时间：2022-08-14 21:27:21
【关键词】：输电线路网络结构监测
中图分类号：TM726文献标识码： A 文章编号：
1组成及工作原理
1.1翰电线路在线监测系统的组成
输电线路在线监测系统采用的是二级网络结构，主要由线上监测装置、线路监测基站以及监测中心组成，线上监测装置包含导线温度监测仪、导线覆冰监测仪等，气象环境监测站以及线路监测基站一般安在杆塔上，监测中心在本部机房。
1.2工作原理
输电线路中的多参数在进行监测时，在硬件接入方法上研究和实现的，监测的参数主要包括设备运行参数与环境运行参数，包括微风振动、导线弧垂、杆塔倾斜、视频、舞动。使用相关监测技术，通过输电线路综合数据平台，对数据展开分析和管理，能够进一步实现对相关数据的趋势分析、调阅以及信息预警等。
2我国目前的输电线路监测技术
2.1覆冰在线监测技术
覆冰在线监测是对导线的覆冰情况进行实时监测，并且能够确保在恶劣的天气环境下对高压输电线路以及变电站绝缘子覆冰情况展开在线监测。这一系统运用精确的监测分析方法与数学模型来对监测数据进行分析，提前对将要发生冰雪灾害的线路进行预测，并向相关的输电线路维护人员发出报警信息。覆冰监测技术的运用，能够有效防止出现断线、冰闪、倒塔、舞动等灾害事故的发生。
覆冰在线监测系统的工作原理是:一方面，对导线倾斜角以及弧垂等相关参数的监测，然后再结合线路参数、输电线路状态方程等进行分析，对覆冰之后载重、覆冰的厚度以及重量等基本技术参数进行计算，接着对覆冰的危险等级进行判定，进而给出除冰信息预警。另一方面，通过对线路拉力的实际情况，来对覆冰的实际状况进行观测。绝缘子串安装拉力传感器，并且实时监测导线在覆冰之后受力的状态，与此同时，还应该及时采集当地环境的湿度、温度与风向等基本参数，将己经采集到的相关信息进行及时收集，然后再汇总到监控中心，经过对数据的分析以及修正，发出输电线路冰情情况预报，进而给出除冰警报川。
2.2杆塔倾斜监测技术
在煤矿采空地区上面矗立的杆塔由于受到自然力、重力等相关因素的干扰，容易出现岩体错位、地面出现裂缝、滑坡等地质方面的灾害，出现煤矿采空区的杆塔倾斜、甚至地基出现变形等情况，这对输电线路的安全性产生了严重的威胁。基于GSM系统，能够对杆塔倾斜装置实现监测，对杆塔的实际倾斜情况展开监测，并发出预警。杆塔倾斜监测已经在220 kV电压等级的输电线路中进行了充分的运用，能保证及时发现杆塔变形以及倾斜等方面的情况，确保输电线路的正常运转。
2.3导线微风振动监测技术
导线微风振动容易导致高压输电线路疲劳断股，微风振动从表面看对输电线路的破坏力低，但是这种破坏的隐蔽性强，并且经过长期累积之后，对高压输电线路的破坏性往往更为严重。输电线路微风监测系统的原理是输电线路导线监测振动仪能够很好的对导线和线夹触点之外的一定距离的导线进行监测，尤其是其对线夹弯曲频率、振幅以及输电线路周围的风向、风俗以及湿度、气温等相关的气象环境参数，充分结合导线本身力学性资料，对输电线路的微风振动的实际水平、输电导线的疲劳寿命等进行分析判断。导线微风振动监测在消除微风振动所带来的危害的同时，还能为输电线路的防震设计提供相关参考。
2.4导线风偏舞动在线监测技术
输电线路的导线风偏舞动在线监测主要由气象采集单元、子站、风偏采集单元以及数据处理系统等组成，气象采集单元与子站一般是安装在相关的杆塔之上，风偏采集单元主要是安装在导线上。气象采集单元与风偏采集单元将采集的气象风偏角、气象参数、气象倾斜角等相关数据，然后再通过无线网络的方式向数据处理系统来进行发送，然后经过数据处理系统来完成对监测数据的处理。导线风偏舞动在线监测系统的使用，能够方便运行部门在特殊情况下制定相关的应对措施，与此同时，也为输电线路设计中充分考虑设定预防水平、气候条件等提供相关的依据。
2.5视频在线监测技术
输电线路的视频在线监测，主要是安装在林区、人口聚居区、交通事故区等地方，对周围的情况进行实时在线监测，及时发现对输电线路产生危害的行为，并对该行为及时进行纠正。输电线路视频在线监测主要是充分利用视频压缩技术、数据传输技术等，能够实时实现对输电线路本体情况及相关环境参数的监测。但是，从当前视频监测的实际运转情况来看，其仍旧存在着数据传输量小、现场视频无法实现自由控制、信号有时出现微弱等方面的问题，但在3G网络、CDMA网络等快速发展的情况下，采用无线传输能够更好的实现输电线路的远程时时监控。
3输电线路在线监测技术存在的问题
3.1在线监测技术标准化问题
从当前输电线路发展的实际情况来看，在线监测技术还处在初级阶段，新技术、新方法也在不断的发展之中，在线监测装置的标准化方面进展缓慢。输电线路在线监测实现监测设备的常态化，然而要判断被监测的设备的检修情况，还需要相关的经验与数据，与此同时，在离线试验和在线监测是否等价，也还需要经过相关大量经验来进行检验。
针对输电线路监测的运转部门当前最关心的是报警值方面的问题，报警值是需要根据当前的运转经验并积极参考相关的设备来安装监测设备，在安装完毕之后，还需要对监测数据的变化规律来进行确定，因此同一种的输电、变电设备由于不同厂家所采用的生产工艺、生产材料等存在一定的差别，很难确定输电线路监测设备的报警值。输电线路在线监测装置的大量使用，在掌握相关的数据变化规律以及实践经验之后，还应该制定不同输电、变电设备的报警值范围。从当前的情况来看，输电线路的监测数据和离线试验之间存在差别，还不能将离线试验的具体标准运用到在线监测数据诊断标准中。
3.2翰电线路在线监测技术稳定性方面的问题
通过大量的实际调查研究发现，输电线路在线监测装置由于传感器、工作电源以及通信等多个方面的原因，其输电线路的稳定性方面还存在问题。输电线路在线监测装置稳定性成为其是否能推广的关键，另外，还涉及到电路设计、传感器技术、无线通信等多个方面的技术性问题。
4结语
总之，从当前我国输电线路在线监测技术的研究情况来看，已经在覆冰在线监测技术、杆塔倾斜监测技术、导线微风振动监测技术、导线风偏舞动在线监测技术、视频在线监测技术等取得了很大的成绩，但是还存在在线监测技术标准化以及输电线路在线监测技术稳定性等方面的问题，仍然需要加以解决。
[参考文献]
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关键词：Lonworks技术 智能节点 分散控制系统 网络集成
1、 引言
1991年美国Echelon公司成功推出了lonworks网络控制系统，与当前已有的几种现场总线技术相比，lonworks总线以其特有的突出特点：统一性、开发性以及互操作性，成为实际上的现场总线推荐标准。Lonworks总线技术的核心是neuron（神经元）芯片及其内部固件lontalk协议，它既能管理通信，又具有输入/输出及控制能力。此外，Echelon公司还为网络的开发提供了强有力的开发工具，控制模板和网络服务工具等，可以很方便地组成智能节点，并将这些节点应用于lonworks网络中形成网络系统。因此，该总线常被作为工业生产中检测与控制中较为流行的总线之一。
输煤系统是火电厂的重要组成部分，其安全可靠运行是保证电厂实现安全、高效不可缺少的环节。输煤系统的工艺流程随锅炉容量、燃料品种、运输方式的不同而差别较大，并且使用设备多，分布范围广。作为一种具有本安性且远距离传输能力强的分布式智能总线网络，lonworks总线能将监测点做到彻底的分散（在一个网络内可带32000多个节点），提高了系统的可靠性，可以满足输煤系统监控的要求。火电厂输煤系统一般都采用顺序控制和报警方式，为相对独立的控制单元系统，系统配备了各种性能可靠的测量变送器。通过运用Lonworks现场总线技术将各种测量变送器的输出信号接入对应的智能节点组成多个检测单元，然后挂接在Lonworks总线上，再通过Lonworks总线与已有的DCS系统集成，实现了对输煤系统更加有效便捷的监控。
2、 基于Lonworks总线火电厂输煤系统的基本结构
在输煤系统中，常用的测量变送器一般有以下几种： （1）开关量皮带速度变送器（2）皮带跑偏开关（3）煤流开关（4）皮带张力开关（5）煤量信号（6）金属探测器（7）皮带划破探测（8）落煤管堵煤开关（9）煤仓煤位开关。
每一种测量变送器和其相对应节点共同组成智能监测单元，对需要监测的工况参数进行实时的监控。监测单元通过收发器接入Lonworks总线网络进行通信，可根据监测到的参数进行控制和发出报警信号，系统的结构如图1所示。
3、 Lonworks总线智能节点的一般设计
智能节点是总线网络中分布在现场级的基本单元，其设计开发分为两种：一种是基于neuron芯片的设计，即节点中不再包含其它处理器，所有工作均由neuron芯片完成。另一种是基于主机的节点设计，即neuron芯片只完成通信的工作，用户应用程序由其它处理器完成。前者适合设计相对简单的场合，后者适应于设计相对复杂的场合。一般情况下，多采用基于芯片的设计。由于智能节点不外乎输入/输出模拟量和输入/输出开关量四种形式，节点的设计也大同小异，对此本文只给出了节点设计的一般方法。
基于芯片的智能节点的硬件结构包括控制电路、通信电路和其它附加电路组成，其基本结构如图2所示。
图2 智能节点基本结构图
Fig 2 Basic Structure Of Node Based On The Neuron Chip
控制电路
①神经元芯片：采用Toshiba公司生产的3150芯片，主要用于提供对节点的控制，实施与Lon网的通信，支持对现场信息的输入输出等应用服务。
②片外存储器：采用Atmel公司生产的AT29C256（Flash存储器）。AT29C256共有32KB的地址空间，其中低16KB空间用来存放神经元芯片的固件（包括LonTalk协议等）。高16KB空间作为节点应用程序的存储区。采用ISSI公司生产的IS61C256作为神经元芯片的外部RAM。
③I/O接口：是neuron芯片上可编程的11个I/O引脚，可直接与外部接口电路连接，其功能和应用由编程方式决定。
通信电路
通信电路的核心收发器是智能节点与Lon网之间的接口。目前，Echelon公司和其他开发商均提供了用于多种通信介质的收发器模块。通常采用Echelon公司生产的适用于双绞线传输介质的FTT-10A收发器模块。
附加电路
附加电路主要包括晶振电路、复位电路和Service电路等。
①晶振电路：为3150神经元芯片提供工作时钟。
②复位电路：用于在智能节点上电时产生复位操作。另外，节点还将一个低压中断设备与3150的Reset引脚相连，构成对神经元芯片的低压保护设计，提高节点的可靠性稳定性。
③Service电路：专为下载应用程序设计。Service指示灯对诊断神经元芯片固件状态有指示作用
节点的软件设计采用Neuron C编程语言设计。Neuron C是为neuron芯片设计的编程语言，可直接支持neuron芯片的固化，并定义了34种I/O对象类型。节点开发的软件设计分为以下几步：
（1）定义I/O对象：定义何种I/O对象与硬件设计有关。在定义I/O对象时，还可设置I/O对象的工作参数及对I/O对象进行初始化。
（2）定义定时器对象：在一个应用程序中最多可以定义15个定时器对象（包括秒定时器和毫秒定时器），主要用于周期性执行某种操作情况，或引进必要的延时情况。
（3）定义网络变量和显示报警：既可以采用网络变量又可以采用显示报警形式传输信息，一般情况采用网络变量形式。
（4）定义任务：任务是neuron C实现事件驱动的途径，是对事件的反应，即当某事件发生时，应用程序应执行何种操作。
（5）定义用户自定义的其它函数 ：可以在neuron C程序中编写自定义的函数，以完成一些经常，也将一些常用的函数放到头文件中，以供程序调用。
4、基于Lonworks总线的火电厂输煤系统与DCS的网络集成
现场总线技术与传统的系统DCS系统实现网络集成并协同工作的情况目前在火电厂中尚为数不多。进一步推动火电厂数字化和信息化的发展，逐步推行现场总线技术与DCS系统的集成是火电厂工业控制及自动化水平发展的趋势。就目前来讲，现场总线技术与DCS集成方式有多种，且组态灵活。根据现场的实际情况，我们知道不少大型火电厂都已装有DCS系统并稳定运行，而现场总线很少或首次引入系统，因此可采用将现场总线层与DCS系统I/O层连接的集成，该方案结构简便易行，其原理如图3所示。从图中可以看出现场总线层通过一个接口卡挂在DCS的I/O层上,将现场总线系统中的数据信息映射成与DCS的I/O总线上的数据信息，使得在DCS控制器所看到的从现场总线开来的信息如同来自一个传统的DCS设备卡一样。这样便实现了在I/O总线上的现场总线技术集成。火电厂输煤系统无论是在规模上，还是在利用已有生产资源的基础上，采用该方案都是可行的，同时也体现了把火电厂某些相对独立控制系统通过现场总线技术纳入DCS系统的合理性。由此可见，现阶段现场总线与系统的并存不仅会给生产用户带来大量收益，而且使用户拥有更多的选择，以实现更合理的监测与控制。
参考文献：
[1] 凌志浩. 从神经元芯片到控制网络[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002
[2] 李江等. 火电厂开关量控制技术及应用[M].北京：中国电力出版社，2000
[3] 邬宽明. 现场总线技术应用选编（上）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003
关键词:GPRS;输电线路;红外热像;监测
中图分类号:TM733文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)20-212-04
Design and Implementation of Infrared Imaging On-Line Thermal Measurement System
SUN Shuai,YANG Xing
(Taiyuan University of Technology,Taiyuan,030024,China)
Abstract:According to the latest infrared imaging technology,a new transmission line on-line thermal measurement system is designed.The application model of infrared imaging technology in monitoring temperature of transmission line is explained.The working principle,the systematic structure,the functions,the operation process and the composition of various parts of this system are discussed particularly,mainly including the frame structure of the hardware design and software design.This system adopts JPEG compression coding technology to deal with the infrared thermography,combining with the GPRS wireless network to transport the real-time data,and temperature monitoring of the transmission line is implemented.All technical targets of this system have reached design demands through operating and testing the transmission line on the spot.
