架空输电线路在线监测系统项目建议书（新） - 图文(3)

一方面不能满足电力闭环系统的安全性、多点组网、确定的实时性、无运营费和低功耗等的要求。另一方面其功耗超过1W，信息采集的设备功耗太大，则无法采取太阳能或电池供电方式，重量达到16KG，超过了国家电网关于“架空送电线路导线温度在线监测装置技术导则”的要求（4.4基本技术要求(c）:安装在导线\\地线上的单个监测单元整体重量应小于2.5KG)，在高压电线上安装的监测装置超过设计标准将影响高压导线的稳定和安全。

因此，解决导线温度监测设备的功耗是本项目的技术关键，只有降低设备功耗才能有效解决高压输电线温度监测问题。项目产品基于无线传感网技术开发的架空线路导线温度测量装置，功耗≤10毫瓦，体积较小（直径≤10cm），重量≤1.5Kg，完全符合国家电网技术规范小于2.5KG的要求，而且无线传感网技术通过智能路由实现任意测量装置之间的最优拓扑组织，暨当监测装置的空间位置、距离、顺序发生变化，甚至某些测量装置出现故障及损坏的情况时，重新组织网络结构保障网络的正常运作，大大提高测量装置的自动化水平及稳定性。

4．建设方案、规模、地点、期限

4.1建设内容与建设方案

4.1.1继续研发，进一步提高产品的技术含量

继续改进软硬件系统，提高产品的可靠性，不断改进和测试，提的运行性能。对软硬件的整体系统，进行不断完善的改进和调试，促进产品的商品化。主要研究和开发内容包括：

1) 标识在高压输电线测温系统中的分配方案设计； 2) 高压输电线测温装置设备的设计和研制；

3) 用于高压输电线测温的无线传感网线形网络协议的设计和实现； 4) 用于高压输电线测温的无线传感网传感器接口设计和实现； 5) 用于高压输电线测温的无线传感网接入网关设备的设计和研制； 6) 高压输电线测温系统的信息中心（大型服务器和数据库系统）的设计； 7) 高压输电线测温系统信息中心人机软件的设计和实现；

8) 研制基于无线传感网高压输电线测温系统需要的无线传感网工具的硬件

设备和软件的。

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9) 独立球形太阳能供电系统研制。

4.1.2项目的技术方案

4.1.2.1技术方案的设计思想与依据

本项目的技术方案依据国家电网公司《关于“架空送电线路在线监测系统通用技术规范”和“架空送电线路导线温度在线监测装置技术导则》进行设计，在方案实现的关键技术上依托公司已有的技术积累进一步开展原始技术创新。

本项目通过具有自主知识产权的无线传感网传输协议、面向现场应用需求的检测节点多种通信模式配置机制和球形结构太阳能供电系统等软硬件设计创新，开发基于无线传感网技术开发的架空线路导线温度测量设备，具有安装方便、体积小、重量轻、无线传感网低功耗、自组织网络、无线实时数据传输等特点，使监控中心能够实时监测架空送电线路导线温度的数据。

项目产品经浙江省电力实验研究院的检测，各项指标均符合要求。并已在浙江金华电力局等单位用户使用，用户反映良好，说明本项目产品所采用的技术是可行的，关键技术完全可以实现。

4.1.2.2项目产品的总体技术方案

目前线路输送的额定容量是为防止线路负荷增加时产生过热故障,而制定了线路静态热容量极限值。这种极限值(如最高导线允许温度)是基于最恶劣气象条件为维持线路对地的安全距离而得出的保守值。导线允许载流量与导体的电阻率、环境温度、使用温度、风速、日照强度、导线表面状态、辐射系数、吸热系数、空气的传热系数等因数有关。因此可以通过在线监测线路的导线温度、风速、日照强度和环境温度等, 计算并控制线路的载流量，根据实际气象条件和线路参数确定的导线输送限额, 一般可以提高输电线容量的10%～30%，对缓解输电线路输送容量不足的矛盾起到积极的作用。

目前基于GSM/GPRS无线网络的架空送电线路导线温度在线监测装置，不能满足电力闭环系统的安全性、多点组网要求，特别是由于信号采集、传输的功耗超过1W，无法采取太阳能或电池供电方式，只能采用高压线互感取电，即通过

