用i.MX536打造新一代國家電網(wǎng)輸電線智能監(jiān)測設(shè)備

摘要：為了積極開發(fā)應(yīng)用科學(xué)技術(shù)來提高輸電線路的管理水平，提高輸電線路的在線監(jiān)測技術(shù)，可利用各種探測器、傳感器監(jiān)測野外輸電線路的運(yùn)行情況，將輸電線路的溫度、微氣象、泄漏電流、覆冰狀況、本體及廊道等環(huán)境變化等情況轉(zhuǎn)換為圖像、數(shù)據(jù)等數(shù)字化信息，然后通過GPRS、ZigBee等通信通道傳輸至在線監(jiān)測集控中心，從而為運(yùn)行人員了解和分析線路運(yùn)行情況，積累線路運(yùn)行資料數(shù)據(jù)，診斷、預(yù)測線路運(yùn)行狀態(tài)提供可靠數(shù)據(jù)。

在國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的形式下，高壓輸電線路的分布越來越廣。迅速增長的輸電線路給線路運(yùn)行人員帶來越來越多的巡視維護(hù)工作，但對交叉跨越、人員活動密集地、自然災(zāi)害區(qū)域等地的線路危險點(diǎn)的觀察巡視又是必不可少的。目前，大多情況仍采用的是定期人工巡視手段，一般巡視期為一個月，而在巡視期內(nèi)線路及周邊的環(huán)境情況是不得而知的，這就為輸電線路的運(yùn)行埋下了巨大的安全隱患。近年來事故逐年上升，說明了傳統(tǒng)的人工巡視方式已不能滿足現(xiàn)有的安全需求，因此急需采用新的技術(shù)手段來進(jìn)行線路的巡視維護(hù)工作。在數(shù)目繁多的輸電線路的情況下，實(shí)行狀態(tài)線路檢修手段，維護(hù)保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

在科技高速發(fā)展的今天，我們必須積極開發(fā)應(yīng)用科學(xué)技術(shù)來提高輸電線路的管理水平，輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，最大限度地保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

輸電線路在線監(jiān)測是指直接安裝在輸電線路上的設(shè)備，可實(shí)時記錄輸電線路、鐵塔、絕緣子等其他電力設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)健康與否，它是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)檢修的重要手段。輸電線路在線監(jiān)測是指根據(jù)先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)和診斷技術(shù)提供的設(shè)備狀態(tài)信息，判斷輸電線路的異常情況，有著預(yù)知設(shè)備故障的能力;線路運(yùn)行維護(hù)人員可根據(jù)輸電線路的狀態(tài)來安排檢修計(jì)劃實(shí)施檢修。輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)是實(shí)現(xiàn)故障判斷、狀態(tài)檢修的重要基礎(chǔ)。

輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)主要是利用各種探測器、傳感器監(jiān)測野外輸電線路的運(yùn)行情況，將輸電線路的溫度、微氣象、泄漏電流、覆冰狀況、本體及廊道等環(huán)境變化等情況轉(zhuǎn)換為圖像、數(shù)據(jù)等數(shù)字化信息，通過GPRS、ZigBee等通信通道，傳輸至在線監(jiān)測集控中心，方便運(yùn)行人員了解分析線路運(yùn)行情況，積累線路運(yùn)行資料數(shù)據(jù)，診斷、預(yù)測線路運(yùn)行狀態(tài)。

由于輸電線路位于野外，環(huán)境狀況復(fù)雜，容易出現(xiàn)極限惡劣天氣，對在線監(jiān)測設(shè)備的可靠性要求達(dá)到非常高的級別;同時由于輸電線路本身可能發(fā)生故障，為保證故障狀況下的持續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測設(shè)備自身的供電系統(tǒng)不能單純依賴輸電線電網(wǎng)供電，必須采用與太陽能電池相結(jié)合的饋電方式做后備儲備電源，因此系統(tǒng)本身必須能實(shí)現(xiàn)較低的功耗;而為防止盜竊、人為破壞等非環(huán)境事故以及各種故障動態(tài)行為的分析，新一代的監(jiān)測設(shè)備需要能進(jìn)行視頻分析和處理，并采用無線的方式傳輸視頻。最后，由于輸電線檢測的大規(guī)模屬性，要求新一代的設(shè)備必須比上一代的靠拼湊組裝成的設(shè)備具有更低的成本，能同時掛載多種傳感器并進(jìn)行運(yùn)算處理，掛載各種繼電器等外設(shè)進(jìn)行控制，在各種外設(shè)運(yùn)行時保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，便于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

這些問題需要新一代的電網(wǎng)在線監(jiān)測設(shè)備采用的嵌入式處理器必須具有高級別的工業(yè)環(huán)境溫度要求，低功耗的特性，足夠的圖像視頻處理能力及豐富的外設(shè)接口。飛思卡爾的i.MX53芯片是面向工業(yè)汽車領(lǐng)域的現(xiàn)有成熟的最高端ARM處理器，采用這款處理器設(shè)計(jì)的電力線檢測設(shè)備具有極高的性價比。

圖1所示是采用這款處理器實(shí)現(xiàn)的新一代電網(wǎng)在線監(jiān)測設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

由圖1可見利用一顆獨(dú)立的ARM處理器實(shí)現(xiàn)了對導(dǎo)線溫度、覆冰、風(fēng)偏、弧垂、微氣象及視頻圖像等狀態(tài)參數(shù)傳感器信號的采集輸入，對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析綜合壓縮后，通過各種靈活的無線組網(wǎng)方式如3G、GPRS、WiFi、藍(lán)牙、ZigBee、433、915M等無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心或其他鄰近的檢測點(diǎn)。為防止監(jiān)控點(diǎn)的災(zāi)難性破壞，設(shè)備本身還可以通過多種類型的存儲介質(zhì)如SD卡、NANDFLASH完成數(shù)據(jù)備份：設(shè)備具有的RS232、RS485、光纖等各種有線通信方式完成線路現(xiàn)場和遠(yuǎn)程的控制工作，有效地增加了設(shè)備的可靠性。全設(shè)備采用滿足汽車溫度級別的器件，可在-40～85℃下穩(wěn)定持續(xù)工作，設(shè)備整體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)防水、鹽霧等各種防護(hù)等級要求，可以用在大部分惡劣的高低溫及濕度環(huán)境。圖2所示是整體組網(wǎng)示意圖，圖3所示則是其現(xiàn)場實(shí)拍圖。

辰漢電子與國內(nèi)某電力企業(yè)聯(lián)合研發(fā)的基于i.MX536的新一代輸電線路監(jiān)控裝置推動了輸電線路信息傳輸技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了一個集輸電線路狀態(tài)監(jiān)控、運(yùn)行管理、指揮決策于一體的輸電線路監(jiān)控中心，提升了輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)管能力，系統(tǒng)架構(gòu)合理，運(yùn)行穩(wěn)定，應(yīng)用效果良好，整體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了輸電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測和掌控，滿足日常運(yùn)行值班、故障搶修、應(yīng)急指揮等不同應(yīng)用需求，具有很強(qiáng)的推廣價值，為國家電網(wǎng)公司實(shí)施“三集五大”體系建設(shè)提供了重要的技術(shù)支撐，對建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)具有重要意義。