Keywords:GPRS;transmission line;infrared imaging;monitoring
0 引 言
在供电网络发展极为迅速和网架结构日趋合理化的今天,国家对电力系统供电可靠性的要求越来越高。红外热像测温技术在电力工业设备状态检测领域得到了广泛的应用。但红外热像图数据的大容量与传输方式有限性之间的矛盾也越来越突出,而发展到目前,中国移动强大的GPRS无线通信网络为这一问题提供了很好的解决方案[1]。因此,研究输电线路红外热像在线测温是一项迫切而艰巨的任务。
输电线路红外热像在线测温系统运用先进的红外热像技术,对输电线路运行温度进行状态在线监测;利用已有的GPRS无线通信网络实现热像图数据的传输,具有覆盖面广,无需增加传输设备和线路的特点,特别适用于无法架设线路的偏远地域的输电线路场合[2]。系统图像采集与传输终端由红外热像图采集模块、图像数据压缩模块、GPRS网络通信模块、图像数据传输模块和太阳能供电装置等组成,其中图像数据压缩模块采用JPEG硬件压缩编码技术,对静态图像进行压缩编码[7],最大限度地减少了网络传输的数据量,节省了网络资源,提高了图片的传输速度。为了解决设计中的高速率图像采集、压缩控制与数据传输速度相对较慢带来的变速率采样问题,系统硬件结构采用微控制器加可编程逻辑控制芯片(MCU+CPLD)的方案,各项子功能由标准通用模块完成,降低了系统复杂度,提高了系统整体性能,用户可以利用PC机通过Internet上实现热像图的远端采集与现场监控。
1 红外热像技术在输电线路温度监测中的应用模型
1.1 红外热像技术简介
红外热像技术是探测输电线路中各种电气设备表面辐射的不为人眼所见的红外线的技术。它反映设备表面的红外辐射场,即温度场。并根据设备表面的温度场,测量设备某一部分的平均温度。是一种被动的、非接触式的检测手段。红外热像仪就是利用该技术制作而成的检测设备,目前已在电力设备故障诊断领域得到广泛应用[4]。其简单工作示意图如图1所示。
图1 红外热像仪简单工作示意图
1.2 红外热像技术在输电线路温度监测中的应用
输电线路的温度信息可以通过红外图像进行有效反映。红外成像是惟一一种可以将热信息瞬间可视化,并加以验证的诊断技术。红外热像仪可揭示热故障,并通过非接触温度测量加以定性分析,在专业的红外分析软件的帮助下,数秒内便可自动完成分析报告。
所有利用或者发射能量的设备在发生故障前都会产生发热现象。保证电气设备运行可靠性的关键便是对能源的有效管理,而红外热像技术已成为预防性维护领域最有效的检测工具,它能够在设备发生故障之前,快速、准确、安全地发现故障。在电气接点发生故障之前及时发现并进行维修,可以避免输电线路因高温热故障造成断电掉电所带来的高昂代价[5]。
红外热像仪能够正确引导预防性维护专家对电气设备的运行情况进行准确判断。可以将测量温度值与历史温度进行比较,或者与相同时间同类设备的温度读数进行比较,以准确判断是否发生了显著的温升,是否会导致部件失效,带来生产隐患。主要用于电力预防性维护等用途。特别是用于输电线路预防性维护、检测方面,具有很大的优越性。
2 输电线路红外热像在线测温系统的实现方案
2.1 系统的工作原理
安装在输电线路现场的前端采集终端利用高精度数字式温度传感器对环境温度参数值进行采集;利用高精度红外热像仪对准需要进行温度监测的电气设备。前端系统定时地采集到各种电气设备有关温度分布的热像图后,将数据传送给电路系统,电路系统经过分析处理后将热像图进行压缩和打包处理,然后通过GPRS无线网络的方式发送到监控中心的计算机数据服务器上。数据服务器安装相应的应用软件程序进行数据的自动处理,主要完成热像图的接收与解压还原,之后以图像和图形的形式将各种电气设备的温度分布情况直观的显示在客户端,不同温度以不同颜色显示。系统结合数据软件系统和各种修正理论模型分析各种电气设备存在的热缺陷和故障状态,及时给出诊断信息,有效预防输电线路高温热故障的发生。系统集成了环境温度在线监测和输电线路温度分布的在线红外热像监测等,并借助现有中国移动强大的GPRS无线通信网络进行实时数据传输,实现了对输电线路温度状态的监测。
2.2 系统的结构
整个监控系统主要分为两个部分:图像采集与传输终端(前端);监控中心计算机数据服务器(中心端)。在系统构成上可分为上位机(监控中心计算机数据服务器)和下位机(图像采集与传输终端)两大部分。计算机数据服务器负责对图像采集与传输终端进行管理和控制,处于管理层次的上层,因此称为上位机。图像采集与传输终端处在数据中心的控制下,负责对数据进行采集和传输,处于管理层次的下层,因此称为下位机。系统结构如图2所示。
图2 系统结构
图像采集与传输终端包括以图像采集芯片处理器为核心的图像采集与JPEG压缩部分和GPRS网络传输部分以及红外报警部分。图像采集部分由视频A/D芯片实现模拟图像的数字化转换,使用专用芯片实现JPEG图像压缩编码[6]。GPRS无线网络传输部分由专用GPRS模块实现网络传输功能,它与图像采集部分的接口是通用异步串行接口(UART)。红外报警部分实现输电线路温度出现异常状况的报警功能。下位机主要实现输电线路现场原始图像的采集和压缩以及压缩图像数据的GPRS无线信道传输,这些功能都由相应的软件支持系统实现。
服务器包括硬件和软件,硬件为具有公网IP地址的计算机,软件即为服务器程序,由服务器程序实现GPRS网络传输模块和中心间的命令传递和数据传输。
监控中心计算机数据服务器也包括硬件和软件部分。硬件为一台能接入Internet的计算机,软件为监控程序,电脑的网络状态为公网、动态IP[7]。
在这里特别指出,因为监控中心端满足服务器的网络要求,所以该系统将服务器和监控中心端放到一台计算机上,以节约硬件和网络资源。上位机主要实现压缩图像数据的接收及解码和接收图像数据的数据库保存和处理。
2.3 系统的功能描述
2.3.1 上位机(监控中心计算机数据服务器)
上位机系统在用户计算机上实现和运行并将相关数据存入数据库。主要完成对各个监测点数据的收集,并将下位机的相关配置信息、设置状态信息和环境数据存储到数据库中,方便用户进行数据处理和分析。上位机系统主要功能如下:
(1) 显示:数据的显示包含多项内容,包括:温度传感器采集数据和红外热像监控器热像图的显示、历史值的显示、按照时间显示数据等。
(2) 存储内容:实时数据、历史数据、运行记录、当前状态
(3) 历史数据整理:该系统可以对历史数据文件进行整理,删除选定的历史数据文件,删除某段时间以前的历史数据。
(4) 打印报表:可以打印两种报表,选择日期,再选择报表类型,即可打印。
2.3.2 下位机(前端图像采集与传输终端)
下位机系统通过专用的传感和变送装置,对输电线路环境温度、输电线路温度分布的红外热图像等信息进行监测,并转化为可以被计算机处理的电信号(电压、电流、频率等),再由CPU对电信号进行二次化处理转化为符合一定标准的数据,并存储在存储芯片中,以供保存和分析使用。下位机中的数据无线通信模块起桥梁作用,连接监控中心端(上位机系统)与前端采集终端,并实现它们之间的通信。它负责将数据根据上位机系统请求或主动上报方式通过GPRS通信方式上传给上位机,并将上位机发送的控制命令传输给前端采集终端。
2.4 系统的工作流程
该系统是为满足现场监控而设计,下面对系统的工作过程加以叙述。该系统具有定时观察、即时观察以及现场报警触发等功能[8],具体工作过程如下:
(1) 启动阶段:前端安装并启动以后,GPRS模块自动通过预先设定的服务器地址与中心端进行连接。连接到中心端以后,中心端会向前端发送请求读取终端的命令,前端接收到命令以后发送本终端的应答命令到中心端,中心端记录并监视该前端与中心端的连接。此时,如果客户端也发送网络连接请求到中心端,并发送被监控前端的请求命令,中心器就会将前端和客户端的网络连接对应上,此后前端和客户端就可以采用透明方式进行数据传输,中心器不参与控制,只是提供数据通道[9]。
(2) 定时工作阶段:该系统具有定时工作功能,由前端定时抓拍现场热像图,在中心端实现。即监控中心端定时向前端发送采集热像图的命令,前端收到命令以后会采集当前现场的热像图,通过中心端传输给客户端。定时时间设置由监控中心端软件的设置功能实现。
(3) 实现即时观察:如果当用户无定时监控的要求,或者用户设置的定时时间较长,但在定时间隔中间有观察现场的要求的时候,用户可以启动即时功能。在监控中心端软件上有按钮,点击此按钮时,中心端会向前端发送采集图像的命令,前端收到命令后会采集当前现场的热像图,传送给中心端。
(4) 实现报警触发观察:在前端,微控制器的输入接口与热像仪相连,热像仪满足报警设置要求时,前端会采集当前现场热像图,传送到中心端。在传送的信息中会带有当前报警情况,当监控中心端收到此报警信息后,会发出警提示,直到用户关闭此次报警。
2.5 系统总体硬件结构
整个系统硬件结构主要分为前端和中心端。前端图像采集与传输系统是基础前提,其结构和性能直接决定了整个系统性能的好坏。前端硬件主要由五部分组成:主控制模块、图像采集模块、图像压缩模块、GPRS无线传输模块以及红外报警模块[10]。中心端即监控中心计算机数据服务器与前端硬件系统起着承上启下的作用。其结构框图如3所示。
图3 热像监控系统总体框图
2.6 系统总体软件结构
软件系统包括前端图像采集与传输终端软件及监控中心端软件。两者在设计时采用如图4所示的软件层次结构。
图4 系统软件层次结构示意图
