶劣环境下通信网络的稳定性较差。
因此，在监测分机软硬件设计上通过软硬件看门狗实现定时对通信模块电源复位（一般设置为晚上１２点，防止系统死机）；软件上监测分机发送数据前先判断网络状态，如有问题复位通信模块电源。采用此种通信方案功耗本身就很小，现行太阳能＋蓄电池的供电方式可完全满足要求。
2.2光通信网络
该种通信方式应用于有ＯＰＧＷ架设且监测设备安装所在杆塔上有光纤接头盒的线路。以某５００ｋＶ线路通信网络设计为例，如图２所示。该通信网络采用环网方式，通过安装在甲、乙２个变电站内的光纤交换机将通信数据落地，再通过网线连接到ＳＤＨ设备的以太网口上。为了保证整个通信网络的稳定性，在甲、乙２个变电站之间配置一条４０Ｍ网络（根据实际需求可以修改）带宽的直通网络通道，从而与塔上在线监测网络组成环状网络。这样做的好处是任何一个杆塔上的通信出现问题，不会影响其它杆塔上监测分机数据的传送。监测数据最终通过甲变电站进入安全接入平台。采用光纤环网设计避免了传统的链状网络中一台设备出问题其它设备都不能正常通信的问题，但同样需要优化软硬件设计实现对通信模块的电源复位防止系统死机。在结构上采用屏蔽性能较好的箱体，同时监测分级实时监测光纤交换机的运行状态，当出现死机和通信故障时及时复位光纤交换机，并将故障信息发送给后台从而避免死机和通信不畅。另外，由于光纤通信功耗较大，现有的供电方案很难满足长期运行。因此，监测分机在软件设计上采用边缘计算，将数据分析放在前段进行，大部分时间光通信不工作，只有在出现故障或后台请求数据时才通过光通信网络向后台发送数据。
2.3光通信＋Ｗｉｆｉ
这种通信方式主要应用于２种情况：①有ＯＰＧＷ架设但部分监测设备安装所在杆塔上无光纤接头盒的线路；②监测杆塔没有光纤接头盒，但邻近的线路的杆塔有接头盒。甲线路有ＯＰＧＷ架设而乙线路无ＯＰＧＷ架设，乙线路通过Ｗｉｆｉ将安装在所在杆塔上ＣＭＤ采集的信息通过无线方式传递给甲线路邻近的有光纤接头盒的杆塔，甲线路再通过ＯＰＧＷ将数据落地到变电站或换流站。该组网方式的好处是任何一个杆塔上的通信出现问题都不会影响其它杆塔上监测分机数据的传送。监测数据最终可以通过甲、乙、丙任意一个变电站或换流站进入安全接入平台。光交换机和Ｗｉｆｉ通信功耗均较大且很难大幅度降低，因此输电线路在线监测的设计要与线路设计施工一起进行，避免出现光通信＋ＷＩｆｉ的通信方式。另外，在ＣＭＤ软件设计上采用边缘计算，正常情况下不通过通信网络传送数据，只有在出现故障或是后台邀请数据的时候才会通过无线Ｗｉｆｉ和光纤向后台发送数据。
2.4无线专网
这种通信方式主要应用于无ＯＰＧＷ架设且没有公网信号覆盖的老旧线路。利用无线专网还可以实现电力巡检人员在该线路的网络覆盖，通过手持终端实现相互之间及与主站之间的语音通信。该无线专网可采用３Ｇ、４Ｇ或５Ｇ移动制式。监测数据最终通过甲、乙变电站进入安全接入平台。安装在甲、乙变电站内的管理电脑负责对相应网络管理和监控。这种通信方式中无线专网由专门的供电系统供给，而安装在铁塔上的无线专网通信终端的设计和无线ＡＰＮ专网的相同，ＣＭＤ的设计也与无线ＡＰＮ专网方式的相同。
结语
在线监测设备采集的数据最终要通过通信网络传入各省电力公司内网，因此数据安全非常重要。分析了数据类在线检测设备和视频类在线监测设备的数据加密设计。
参考文献：
[1]周刚.配电线路故障在线监测系统的实施应用[J].电网与清洁能源，2014，30（10）：88-94.
[2]黄秀超，钟建伟，张建业，等．基于ＺｉｇＢｅｅ技术的输电杆塔倾斜在线监测系统设计［Ｊ］．现代电子技术，２０１９，４２（５）：９５－９９．
[3]麦军，邓巧茵，万智萍.基于CC2530的ZigBee无线组网温度监测系统的设计[J].电子设计工程，2015，23（22）：117-121.
[4]王晓希.特高压输电线路状态监测技术的应用[J].电网技术，2007，31（22）：7-11.