如图4所示,总体软件分成了三个层次:上层应用软件、中间支持部分、底层系统软件。各个不同部分实现不同的功能。
特别指出:监控中心软件系统是该系统的重要组成模块,它可以分析输电线路中各种电气设备的发热规律及其表面的温度分布和升温状况,结合各种修正理论模型进一步分析各种电气设备存在的热缺陷和故障状态,及时给出诊断信息。所有客户端可以随时对数据进行各种查询、浏览、打印、存档,还可直观地通过观测红外热图像对输电线路的温度状态及发展趋势进行监测,实时地进行预警信息显示与提示。最关键的是:它可以根据相关算法公式来分析所测的温度参数数据,利用趋势分析技术可以模拟地分析出输电线路环境温度及温度分布发展趋势,综合反映输电线路的安全状况。通过监测特定地区输电线路环境温度、输电线路温度分布的红外热图像等信息来估算该地区线路高温事故发生的临界条件,监测输电线路红外热图像数据来掌握线路事故的实时信息,并且系统可以同时与历史数据对比,指导检修或发出预警信号。
3 结 语
开展对输电线路温度分布状况进行实时红外热像在线监测,深入研究输电线路运行现状与故障特性,建立数据监测模型,利用集输电线路环境温度参数和输电线路温度红外热像图等多参数监测与管理的输电线路红外热像在线测温系统来确定输电线路的安全情况,及时给出高温热故障预报信息,对于有效输电线路温度超标的发生,保障现有输电线路的安全运行起到了重要的作用。同时最大程度地解决输电线路安全运行和维护管理的难度问题,也为输电线路参数监测提供了新的方法与途径,开辟新的研究思路。因此,具有重大的理论意义和实践意义,实现了巨大的社会效益,具有广泛的应用和推广前景。
参考文献
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天水超高压输变电公司专业技术人员通过对于输电线路的运行规律进行了科学的分析研究，结合一年四季的不同特点，总结出了一整套状态性巡视及维护的新思维、新策略，简称为输电线路运行“四季图”管理。其基本特征是根据影响输电线路安全运行的因素和危险点及主要区域，确定需要加强巡视的区段，有针对性地开展状态巡视，为状态检修提供有力依据，提高状态巡视质量和设备健康水平，确保线路安全可靠运行。
【关键词】 状态巡视与维护 “四季图”管理可靠性评估预测性维护策略研究
0 引言
我国传统的输电设备维修工作是以定期进行预防性试验和按一定的周期进行维修的一套制度，互相制约性很强。按一定运行周期安排进行维修，而对设备的运行状态不加判断，因而这种维修管理模式造成了运行维护方面不必要的人力、物力及财力的浪费，而输电线路逐步实行状态维护则是先进的科学的管理方法。
开展线路“四季图”管理工作，是传统的线路定期巡视和集体巡视形式的进一步深化，根据一年四季节气的变化，总结线路的运行薄弱点，根据连续三年的缺陷形成的特点和故障跳闸原因进行分析，总结规律，掌握在不同季节、不同区段的缺陷形成规律，收集有关线路运行数据，研究制定线路因外力破坏、设备本体发生缺陷的防范措施，把状态巡视与状态检修有机的结合起来，以科学化的管理手段，提高线路安全运行水平。
1 专业术语
线路巡视：线路巡视是线路运行人员对于线路设备、通道状况用观察、检查或者扫描方法进行的状态量采样的过程。线路巡视的目标是为了经常掌握线路的运行状况，及时发现设备缺陷和隐患，为线路检修提供项目指导，以保证供电网络安全经济运行。
线路状态巡视：特指按线路的实际状况及运行经验，动态确定巡视周期并按之进行的线路巡视。状态巡视实现了以“线”为单位的固定周期巡视模式向以“点(段)”为单位的动态周期状态巡视模式的转变。
状态巡视的产生是一种依靠对设备熟知能力，根据不同环境下不同时间特殊区段进行的有效巡视。它是根据设备状态进行，不以月为周期的巡视，巡视地点、时间和巡视次数不受任何约束，它是对线路周期巡视中时效性的补充，弥补了周期巡视中的不足，减轻了巡视人员的劳动强度，状态巡视的推广，既抓住了巡视的重点区域，又适当解决了线路多、人员少的矛盾，它是一种更有效的更经济的运行管理的创新。
输电线路“四季图”：输电线路“四季图”管理，是传统的线路定期巡视和集体巡视形式的进一步深化，其特点是按照一年四季节气的变化，总结线路的运行薄弱点，根据连续三年的缺陷形成特点和故障跳闸原因进行分析，总结规律，掌握在不同季节、不同区段的缺陷形成规律，收集有关线路运行数据，研究制定线路因外力破坏、设备本体发生缺陷的防范措施，把状态巡视与状态检修有机的结合起来，以科学化的管理手段，提高线路安全运行水平。
2 输电线路“四季图”运行维护的基本思路
电力网的可靠性取决于发、输、变设备的运行可靠性，而对这些设备可靠性的监测及评估是状态维修的重要内容。一般而言，状态维护技术，包涵可靠性评估和预测维护技术二个分支，而这两个技术领域是互相紧密联系又有一定区别的。
状态维护将涉及系统先进的传感传输技术，信息采集处理技术、故障严重性分析、寿命估计、可靠性评价等领域。
要开展全方位意义上的状态维修将需建立多系统组成的一整套实时监测和数据信号分析系统，研究完善各类监测技术。开发研究各种监测技术和仪器的同时分析、完善各类的测试标准。这需要投入大量的科研经费，组织一批研究人员，进行系统地、深入地研究。
2.1 预测性维护
预测性维护是根据对潜伏故障进行在线或离线测量的结果和其他信息来安排维修的技术。其关键是依靠先进的故障诊断技术对潜伏故障进行分类和严重性分析判断，以决定设备(部件)评价等级和应及时采取的应对措施。
故障诊断技术的发展首先决定于能否获取尽可能多的有用的信息，这是数据处理和诊断决策的基础。开发研究各种新型监测仪器(含在线监测仪器)，提高诊断水平和决策依据是实施状态维修的前提。
2.2 可靠性评估
可靠性评估是在对设备或元件的运行状态进行综合监测后，采用概率统计的手段，局部可能故障，对整个系统可靠性影响评估的基础上决定维修计划的一种维修策略。
可靠性评估有对具体设备或单一元件的运行寿命，可能发生故障的时间进行评估，也对整个系统的运行寿命，可能产生故障的时间进行综合评估。对系统的可靠性评估是建立在对单一设备元件可靠性评估的基础之上的，只有逐一对系统中每一设备元件的可靠性评估，才能进一步完成系统的可靠性评估，因而系统的可靠性评估是一个综合的，建立在一定基础之上的，多元的结果。以输电线路为例，输电线路的可靠性评价应建立在杆塔、导线、绝缘子、基础、接地五大部件以及组成这些部件的元件的可靠性评估基础之上。
对供电设备检修的研究和探索，自从电的诞生之日起就没间断过。从事故维修、定期维修发展到状态检修，这是历史的必然。而且，随着人们知识水平的提高以及科学技术的发展，越来越受到企业的关注。状态检修就是通过在线的和离线的监测手段，收集电气设备的运行工况信息，通过系统分析诊断，判断设备的健康状态，确定设备的检修对策，进行大修、小修或暂缓检修，可在设备检修周期到来之前根据设备状况提前进行检修，也可以根据设备的状况，延长检修周期，真正做到“应修必修”。实行“到期必须”的检修原则。实施状态巡视的目的是保证供电设备检修工作的先驱条件，能发现问题于萌芽状态，有效延长设备使用寿命，合理降低设备运行维护费用。
3 现状分析
目前，国家对电气设备状态检修没有明确的规定、要求，也没有具体的规程和标准，原因是各地区的电气设备有很大差别，状态检修是按照各地区自身设备的特点和运行状况、运行时间和在线检测设备及工作经验而定。相关设备状态检测手段还不成熟，从确保设备安全运行的角度出发，具体的实施力度也不是很大。要实现设备的状态检修，就必须要对设备运行数据进行系统的分析，并对监测到的数据进行分析比较，一才能确定设备的运行情况，从而确定是否检修。
4 输电线路危险点及特殊区域(区段)的确定
(1)根据每条线路的运行情况、通道状况和存在的缺陷等，按《架空输电线路评级管理办法》、 《输变电设备评价标准》的规定，确定各线路三年内缺陷形成的 规律和设备危险点，制订预控措施计划，并且每半年滚动修正一次，下一年重新进行分析评价和确定巡视、检修周期。
(2)根据线路沿线地形、地貌、环境、气象条件等特点，结合运行经验，摸清并划定特殊区域(区段)，如：大跨越段线路或位于重污区、重冰区、多雷区、洪水冲刷区、不良地质区、采矿塌陷区、盗窃多发区、导线易舞动区、同类型多基缺陷区、易受外力破坏区、微气象区、鸟害多发区、跨越树(竹)林区、人口密集区等，并将其纳入危险点及预控措施管理体系。
(3)根据三年内设备一类障碍，如因雷击、风害、覆冰、外力破坏、违章建筑等引起的设备故障跳闸，总结分析故障原因和规律，结合《国家电网十八项反措》及大修技改有关管理办法，编制切实可行的科研报告，向上一级管理单位申报年度大修技改项目，通过技术改造提高线路的供电可靠性。
(4)根据各线路污秽区段划分，查找污秽比较严重的区段，建立污秽等级监控点，通过盐密和灰密监测，逐年根据测试结果修改线路的污秽等级，并为绘制省、地区污秽图提供有力依据。
(5)根据近年来大力推广的在线监测装置，对监控装置的运行数据进行监控统计，并建立相关台帐，结合每月运行分析，制定和修改状态巡视计划。
(6)根据三年内线路技改大修实施情况，总结和分析已经实施过的大修技改与设备可靠运行比率，为今后的重点大修项目提供相关技术支撑。
5 输电线路“四季图”的数据收集
(1)状态巡视，不论巡视周期长短，均应采取措施，确保巡视的到位率和巡视质量，使状态巡视工作有效进行。
(2)状态巡视“四季图”是结合一年四季的不同特点，通过对于输电线路的运行分析研究，总结影响线路安全运行的因素、危险点和主要区段，通过各类运行数据的收集和分析，确定需要巡视的周期和重点区段，提高状态巡视质量。
(3)状态巡视“四季图”要结合不同区段运行维护的需要配备必要的仪器、设备等，及时做好巡视和检测工作，并对搜集的数据和测试结果进行统计、分析，适时采取有效措施。
(4)认真收集和分析线路运行数据，如避雷器指数分析、覆冰在线监测分析、泄露电流检测分析、红外测温分析、盐密测试分析等，制定和修改状态性巡视计划。
(5)根据季节性分析、缺陷分析、事故及异常情况分析、专题分析，建立危险点合帐、制定预控措施。确定各条线路特殊巡视、夜间巡视、诊断性巡视等的适时调整和动态调整。
6 输电线路“四季图”的绘制
(1)全面搜集和梳理，按照年进行统计分析在线路运行中发生的缺陷、危险点和影响线路安全运行的各种因素，并将这些缺陷和因素按照春、夏、秋、冬四季特点进行权重统计分析。
(2)通过分析研究，提出不同季节影响线路安全运行的因素、发生的重点区段和应采取的措施。形成输电线路四季运行分析报告，并根据四季运行分析报告，绘制线路运行维护“四季图”。
(3)四季运行分析报告可包括三年缺陷统计分析(包括外力破坏、树障、水患、间隔棒滑移，断裂、防震锤滑移、导线舞动等)、设备异常分析(包括导线覆冰、违章建筑、塑料大棚、交叉跨越施工等)、线路故障分析(包括因雷害、风害、覆冰、雾闪、绝缘间隙等)、线路大修技改分析(根据往年开展的线路大修技改项目。分析对设备提高可靠运行的作用)、线路污秽监测分析(对制定的监控点，通过测试数据和往年数据进行比较，确定新的污秽等级)。
(4)在每年初要对四季运行分析报告重新统计分析，增加新的分析数据，根据结果建议修订状态巡视周期、状态检修周期、大修技改计划，提交上一级管理部门进行审定。
(5) “四季图”由线路运行维护的管理班站制作，工区职能部门进行技术配合，完成后提交公司级相关技术人员进行审查和批准，最后由生技部备案批准后下发执行。
(6)运行班站根据审核下发的“四季图”管理规定，制定月度的巡视、消缺计划。
7 管理部门的审核
(1)地级管理部分根据各条线路的四季分析报告，对设备近三年内存在的隐患，制定防范措施，对需要大笔资金投入的项目，完善并修订大修技改科研报告，提交省级管理部门安排年度大修技改项目。
(2)对收集的运行数据进行分析，完善修订状态检修周期和状态巡视周期，并下发基层执行，确保管理的闭环性，把四季分析纳入常态管理机制。
(3)根据全年的状态检修计划，结合电网停电计划，统一安排部署全年停电检修任务，减少电网少供电时间，提高供电可靠性。
8 输电线路运行“四季图”管理的应用成果
本公司经过1年的试验阶段，对7条220～330kV输电线路做为试点线路，从2008年2月1日开始推广实施，把传统的定期巡视转化为状态性巡视，在实施的过程中，不断总结经验，为全面推广状态运行打好基础。输电线路运行“四季图”管理，适用于110kV及以上交流架空输电线路，也适用于输电专业的生产技术管理。
(1)笔者认为输电线路状态巡视势在必行。随着企业深化改革、技术进步的发展，随着降低运行成本提高劳动生产率的需要，随着提高设备可靠性水平和供电优质服务质量的要求，设备状态巡视与维护是电气设备状态检修的必由之路。必将成为电力企业状态维护的发展方向。
(2)线路运行维护“四季图”的实施，使输电线路的运行维护工作由原来的定期巡视转化为状态巡视，由原来的盲目性巡视转变为有目的、有重点的巡视。
(3)提高了输电线路的巡视质量，降低了运行人员的劳动强度和运行维护成本，根据本公司一年来的试验执行情况统计，每年可降低运行维护成本约26％，人员劳动强度降低约23％，使输电线路的运行管理工作更加科学化。
(4)缺陷要因根据春、夏、秋、冬四季权重分析，按照不同的权重比例，更直观的统计出缺陷发生规律，容易有针对性的制定相应防范措施和实施方案。
(5)状态分析报告对滚动3年的设备运行状况进行分析，为状态巡视提供有力依据，结合季节特点和线路运行情况全线巡视次数可降低到每年4次，尽量安排在季节交替和环境变化较为突出的月份。
(6)线路“四季图”管理可对状态检修周期、状态巡视周期、年度大修技改、线路污区划分进行动态化管理提供有力依据，使线路管理的基本点都出自此线路的运行维护管理。
关键词：架空输电线路；覆冰；监测
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.09.252
我国地貌特征千差万别，输电网的大部分需要穿过高原、山地、盆地等气候恶劣的区域，在冰雪、冻雨等极端的气象条件下，输电线路覆冰成榱瞬豢杀苊獾奈侍狻O呗犯脖，易造成相间闪洛，增加导线的张力和塔架等金具的支撑载荷，严重时会造成断线、倒塌、电网列解等事故。为了电网的稳定、安全运行，输电线路覆冰监测技术成为急需解决的重大课题之一。
从监测系统实施的原理方法来看，可将其分以下几类：图像等效判别法、倾角-弧垂法、电容感应式传感器法、模拟导线法、行波法、称重法等。本节对现有监测系统的原理进行分析总结，并为系统的改进措施提出建议。
1 图像等效判别法
图像等效判别法的原理：摄像机放置在输电线路的不同位置上，对线路进行实时监测和拍照。通过GPRS将图像和数据传输到后台的监控中心，监控中心的计算机对接收到的图像和数据进行微积分计算，结合由导线的粗细算出来的结冰面积，通过换算得出覆冰的重量和厚度。该方法不仅可以测得输电导线上的覆冰量还可以测得绝缘子串上的覆冰量。
图像等效判别法的关键技术在于：如何获取能反映出导线覆冰的精确模型；以及如何精确的进行图像的边缘特征提取。现有的监测系统大多是基于单目视觉的输电线路覆冰监测算法，此类算法只能得到覆冰导线的二维坐标数学模型，对不规则的覆冰图像识别精度较低。因此，基于双目视觉的输电线路覆冰监测算法是发展的趋势。该算法利用的是双目视觉原理，用双摄像头从不同的角度获取覆冰导线的图像，建立导线的三维坐标数学模型来进行覆冰监测[1]。
2 倾角-弧垂法
倾角-弧垂法的原理：首先通过传感器对输电线路中悬挂点的倾角及线路的弧垂进行测量，然后通过线路的悬链线方程来计算出输电导线应力的变化，最后根据应力的变化推导出线路的覆冰量 [2]。
这一方法的特点就是需要传感器测量的量较少，算法简单，能够实时监测输电线路上的覆冰量。但是这种算法的前提要求输电线路上的覆冰情况是均匀的，而实际上，覆冰情况不可能是完全均匀的。在该方法中虽然弧垂和倾角随着覆冰量的变化而变化，但是这种变化量是非常小的，需要选择高精度的传感器进行测量，但会引起较大的误差。一些高校和科研院所已用该原理做出了部分监测系统。该系统的不足之处在于，其倾角传感器和拉力传感器需要装在高压输电导线上。安装时一般需要将输电线路断电，且在高空安装相应的装置难度也较大。
3 电容感应式传感器法
电容感应式传感器法是基于冰和空气电阻特性存在差异这一原理，设计了一种电容感应式传感器，用该传感器对输电线路中导线和塔杆的结冰量进行测量，从而实现对输电线路覆冰量的监测。
此传感器的原理：N对检测接点按一定的间隔竖直排列，这些接点连接着开关，这些开关能在一定的软件控制下按顺序分时接通。这样可以分别检测不同垂直高度的冰层、水层和空气层，然后通过对检测信号的处理就可以得出冰层的厚度。
由于输电导线覆冰的不均匀性，此种方法，不能全面的反映一档输电线路上的覆冰情况。
4 模拟导线法
模拟导线法是在输电线塔杆上挂上一根模拟导线，这跟导线跟真实导线同材质、同型号。通过测量模拟导线的覆冰，可以估计真实导线的覆冰量。这种方法的特点是：成本低，算法简单，测量装置安装方便，不影响正常的输电作业，不涉及到带电部分等。由于没有考虑到输电线路电线的温度、舞动和风载的影响，此方法会有一定的误差，不能全面的反应一档导线的覆冰情况。
5 行波法
行波法的原理：行波在不同长度的导线上传输的时间是不同的，覆冰会导致导线的长度发生变化，因此，通过测量行波在输电导线覆冰前后的时间差就可以算出导线长度的变化量，又因为覆冰量与输电导线长度的变化存在一定的关系，根据它们之间的关系就能得出覆冰量。
这一方法的特点是：输电导线在覆冰后的长度变化不是特别的大，尤其是在距离较短时，所以该方法只能测量很远的距离上输电线路的覆冰量。而当距离太远时，不同区域内的结冰厚度还可能存在很大的差别。因此这一方法测得的结果跟实际情况有较大的误差，不能精确的反应具体每一档内的覆冰情况。
6 称重法
当输电线路覆冰时，线路的载荷就会增加，输电线路的状态也会随之变化。该变化主要由覆冰引起。称重法的原理是，通过监测输电线路状态的变化，来监测输电线路的覆冰载荷。该方法可以实现自动测量，减少了工人在恶劣自然环境中的工作时间，且测量误差小，是一种非常有前途的输电线路覆冰载荷监测方式。根据监测参数的不同，称重法可以分为两种。一种是应力-称重法，另一种是坐标-称重法。
应力-称重法，是通过光纤光栅传感器直接测量输电导线应力的变化，监测线路覆冰[3]。这种方法的优点是测量结果精度高，原理简单。缺点是，传感器的安装制造困难，实施难度较大。
坐标-称重法，是先对输电导线上某些点的坐标值进行测量，通过坐标来计算输电线路的状态方程，再得到导线上的覆冰载荷，进而监测覆冰[4]。这种方法的特点是，不需要对现有线路进行改造，实施容易。缺点，没有考虑到风载荷的影响。
7 结论
本文对现有架空输电线路覆冰监测技术的研究现状进行综述，为后续覆冰监测技术的进一步研究提供了依据。
参考文献：
[1]陈立军.输电线路覆冰检测技术发展综述[J].化工自动化及仪表，2010，38（02）：129-133.
[2]徐青松.输电线路弧垂的实时监测[J].电网技术，2009，33（07）：14-19.
关键词：输电线路；状态检修；线路维护；电力系统；电量需求；
经济发展水平的提高，促进了科学技术的进步，从而使得我国电网的输变电设备运营质量效率不断得到凸显。但是由于用电数量的不断增加，因此线路老化状态日渐明显，传统数显线路的检修方式已经不能够满足如今发展需求，想要使得电力行业的整体发展水平得到提升，治本之策就是维护输电线路的完整性，使得电路传输电量能够得到保证。随着科学技术的发展，我国电网的输电设备运营制度也逐渐完善和优化。传统输电线路在检修过程当中所采用的一般都是周期检测维修的方式，但是随着电力设备数量的不断增加，输电系统的完善，这种检修方式已经不适用。
1输电线路常用检修模式
1. 1不坏不修
不坏不修从表层含义上就容易理解，主要就是指在输电线路出现故障时才采取检修措施对其进行线路维护，使用该种方式，除了在输电线路出现困难的情况之下，前期都不需要为此承担维修费用，极大程度上的减少维修费用的支出。事物都有两面性，虽然其降低了维修费用，但是加大了电力局对输电线路集中管理的难度，容易造成安全隐患，不利于长期发展。不坏不修的检修模式主要集中在经济程度较低的落后地区，交通困难，无法定期对其输电线路进行检修。
1.2计划检修
计划检修具有一定的规划性，其主要就是通过分析输电线路的整体状况，对检修的周期时间进行制定，制定出最适合的检修时间。计划检修能够有效的对数显线路状态进行定期实时的监控，保障线路的安全性，但是相较于不坏不修的维修方式来说会耗费较多的人力资源和物力资源，该种方式在如今线路检修模式当中应用较为频繁。
2输电线路状态检修与维护现状
2. 1输电线路状态数据信息库有待完善
我国电力行业随着经济的发展取得了卓越发展，其设计领域的范围也在不断的延伸和扩展，其中所引进的先进科学设备也逐渐增加，监督管理力度也不断加强。由于用电需求量较大，因此输电线路和输电设备的总量就随之增加，这时在对输电线路状态监督时就加大了难度系数，需要专业的检测仪器对其输电状态进行报备，由于其线路状态具有实时性，因此需要加强输电线路状态数据信息库的完善和优化，使其能够提供完备的数据信息，方便电力人员的监督和管理工作，促进电力行业又好又快发展。
2. 2输电线路状态可靠性评价的准确性有待提升
进行输电线路检修和维护的前期基础和必要条件就是了解输电线路状态的可靠性评价，只有在此前提之下，才能够加强维修的针对性和准确性。因此加强输电线路状态可靠性评价显得至关重要。但是结合我国输电线路运营现状，其仍旧存在一缺陷和弊端。电路检修人员专业技能仍旧需要提高，评价的精准性也需要进行进一步的考核。电力企业在进行可靠性测评时，应当将电力元件分开测评，在综合对比评价，通过该种方式能够有效的提升输电线路状态可靠性。
2. 3输电线路故障分析不精准
输电线路是否稳定对于用户的安全保障有着至关重要的影响作用。这时国家应当加大宏观调控的力度，对输电线路故障要素进行分析。一旦输电线路出现故障，应当告知专业的电路维修人员对输电线路进行检修。首先应当确定输电线路发生地理位置。其次，对线路整体状态进行检查，分析其出现故障的本质原因。最后，制定有效的维修措施对其故障进行修复。在修复工作完成之后，要注意对检修数据的及时记录，方便电力企业日后的数据核查工作。如今进行输电线路故障分析和检修工作主要是由电力检修人员来进行判定，这样数据的精准性就无法得到保障，因此应该致力于创建系统完备的故障分析系统。
3输电线路状态检修与维护所关注的重点
3. 1离线监测设备和技术的提升
输电线路的检修和维护工作主要依据输电线路以及相关电气设备的运行状态进行。当前主要的在线监测技术难以满足输电线路全线不间断监控的需要。离线监测相对于在线监测技术较为成熟，例如红外线热成像技术、盐密监测技术、绝缘子带电检测技术等。红外热成像技术可以实现在用电高峰期对线路接头状况的有效掌握，能够实时高效处理接头问题。合成绝缘子可以实现对绝缘子串泄漏电流的在线测量工作，以实现对合成绝缘子运行状态的有效掌握。
在进行技术引进时，避免出现“一刀切”的情况，应当结合企业自身发展现状以及电力检测技术水平进行适当的调整。如今使用较为广泛的就是离线监测技术，通过实施监控，使得线路故障状况能够在第一时间反应，加强输电线路维修效率。
3. 2做好技术管理和人力管理工作
技术管理和人力资源管理是电路维修过程当中的两大基本要素。结合我国进行技术管理和人力管理现状发现，我国技术管理水平较低，人力管理机制不完善。因此电力企业应当不断创新电力管理观念，加强技术引进，同时资金的使用要介于成本和生产效益之间，确保能够提升自身的经营水平。技术管理和人力管理之间有一定的相通之处，因此应当将其进行有机集合，使得输电线路检修维护效率得到提升，通过实时的数据传输，能够让检修维护人员更加方便快捷的确定故障地理位置、故障原因，并结合故障原因做出具有针对性的解决措施，例如鸟虫害多发区图、雷电多发区、林区图等都可以为输电线路状态的检修提供依据。此外通过对输电线路中的相关档案记录进行横向、纵向比较，方便线路的调整和优化。
结论
传统电力企业的维修方式已经不能够吻合传统线路发展要求，需要提升输电线路状态检修水平和效率。通过对我国电力行业的调查分析发现，在进行状态检修过程当中仍旧存在较多的弊端和缺陷，因此，其应当加强对先进设备的引进，创新管理观念，不断提升离线监测实时监控力度，促进技术管理和人力管理的有机结合，切实促进我国电力行业实现健康可持续发展。
参考文献：
[1]黄立新. 智能电网条件下输电检修优化模式与实施方案研究[D].华北电力大学，2013.
[2]杨国梁. 惠州地区高压输电线路在线监测与防雷技术研究[D].华南理工大学，2015.
通过RS－485总线将智能水位计、智能流量计、墒情传感器与信息采集板相连，构成信息采集单元。它采用低功耗Cortex－M3为控制核心，实现数据的采集与存储。本地通过USB接口或RS－232接口与上位机通信;远程通过GPRS网络或短信方式实时发送数据到数据库服务器，并将数据存储到数据库中。监测系统网络结构图如图1所示。
2系统硬件设计
农作物生长参数监测系统硬件设计由信息采集单元、供电单元、无线传输单元组成。信息采集单元主要完成雨量数据、土壤墒情数据和地下水位数据的采集、处理与存储，同时控制无线传输单元完成数据的发送与信息指令的接收;供电单元为整个系统提供工作电压;无线传输单元完成数据包的发送与控制指令的接收。
2．1信息采集单元硬件设计
信息采集单元主要由智能传感器、STM32F103、FLASH芯片S29AL032D、SRAM芯片IS62WV25616、LCD、触发器HEF4521BT、总线驱动器74HC245PW、232转换芯片MAX3222、带隔离的485收发器ADM2483、供电单元接口电路和MC323接口电路等组成。信息采集单元结构图如图2所示。
2．2供电单元硬件设计
供电单元由单晶太阳能电池板、可编程控制的2A充电电路、12V65AH免维护铅酸蓄电池及LDO压控转换电路等组成。太阳能电池板为铅酸蓄电池充电，同时为系统提供12V的输入电源。当太阳能电池板不工作时，铅酸蓄电池为系统提供12V的外部输入电源，12V的输入电压通过LDO转换电路，实现系统工作需要的+3、+4、+2．5、+5V。其中，+3V为全局电压，保证电路板大部分电路正常工作，包括监测系统上电后的工作电压、系统睡眠状态下的工作电压、时钟工作电压等;+4V是MC323无线通信模块的工作电压;+2．5V是AD转换电路的基准源;+5V是模拟参考电压，为运算放大器和AD电路提供工作电压;同时，输入的12V电压通过稳压电路为智能传感器提供工作电压。供电单元硬件设计结构图如图3所示。
2．3无线传输单元
选用MC323模块作为无线传输单元。该模块集成了基带处理器、射频处理器、MCP存储器和电源管理芯片等功能，同时内嵌TCP/IP协议和支持800MHz的工作频段，能够提供语音传输和短消息发送。将stm32f103的UART3与该模块的串口相连，同时外接SIM卡电路，实现雨量数据、墒情数据、地下水位数据和控制指令的无线发送。无线传输单元结构图如图4所示。
3系统软件设计
3．1采集单元软件设计
采集单元软件设计包括传感器事件、定时事件和命令事件。传感器事件即通过土壤墒情传感器、智能水位计、智能水质传感器和翻斗式雨量计等采集农作物生长环境参数;定时事件指系统将采集到的数据、系统状态、蓄电池电压和设备工作温度等参数定时自记和发送;命令事件指通过上位机软件或LCD液晶屏配置系统工作状态、传感器类型等。当3个事件中的某一事件处理完毕后，判断有无其他事件发生;若有，则进入相应事件处理程序;若没有，则进行现场保护，系统进入待机状态。采集单元软件设计流程图如图5所示。
3．2监测单元软件设计
监测单元通过电话呼叫或短信方式对信息采集单元进行远程唤醒，触发其上电。采集单元上电工作后，响应监测单元命令或按彼此协商好的时间定时上电，定时等待监测单元的命令。当采集的水位、雨量等参数超过设定的阈值时，向数据库服务器发送实时水位等数据或按设定的周期定时发送最新的水位数据、设备状态数据等。系统正常工作时，监测单元各状态之间的转换流程图如图6所示。
4系统测试
采集后的数据经过解析、整编和入库后，通过浏览器可以实时访问数据，而且还能进行历史数据和设备状态的查询。通过该系统，即使在远离观测现场的异地，也能实现对雨量、土壤墒情和地下水位数据的实时采集、存储与发送，真正实现对农作物生长环境参数的远程实时监测。系统测试效果图如图7所示。
5结语
在工业生产的计量领域中,电子称量系统是生产中十分重要的计量设备,传统的电子称重控制系统大多采用固定的点到点有线通信[1],该类设备一般使用RS 485总线进行数据传输,各种仪器仪表通过有线方式连接,这样不仅现场施工麻烦,而且费用很高。随着计算机技术和无线通信技术的发展,基于无线网络传输的计算机控制系统使用越来越多[2-3]。本文设计了一种无线港口称重远程监控系统,将嵌入式技术、无线测控技术和自动化技术有机结合起来。该系统称量精度高,实时性强,可靠性高、成本低廉,有着广泛的应用前景[4]。
1 无线称重控制系统总体结构
无线称重控制系统主要由四部分组成,即电子料斗秤体、称重控制器、无线通信模块和监控计算机组成。系统总体结构如图1所示。
电子料斗秤体主要由储料斗和装有称重传感器的称量料斗两部分组成。称重控制器由前置预处理电路、显示电路和单片机通信电路等组成。无线通信模块的功能主要是进行数据的转发,在称重控制器与中央监控室内的计算机之间建立无线通信连接[5]。监控计算机通过无线通信模块采集各台称重控制器的数据并对称重控制器发送控制命令,同时对采集到的多点数据进行集中管理,实现整个称重控制系统的自动监控功能。
2 系统硬件
2.1 称重控制器结构
称重控制器主要由C8051F060单片机、数据采集电路、输入输出部分、键盘和显示部分、通信电路五部分组成,如图2所示。
C8051F060单片机资源丰富、功能完善、功耗低、体积小,是设计称重控制器的理想选择。数据采集电路包括传感器、前置放大和低通滤波电路组成,称重传感器采集的重量信号经过前置放大和滤波电路后,被送到单片机内部的16位逐次逼近型A/D转换器转换。键盘和显示电路主要完成参数的输入和数据的显示。输入输出控制电路包括光电耦合器、放大电路、继电器驱动电路,实现对外围设备的输入输出控制[6]。通信电路是将单片机输出的TTL电平信号经过SP3232E芯片转换成RS 232信号。
2.2 信号预处理电路
数据采集电路由称重传感器、放大滤波电路及C8051F060内的16位A/D转换器等组成。称重传感器采用电阻应变式传感器,实现将称重载荷信号转换为微弱的电压信号[7]。放大滤波电路采用TI公司的OPA37和OP07组成的差分放大电路,如图3所示。文中采用ADC0单端方式工作,参考电压VREF为2.5V,则其输入电压范围为0~2.5V。
2.3 键盘与显示驱动电路
用于显示和按键接口电路的驱动芯片采用BC7281B,它与C8051F060单片机之间采用2线高速串行接口通信。使用时需要在双向数据传输线DAT上加20kΩ左右的上拉电阻,串行接口的同步时钟CLK由C8051F060的P2.1引脚控制。图4为显示和键盘驱动电路。
本文采用BC7281B扩展20(5×4)个矩阵按键,‘行’线连接到BC7281的位驱动DIG0~DIG4,‘列’线连接到第0~7位显示的段驱动移位寄存器的输出,为了防止显示电路对键盘电路的影响,键盘矩阵与显示电路之间必须加入二极管和4.7kΩ的隔离电阻。本电路采用了6位数码管显示,只需对应接入一片8位的移位寄存器与BC7281的位驱动DIG0~DIG7,移位脉冲由74HC164进行控制。
2.4 无线通信模块接口电路
称重控制系统采用RF1100-232无线收发模块,该模块内置TI公司最新的高性能CC1101无线通信芯片,433MHz免费ISM频段免许可证使用,低功耗工作,无障碍传输距离可达200m以上,可应用于多种场合。
称重控制器与无线模块之间的通信直接采用TTL电平,通过串口进行数据的读写,图5为无线模块与C8051F060单片机连接示意图。监控计算机与无线通信模块之间通信需要进行电平转换,在此采用了MAX232芯片进行TTL电平与RS 232电平转换[8],图6为PC机与无线通信模块
3 系统软件设计
3.1 系统数据传输过程
监控计算机每隔200ms通过串口进行一次称重控制器数据采集。监控计算机通过串口将采集指令传输给无线通信模块的单片机,然后无线通信模块的单片机再将收到的指令通过SPI接口发送给CC1101,CC1101在发送模式下,将传输的有效载荷写入TX FIFO中,并在数据包中将添加可控数据的前导码、同步词汇和CRC奇偶校验码,然后将数据包发送出去;当称重控制器的无线模块接收到有效的数据后,经前导侦测、同步词汇侦测、检测CRC校验码对数据包进行解析送出,无线模块的单片机通过SPI接口从CC1101中读出接收数据,然后再经串行口送给称重控制器,接着称重控制器根据接收到的数据执行采集数据和控制外围设备工作[9]。采集任务完成以后,称重控制器将采集到的数据参数再通过无线通信模块送回到监控计算机,监控计算机根据接收到的数据信息进行数据显示、数据处理以及打印输出等操作。
3.2 称重控制器称重控制程序
本文采用了二段加料法,即快加料和慢加料,通过快加料缩短加料时间,提高称量效率,用慢加料减小称量误差,提高称量精度。设定系统中当前重量为M0,快加料目标量为M1,目标加料量为M2,慢加料停止的提前量为M3,慢加料目标量为M2-M3。加排料控制子程序如图7所示。
3.3 无线通信模块软件设计
无线通信模块[10-11]主要由CC1101接收和发送程序组成,无线通信模块的单片机通过SPI接口对CC1101进行配置[12]。当CSn为低电平时,SPI接口开始工作,准备接受一条指令,CSn由高到低跳变时开始转换指令。无线通信流程如图8所示。
4 系统功能的实现
本系统的无线模块工作在频段433MHz,该频段为免费ISM频段免许可证使用(420~440MHz);在无障碍物可视的情况下可以达到230m,在有电机干扰的车间环境下可传输80m左右;中央计算机监控软件采用MCGS组态软件设计,实现重量数据实时采集和数据集中管理。文中采用了6台称重控制器进行散料称量控制,上位机监控界面如图9所示。该系统实现以下功能:
(1)数据的实时显示:包括当前重量、上次排料重量、累计总重量。
(2)通信状态显示。
(3)操作指令:排料、加料。
(4)历史数据:历史数据查看、数据输出打印。
(5)用户管理:用户身份验证、用户密码修改。
(6)系统管理:窗口管理、退出系统。
关键词：高速铁路；防灾安全监控系统；CAN
Abstract：Through the analysis of hierarchical structure of the disaster prevention and safety monitoring system of high speed railway, this paper discussed the networking scheme of the network management and the network of the disaster prevention and safety monitoring system of high speed railway, and then proposed one kind of system networking basing on the CAN bus .
Key words: high speed railway; disaster prevention and safety monitoring system; Controller Area Network（CAN）
中图分类号：U238 文献标识码：A 文章编号：
防灾安全监控系统作为铁路信息系统的一个子系统，其功能是对各种危及高速铁路运行的自然、事故灾害进行监测、报警，提供经处理后的灾害预警信息，为综合调度中心运行计划调度、下达行车管制、抢险救援和维护维修作依据，保证列车安全正点、高效舒适。防灾安全监控系统由风监测系统、雨量及洪水监测系统、地震监测系统、轨温监测系统、突发事故异物侵限及非法入侵防护系统组成。本文从系统的硬件和网络构成入手，探讨系统的组网方案。
一、系统层次结构
高速铁路防灾安全监控系统包含两个层次的网络，上层网络为管理网，下层网络为现场网。
1、管理网
高速铁路防灾安全监控系统是一个广域互连的计算机网络，需要将防灾安全监控的车站、区间、工区、变电所等局域网和调度中心局域网通过数据网或TDM电路互连。
管理网以主监控中心和区域监控中心为主的二级网络。其作为防灾安全监控系统的上层网络，负责收集、汇聚下层现场网络数据，对数据进行处理、产生告警等信息，将信息传至综合调度中心，并在综合调度中心信息共享，进行系统联动和控制；同时负责接收、转发综合调度中心下达的维修防护、抢险救援指令，并控制下层设备网络的相关动作。
2、现场网
现场网主要由监控点、传感器、控制器、执行器等现场设备组成，是一个原始数据采集的底层网络。根据监测地点的不同，现场设备可以设置于车站、工区、区间、无人值守机房、变电所等。
现场网主要负责采集现场原始数据，上传至网管理网；同时根据管理网下传的指令进行相应动作，并维护自身的稳定运行。
二、系统方案设计
1、设计原则
（1）充分利用铁路数据网和传输网基础资源，构建铁路防灾安全监控系统信息网。
（2）充分考虑系统的实时性，数据上传、指令下达所经过的节点不应太多。
（3）各现场子系统的资源应能有效共享，尽量构建在统一的监测平台上。
（4）各子系统应能适应铁路沿线的恶劣环境，在灾害降临时，底层设备应能不受干扰的、有效、可靠的运行，单监测点的失效应不影响整个系统的运行。
2、组网方式
（1）管理网
主监控中心一般为综合调度中心。设置各类服务器、数据库、协议转换设备、网络设备及各种监控终端等，实现其接收、处理、存储各类信息，输出告警、共享数据及指令下发、转发等功能，并完成与外部其它系统的接口互联。主监控中心网络结构如下图所示：
主监控中心局组网图
区域监控中心一般为综合维修工区。通过设置各种接入、处理设备，将现场监控点数据进行汇聚并上传至主监控中心。区域监控中心的组网如下图所示：
区域监控中心组网图
（2）现场网
监控点位于车站、区间、变电所等。监控点接收现场设备采集的监测数据、对数据进行正确性分析、告警判断，并对现场设备进行直接管理。监控点可输出实时告警信息，对于需要综合历史数据、联动其它系统进行分析计算才能确定的信息，则上传至上级监控中心进行处理。监控点是管理网与现场网的连接部分，并具备直接管理现场设备的功能，是整个系统设计成败的关键所在。
监控点的核心是连接管理网和现场网的网关设备。该设备主要实现以下功能：
接受现场数据，并对数据进行正确性分析
与上级监控中心的通信功能
告警判断功能
实时告警数据的暂存功能
设备自检、故障告警功能
该设备主要提供以下接口：
与现场采集设备的接口（总线接口或其它）
与监控终端（后台设备）的本地、或远程网络接口（RJ45或其它）
网络管理接口（RJ45或RS232）
与上级监控中心的网络接口（E1或其它）
为保证监控点的可靠性，网关设备宜采用双机热备的工作方式。监控点组网如下图所示：
监控点组网图
底层设备包括传感器、控制器、执行器等，是防灾安全监控系统的基础设施。底层设备的组网方式灵活多样，借鉴工业控制领域现场总线的成功运用经验，在此提出基于CAN（Controller Area Network）现场总线组建防灾安全监控系统监测网络的方案。
CAN总线具备多主工作方式、无站址通信、带优先权的总裁技术、短帧传送、出错及故障监测等技术特点，能较好的解决信息传输的实时性、可靠性和准确性；其总线组网方式能将各子系统有机的整合；尤其适用于节点多而分散、实时性要求高、现场环境干扰大的铁路防灾安全监控系统。
以铁路各车站、变电所、无人值守机房及区间的风、雨洪水、轨温、火灾、地震、异物侵限及非法入侵监测传感器，门禁、消防控制器、执行器为底层网络节点，以CAN总线组建底层网络。CAN总线网上位机作为作监控点与底层设备之间的网关，监控点工作人员通过后台设备查询现场监测数据及设备运行状态，控制机通过铁路数据网或专用TDM电路上传至上级监控中心。
底层CAN总线网络工作原理为：CAN总线设置为主从式工作，CAN上位机负责监控各个从机（CAN节点），向从机指令，并接收、处理从机传来的监测数据，输出告警；从机执行主机的指令，向主机传送监测数据或控制部件动作；由于通信信号传输到导线的端点时会发生反射，而且反射信号会干扰正常信号的传输，因此，总线两端应接有终端电阻，以消除反射信号，其阻值应当与传输电缆的特性阻抗大致相当。底层设备网络如下图所示：
基于CAN的防灾安全监控系统结构图
基于CAN总线设计的监测系统有较高的使用价值，而且价格低廉、可靠性高。同时系统还具有高可扩展性，在需要多通道采集的情况下只需添加少量的采集模块即可；组网方式灵活，铁路沿线车站、区间、车站房屋、通信信号机房等需要监控的的点都可挂接在CAN总线上；还可将AD、DA、开关量、计数器、控制器等模块进行集成，形成通用数据采集模块，进一步减少现场设备。
三、结语
本文通过分析高速铁路防灾安全监控系统的管理网、现场网的网络结构，给出一种适合的组网方案，其结论可为高速铁路防灾安全监控系统组网方案提供借鉴。
参考文献：
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[3]雷森．现场总线控制网络技术[M]．电子工业出版社．
[4]史久根，张培仁，陈真勇．CAN现场总线系统设计技术[M]．国防工业出版社．
关键词： 安全监督；安全运行；输配电线路；
输配电线路的形成都经过项目可研、初步设计、图纸审查、施工、验收、投入运行这一流程环节，而运行的时限是最长的。因此，安全监督工作的最终落脚点及关键点也是在如何抓好输配电线路的安全运行管理这一工作上。下面就如何从安全监督入手，促进抓好输配电线路的安全运行管理谈一点体会。
一、抓好运行维护监督管理
输配电线路的运行是安全生产管理的基础性工作，是线路管理的前哨，其目的是为了实时掌握输配电线路设备运行的健康状况、线路防护区状况以及环境变化对线路安全运行的影响，及时发现设备缺陷和隐患，并为输配电线路设备的检修、维护工作提供依据，以保证线路安全运行。所以抓好运行维护管理及其监督，对线路的安全运行起到举足轻重的作用。
线路巡视包括定期巡视，特殊巡视，夜间、交叉、诊断性巡视，故障巡视，监察巡视等。各种巡视工作在不同需要时进行。在线路安全监督基础管理中，将线路巡视以及缺陷管理作为安全监督的重点。一是要加强设备台账管理。按照标准化指导卡的要求，利用日常巡视，对线路杆塔型号、绝缘配置、交叉跨越以及所经区域情况等进行检查摸底，与原始图纸资料进行比对，不断完善更新基础资料，保证与现场的一致性。二是要加强线路巡视工作的到位率及巡视质量的监督管理。采用技术手段，如GPS杆塔定位巡检系统或线路挂牌等措施，以此检查运行人员的巡视是否到位、到点；积极参与监察巡视，了解线路及设备状况，检查、指导巡视人员的工作，对在监察巡视发现的各类问题与运行人员日常巡视发现问题进行比照，以此检验其巡视质量。三是要加强巡视发现缺陷的汇总及整改情况的跟踪落实。在线路运行维护工作中发现的设备缺陷，必须认真做好记录，及时汇报，并根据设备缺陷的严重程度进行分类和提出相应的处理意见。对于短期内不会影响线路安全运行的一般设备缺陷，应列入正常的年度、季度检修计划中安排处理。对于在一定时期内仍然可以维持线路运行，但情况较严重并使得线路处于不安全运行状况的重大设备缺陷，要加强巡视并应在短期内消除。对于已使得线路处于严重不安全运行状况、随时可能导致事故发生的紧急设备缺陷，必须尽快消除或采用临时安全技术措施后尽快处理。因此，在安全监督中，应准确把握运行人员对缺陷的定性，密切跟踪，及时掌握组织消缺的全过程，在每月制订上报检修计划前，提醒对所有缺陷进行梳理，督促认真抓好设备检修工作，同时开展检修质量评估，始终做到“应修必修，修必修好”，形成缺陷从发现到消除全过程的闭环管理。
二、抓好规程制度执行监督管理
从行业、上级有关部门到本单位对输配电线路运行管理建立了不少标准和规程制度，如：《架空输电线路运行规程》、《配电运行规程》、《电力电缆线路运行规程》等等，这些标准和制度的建立对进一步加强输配电线路运行管理工作，提高线路精益化工作水平，保障线路的安全稳定运行起到积极作用。所以，从事输配电线路工作的人员都必须严格执行输配电线路相关标准和制度，对于安全监督工作，就是要监督人员对规程制度的执行到位。一是要加强对规程制度的学习培训，使线路人员及管理人员都能熟知掌握制度和标准；二是要抓好规程制度的刚性执行。对线路的运行巡视、定期检测等线路运行维护工作都必须按照标准规定的周期和方法开展，严格监督其执行规程制度情况，不定期采取现场抽查、查阅运行记录等方式开展监督工作，并及时下达整改意见。三是要抓好有关预防线路跳闸反事故措施执行的监督。对输配电线路防雷击、防外力破坏、防鸟害、防山火、防污闪、防树竹放电、防风偏等“七防”反事故措施必须按照要求执行到位，这些措施都是根据历年线路跳闸原因分析的具体情况而归纳制订的，具有针对性和有效性。所以在线路运行管理中，应认真执行到位，不留死角。另外结合线路跳闸实际情况，进行原因确认制订整改措施后，应监督整改措施的完成到位，严格遵循“四不放过”原则，提高线路的安全运行水平。
三、抓好运行分析监督管理
输配电线路在实际运行中，发生异常、隐患、故障跳闸等情况有时是难以避免的，但主要是我们在运行管理中，通过开展线路运行工作分析，全面掌握线路设备健康状况及缺陷消除情况、事故、异常情况分析及反事故措施落实情况与效果，这些情况是可以进行预防，减少和避免的。各运行单位和班组要定时开展线路异常、隐患、故障等分析与评定，健全设备基础台帐，一般线路班组分析期限为2个月一次，基层单位3个月一次，但针对线路故障跳闸应一事一分析。作为安全监督管理，应该及时督促并参与基层单位和班组召开的运行分析会，对异常情况、难以消除的缺陷以及需要协调解决的外部问题都应在分析会上提出，制订整改措施和防范措施，落实责任人和监管人，确保线路异常等问题在未处理前实施全面的监控。线路跳闸后，应积极参与故障巡视，查明跳闸原因，展开薄弱环节分析，进行目标性整治。对非自然气候影响和自然气候影响的频繁跳闸的35KV及以下线路跳闸一律要求基层单位出具分析报告；110KV及以上线路跳闸均需分析报告；如属用户专（支）线路跳闸（影响），用监单位要督促或参予原因调查并出具调查报告；报告出具后按调规由主管专业部室负责跳闸的统计、事故分类定性和出具报告，并对报告的及时性、准确性、完整性负责。线路跳闸后整个过程，由安全保证体系进行落实，安全监督体系进行全过程监督、督促。
四、抓好防外力破坏电力设施管理
输配电线路从我们自身努力通过运行、管理等采取措施对线路进行有效管控保证其安全运行，但外力破坏影响线路的安全运行有时是防不胜防的。所以针对外部环境影响，作为运行管理应有针对性的采用人防、技防和物防措施。一是要加大宣传。充分运用媒体、报刊、专题宣传电力设施保护政策和法律法规，加大宣传投入，在公路边推进目视宣传攻势，减少无意识的行为。二是完善防护设施。①在路旁、田间、屋边、道路交叉口、弯道处、跨越的杆塔、拉线、导线上装设护套或醒目反光安全警示；②在线路拉线上安装拉线绝缘子；③健全电缆走向标志，电缆井口要盖井盖；④危险地段的杆塔必要时要砌护台。三是强化管理。①接近安全距离的地域，要建立档案，定期巡查；必要时，该地段导线更换绝缘导线；②发现在电力设施保护区或附近的作业，要下达安全告知书，在施工附近的杆塔上悬挂警示牌，安排特殊巡视，并做好记录；③发生破坏电力设施事件，应迅速展开调查，并报政府部室，追溯造事方责任。四是争取政策。争取政府支持，制定相关规定和处罚条例，密切与当地政府以及安全监督管理部门的联系，协助运行及管理部门落实整改外部隐患，防止和减少各类建设项目施工过程中对电力设施造成的破坏事件。
五、实施有效奖罚管理制度
安全生产，人人有责。安全工作的奖罚实行精神鼓励和物质奖励相结合、批评教育与经济处罚相结合的原则，以奖惩为手段，以教育为目的。针对输配电线路的运行维护管理，我们应将责任和压力分担到每个人，以促使所有人员都能为线路的安全运行尽一份力，认真履行自己的安全职责。从安全监督方面说，我们应建立有效的奖罚管理标准，这些标准都必须经过职工代表大会讨论通过。在实际工作中，围绕对输配电运行管理的重点经常进行现场安全检查，发现问题，下达监督整改计划，如属主观原因未完成整改要求，必须给予一定的处罚。另外输配电线路运行管理的好坏往往体现最终两个指标，非计划停运率和跳闸率（跳闸次数），所以应根据往年线路跳闸情况以及线路设备状况对运行单位下达输配电线路年度跳闸指标数，有指标、目标才有压力，同时结合每月对跳闸数和跳闸原因的鉴定，对责任性的原因引起的线路跳闸必须进行责任追究；对运行管理好、设备故障跳闸少于指标数的部门进行重奖，促使线路运行管理部门和对口职能部门认真抓好线路的运行维护工作，切实降低线路跳闸率，保证输配电线路的安全运行。
【关键词】主扇风机；数据监测；TMS320F2812
【Abstract】A design scheme of the vibration data acquisition module for coal mine main fan based on the DSP technology is proposed. The DSP chip TMS320F2812 is taken as the core of the hardware of the module， and the monitoring data’s transmission is realized via integrated CAN bus. The module is installed next to the main fan， rely on the powerful DSP chip， so the acquisition， processing and storage of the vibration data can be accomplished locally. This module ensures more reliable data acquisition， and compose a important module of the distributed system， and also decrease the number of the wires.
【Key words】Main fan； Data acquisition module； TMS320F2812
0 导论
主扇风机工况监测在煤矿现代化生产中扮演十分重要的角色，如果设备出现故障而又未能及时发现和排除，除了可能导致设备自身的损坏外，更严重的将会造成人员伤亡。对于典型的旋转机械，对振动信号的监测和诊断是目前管理维护的有效手段。不仅理论成熟，而且应用也十分广泛，对于各种故障分类都能有效识别。
振动信号较其他工况特征信号具有数据量大，信号频率高，测点多的特点。为了实时监测的需要，采用DSP技术，提高了数据处理的速度，使得监测系统可以选用采样速率和精度较高的振动传感器。就地安装数据采集仪器可以直观的进行故障报警，振幅显示，以及数据存储。在离线工作模式下，可以将存储的数据取出另行分析。对于整个监测系统，除了振动信号，还要关心温度，压力，以及电机的电流电压等信号。因此采集装置处于在线工作模式时，应该设计不止一种的灵活的通信接口。或者与其他智能监测设备统一，共用通信总线；或者能与上位机高速通信，简化现场接线。针对具体现场情况，设计适合的装置系统，节约资源，降低成本。
1 系统整体设计
振动传感器选用压电式加速度传感器，在振动的过程中，将振动的量转换为电信号。传感器输出的模拟电信号需要经过一定的预处理才能够使用。信号的预处理电路包含有跟随保持电路、放大电路、以及滤波电路等来对信号进行调理。这样处理一方面可以降低干扰，另一方面也将信号处理成符合后续模块输入要求的信号。我们设计采用拥有8路输入的AD芯片MAX1320来作为外接AD模块处理调理后的信号，将不超过量程的模拟信号转换为可以被直接处理的数字信号。这些数字信号通过并行通信线输入到下位机采集系统的核心DSP芯片TMS320F2812内。采集到的数据经过处理后和时间一同被储存在下位机的专门的存储设备内部，以便在通信中断的情况下还可以保存采集到的振动信号。如果与上位机通信正常，那么DSP芯片就把采集到的原始数据直接上送至上位机。设计了CAN总线接口来实现与上位机之间的数据传输功能。
2 系统硬件设计
系统围绕DSP核心芯片对其硬件设计如图2。DSP芯片外接电源电路，时钟电路以及JTAG电路构成最小系统。振动信号通过振动传感器采集后再通过信号预处理电路进行调理，经过外接高速高精度AD转换模块进入DSP芯片内部。此外，在数据采集板上还集成了1602LCD液晶屏幕进行就地显示，USB存储模块进行就地的数据存储。还有与上位机的通信模块。
2.1 TMS320F2812
目前，数字信号处理器（Digital Signal Processor，简称 DSP）已成为信号处理技术的主流。由于TI公司的TMS320系列DSP芯片具有价格低廉、简单易用和功能强大等特点。它已逐渐成为目前最有影响、最成功的DSP系列处理器之一。
TMS320F2812芯片是TI公司推出的运算精度为32位的定点数字信号处理器，特别适用于有大批量数据处理的测控场合，如数据采集，工业自动化控制，电力电子技术应用，电机伺服控制系统等。
该芯片具有高性能的CPU，能在一个指令周期内完成32*32位的乘法累加运算，时钟频率最高可达150MHz，。采用增强型哈佛总线结构，数据存储和程序指令存储分开，大大提高了寻址效率。该数字信号处理器集成了丰富的片内存储，具有外部扩展接口XINTF，高达1MW的寻址空间；可以灵活配置DSP与扩展芯片间的时序；提供了三个独立的片选信号。还包含2个8通道输入的多路开关， 12位分辨率的A/D转换器。片上含两个事件管理模块（EVA，EVB），设计用于脉冲带宽调制PWM（Pulse Width Modulation）输出，转速测量，脉宽测量等，为电机及功率变换控制提供了良好的控制功能。在接口方面，有丰富的串行接口外设，包含2个通用异步串行高速通信接口（SCI），1个通用同步串行外设接口（SPI），1个CAN总线接口（ECAN），1个多通道缓冲串口（McBSP）。[1-3]
2.2 A/D芯片
本模块选用了Maxim 公司生产的高速A/D转换芯片MAX1320，该芯片为14位8通道并行采集，采用了逐次逼近法进行转换，将输入的-5V～+5V的电压信号转换为14位数字信号，每个通道具有独立的采样保持电路。
MAX1320的工作原理
设计 MAX1320 采样模式时候，可以将 CONVST 管脚接高电平，在数据采集开始前，向D0～D7中写入1，让其数据线 D0～D7都被选通。而对于采集结果读取，也可以使用第二种方式，即全部转换结束后再将8路数据一起读取。数据采集结果，通过数据总线输出给DSP，让DSP进行数据处理和分析。同时，考虑到系统所处环境恶劣，如果使用外部时钟，很容易受到外界干扰，导致数据采集不准确。因而，对于时钟的选择，采用内部10M时钟，它足以满足该系统要求。其典型设计如图3.10，应用结构如图4所示[4]。
2.3 CAN总线通信模块
CAN总线是德国BOSCH公司研究开发的一种串行通信总线协议。在20世纪80年代初，现代汽车中各种装置之间需要的数据通信量变大，而且需要通信的设备也变多，每对设备之间都要接线显然不再合适。为了解决这个问题，BOSCH公司开发了CAN总线协议。CAN总线的通信速率最高可以达到1Mbps（通信速率会随着传输距离的增加而降低）。由于其开放性和可靠性，CAN总线被广泛应用于工业监控、汽车电子、楼宇自动化等方向。在建立串行通信分布式工业监控系统的网络时，CAN总线非常的合适使用。与其他一些现场总线技术相比较而言，CAN总线主要有以下几个优点：
（1）成本低，通信速率高、实时性强、传输距离较远、只有2根线与外部相连接，适和高速、远距离传输。
（2）多主方式工作。CAN总线网络上的各个节点没有主从关系，而是根据协议获取总线的使用权。
（3）采用非破坏性仲裁技术。在同一时间，当CAN总线网络上有超过一个节点向总线上发送数据时，协议控制器根据规定进行仲裁，优先级最高的节点获得总线使用权，继续发送数据，其他节点在仲裁失败后自动停止发送。
（4）在CAN网络节点错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，切断节点与总线的联系，避免了导致总线呈现短路状态，从而损坏某些节点的现象，也使总线上其他节点的操作不受影响。
（5）在节点发送的信息遭到破坏的时候，由接收端判断后，发送节点会自动重发该信息。
（6）抗干扰能力强，在传输中受到干扰的可能较小，附带校验等其他手段使得数据出错后能够及时发现。
TMS320F2812芯片内置了增强型控制器局域网ECAN（Enhanced Controller Area Network ）模块。该模块完全支持CAN2.0协议标准。在组成每帧数据时自动接受和发送11位、29位标识符。CAN2.0总线的最高传输速率可达到1Mbps，支持时间触发。当CAN总线节点接收报文时，ECAN模块提供32个接收数据缓冲区以及将近20个过滤器寄存器用于将报文中的数据位提取出来。还提供了一个FIFO报文缓冲区，能够最多容纳32个报文。当发送报文时，ECAN模块提供8个可以根据需要设置为报文缓冲区的寄存器。
PCA82C250为CAN总线提供电平转换的服务，将DSP能够识别的TTL信号转换后与CAN总线的物理总线相连。如图5所示，DSP通过CANTX和CANRX两个引脚与PCA82C250芯片的D和R两个引脚相连接，。PCA82C250芯片的CANL和CANH两个引脚直接挂接在总线上。
2.4 USB存储模块
CH375是由南京沁恒公司生产的USB接口芯片，他支持DSP芯片通过USB通用串行总线与其他设备进行数据交换。CH375与DSP通过8位数据通信线相连，还有读写控制线以及片选信号线。通过CH375内置的通信协议固件，DSP芯片可以直接与挂接在USB总线上的大容量存储设备进行数据读写。读写过程中，可以以扇区为基本单位，也可以以字节为基本单位将数据读出或者写入USB存储设备，包括U盘、USB硬盘等。
USB总线一共有四根通信线，分别是一根5V的电源线，一根电源地线，还有两根数据信号线通过UD+和UD-引出。TXD引脚经过下拉电阻接地时，芯片以并口方式工作，D0～D7为并行数据线。TXD引脚悬空或者未经下拉电阻接地时，芯片以串口方式工作，TXD和RXD与DSP芯片交换数据。工作时需要外部提供一个高频晶振接在X0和X1两个引脚之间[5]。见图6。
3 系统软件设计
系统的初始化程序结束后，进入串口中断扫描程序，检查是否产生了串口中断。产生串口中断后，根据产生的中断标志来执行下一步的命令。根据产生的中断标志的不同分别进行信号采集、数据显示、越限报警、数据存储和数据传输等操作。
4 结束语
基于DSP的主扇风机振动信号采集模块，其具有强大的就地功能，可实现对主扇风机振动信号的实时监测，数据处理传输及离线模式的数据就地存储等功能。该模块具有高性价比、高集成度、高精度以及高可靠性等优点，这为煤矿监测监控系统的分布式设计打下了良好基础。
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[4]王亮.基于DSP+ARM的多通道数据采集系统的设计[D].四川：电子科技大学，2013.
关键词：输电线路；在线监测；覆冰；导线舞动；可靠性
【分类号】：TM73
一、输电线路在线监测的意义
输电线路在线监测对电网运行可靠性和建设维护具有重大意义：
（一）提高输电网安全稳定运行水平的切实需要
输电线路地处野外，途经农田、山地、高山峻岭，跨江河水库，穿山脉峡谷，饱受风、雨、雾、冰、雪、冰雹、雷电等大气环境的影响，要保证输电线路的安全稳定运行，需要掌握其运行状态。而面对超过7000 公里的输电线路，数万基杆塔，收集到信息的方式及收集到的信息量的处理至关重要，没有科学的监测手段和分析手段将无法提取其中的关键信息，无法利用现有的人力物力资源进行科学的生产调度。因此，通过安装在线监测装置、使用先进的离线检测设备、汇集状态信息进行输电网设备健康状况评估、运行状态评估，发现输电网运行隐患及时进行处理是提高输电网安全稳定运行水平的切实需要。
（二）转变生产管理模式的需要
随着电网的快速发展，以及用户对供电可靠性要求的逐步提高，传统的基于周期的设备检修模式已经不能适应电网发展的要求，迫切需要在充分考虑电网安全、环境、效益等多方面因素情况下，研究、探索提高设备运行可靠性和检修针对性的新的检修管理方式。状态检修是解决当前检修工作面临问题的重要手段。部分发达国家开展状态检修工作已有十多年的历史，并取得显著成效。据估算，实施输电线路状态检修能提高设备利用率 5%以上，节约检修费用25%～30%。
二、输电线路在线监测的相关技术
（一）输电线路覆冰在线监测
覆冰在线监测可以实现对线路上覆冰状况的有效监控，收集数据后对数据进行快速分析，提前预测冰害事故，并及时发送预警信息，降低冰闪、断线、倒塔等事故发生率。覆冰在线监测系统经过多年发展，技术上已较为成熟，按照探测原理不同可以分为两种类型：
1、对线路张力进行检测
这种方式是将张力传感器安装在绝缘子上，传感器不但可以采集导线覆冰后的受力参数，而且能够同时将环境温度、湿度、风度、风向等数据一同录入，再将数据用人工智能系统进行处理，综合分析出线路状态与覆冰程度，超出警戒值即发出预警。
2、对导线的几何参数进行检测
这种方式通过测量导线的弧垂、倾斜角等数据来估算导线状况。现在工程上通常使用状态方程这一数学工具对输电线路的受力状况进行描述，只需将倾斜角度、弧垂、气象环境参数等数据输入，就可以倒推演算出导线的覆冰重量、覆冰厚度等，能够帮助评定覆冰危险等级。
（二）输电线路气象和导线风偏在线监测
这套系统可实时监测环境风速、风向、温度、绝缘子串和导线对地夹角大小等数据。有关部门根据预警信息制定相应的风偏预防措施，也能够准确定位放电故障点的位置；通过传感器传回监测中心的气象数据资料，结合绝缘子串和导线对地实际夹角，进一步完善风偏算法；同时还可以将线路杆塔上的风压不均系数、导线摆幅、瞬时风速等数据汇总到数据库，通过对数据的分析，改进设计标准，使之符合当地实际情况。实际操作中，可以将角度传感器设置在架空线上，结合当时的风速、温度，计算出导线风偏。
（三）输电线路绝缘子污秽监测
1、污秽度监测
目前的污秽检测手段，在测量绝缘子表面的灰密、等值附盐密度时，需做出停电操作。为解决这一问题，国内外的研究者推导出了光纤传感器的光场分布与绝缘介质表面含盐量之间的换算公式，通过对光能参量的测定与处理，可间接计算出传感器表面盐分含量，从而准确评估出对绝缘子的表面盐密值。
2、漏电检测
泄漏电流能够表征电压、气候参数和污秽度三种参数，该参数是绝缘子污秽程度的重要参考值。泄漏电流一般会沿介质表面形成，将新型的泄漏电流传感器安置在绝缘子的高压端，就能够得到泄漏电流的实时数据，信号处理单元将电信号转变为数字信号，并通过相关运算模块对泄漏电流的均值、峰谷值、振幅、最大电流脉冲数进行计算，最后使用无限线信网络把数据输送到数据总站，专家系统对数据进行综合分析，判断绝缘子积污状况。绝缘子的结构参数，污秽物化学组分，气象条件也需要长时间的数据积累。
（四）输电线路杆塔倾斜监测
煤矿采空区上部的地质条件较为复杂，在重力、应力、自然力扰动下，易引发坍塌、滑坡、泥石流、地面龟裂等地质灾害，致使采空区杆塔倒塌，对于输电线路的安全运行造成极大隐患。全球移动通信系统（GSM） 结合相应的监测技术，可以监控杆塔状况，预防杆塔倒塌。该系统在220kv 以下的输电线路中得到了重要应用，对于杆塔变形、基础移位等缺陷能进行准确判断，保障输电系统
的安全。特高压线路多建设在偏远山区，通讯信号经常受到无线电严重干扰。为此，国家电网公司专门组织了杆塔倾斜度监测GSM 系统的研制工作，且已初步取得成效，为杆塔倾斜监控提供了良好的技术保障。
（五）输电线微风振动监测
微风振动使得导线产生交变应力，是产生疲劳断股的主要原因。微风振动对线路的影响循序渐进，具有很强隐蔽性，外观特征不明显，相关的测量工作能为仿真设计提供较好的现场数据。微风振动检测系统具有采集精度较高的振动监测仪，可以对导线相对线夹的弯矩值、频率、环境温度湿度、风向风速进行测量，结合导线力学性能资料，分析在微风振动下的导线寿命。
（六）导线舞动监测
导线舞动造成导线断裂、塔材变形，引发停电事故。导线舞动在线监测仪能绘制出易舞动线路分布图，为线路设计提供重要依据。实际中根据档距和其它参数，在某一档距内的导线上设置大量传感器，对X、Y、Z三个方向的加速度进行测量，结合线路本身参数，建立数学模型，分析舞动危害等级，在事故发生前预警，谨防倒塔、短路等灾害事故。
三、提高输电线路在线监测可靠性的对策
（一）提高在线监测系统运维质量
要提高在线监测系统可靠性，日常运维工作十分重要。首先要建立在线监测系统管理体系，在目前的管理构架下可以采用二级管理、三级监测的管理体系。二级管理由两级监测诊断中心构成：在省电力公司、电科院设备状态评价中心建立一级监测诊断中心，在地市公司和省检修公司建立二级监测诊断中心，同时在省公司和各个地区专门设立在线监测诊断室。三级监测体系中，第一级为省公司的输变电设备在线监测省级主站系统；第二级为各地区局的在线监测地区主站系统；第三级为建立在各个变电站内的变电站站端在线监测系统。
（二）在线监测设备使用条件可靠性评价
对于输电线路在线监测设备，不仅仅要在实验室离线考核其机械、电气、测量准确性等各项常规性能，还需要安装在实际线路上来考核其运行工况下的可靠性，通过实际工况和实验室测试相结合的手段，对比在线监测设备试运行前后各项性能指标是否合格，或达到什么等级的运行可靠性。对于实际运行环境下的可靠性监测，需要利用具有典型气象特点的真型试验线路，通过与可靠性和准确性更高设备进行一定时间的运行性能比较，获取运行可靠性评价。
参考文献