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线圈感应从高压线上取电，整个装置体积大，重量达到16KG，超过了国家电网关于“架空送电线路导线温度在线监测装置技术导则”的要求（4.4基本技术要求(c）:安装在导线\\地线上的单个监测单元整体重量应小于2.5KG)，将影响到高压导线的稳定和安全。

因此，只有本项目的关键是如何降低监测设备的功耗，本项目采用无线传感网技术开发了架空送电线路导线温度在线监测装置，功耗≤10毫瓦，体积较小（直径≤10cm），重量≤1.5Kg，完全符合国家电网技术规范小于2.5KG的要求。而且无线传感网技术通过智能路由实现任意测量装置之间的最优拓扑组织，暨当监测装置的空间位置、距离、顺序发生变化，甚至某些测量装置出现故障及损坏的情况时，重新组织网络结构保障网络的正常运作，大大提高测量装置的自动化水平及稳定性。

（1）架空送电线路实时动态增容监测系统体系结构

实时动态增容监测系统包括导线温度在线监测装置、气象测量站、CDMA/GPRS传输模块、控制中心。其中，低功耗的无线传感网节点能够在一个高压塔架周围实现一个无线传感网络，采集导线温度、环境温度、风速、日照强度等数据，并在每个高压塔架上的主节点通过CDMA/GPRS等通讯主干网将数据传送到控制中心，如图5-1所示。

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图5-1 基于无线传感网络的架空送电线路实时动态增容监测系统示意图

? 控制中心系统：包括集群通信前端：监控系统（软件）、数据服务器系统、

架空输电线路动态增容计算模型。

? 导线温度监测装置：安装在各线路导线上的温度检测装置，按照接受到

的指令进行导线温度检测，监测数据发送至计算分析监控中心。 ? 无线传感网由装置：实现了基于WSN技术体系的高压输电线路温度监测

系统接入电力现有的骨干网络，实现了实时的数据的远程存储和分析处理。

? 小型气象检测站：根据小气象条件，选择安装在线路温度检测装置附近。

按照接受到的指令进行参数监测，监测数据发送至计算分析监控中心。

（2）主要技术与性能指标

子节点主要技术参数：

1) 基于无线传感网技术体系的高压输电线温度监测系统；低功耗，系

统整体功耗低，可以在使用较小的蓄电池与太阳能板的情况下在阴雨天气连续工作长达15天，每天正常工作24小时； 2) 输出电压：4.6V； 3) 峰值功率：0.4W； 4) 最大输出电流：87mA； 5) 控制板尺寸：5cm长*3cm宽；

6) 重量：≤1.5Kg，球形体积较小（直径≤10cm）；

7) 允许长期通过导线负荷电流： 50A～1000A（可根据客户要求提高到

1500A）；

8) 导线温度测量范围：－55℃～＋125℃,精度：±0.5℃，接触式； 9) 交流电流测量的范围：100A～900A（可根据客户要求提高到1500A），

精度：±5％；

10) 采集信号发送间隔时间：2分钟～23小时（该功能可以开启关闭）； 11) 报警温度门限设定范围：＋50℃～＋125℃； 12) 通信方式：WSN；

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13) 单装置多测温点（增加测温的可靠和准确性）。 主节点主要技术参数

1) 载波波段：433MHz/2.4GHz； 2) 发射功率：0~10dbm；

3) 传感信号：温湿度信号，开关信号，串口信号(232/485)，

4-20MA,0-10V 信号,脉冲信号等；

4) 输出信号：红外，串口信号(232/485)，开关信号； 5) 供电方式：电池3.6V或DC9V；

6) 工作电流：发射 <20mA、接收 <10mA、待机：<1mA； 7) 通信方式： CDMA、GPRS。

4.1.2.3项目产品的关键技术及创新点

（1）关键技术

1）无线传感网自组织网络协议

本项目中自主开发的无线传感网技术协议具有下列几个优势：①具有全部知识产权，能够适应未来在高压线路上建立无线传感网的安全监测信息化平台；②可以实现该项目在技术协议上的最优化，进一步提高通信效率，降低功耗，提高速度；③与ZIGBEE相比，未来可以开发无限制多跳的传感网协议，在高压塔架之间实现无线传感网通讯，可以不再依赖现有的通讯主干网。Zigbee目前版本无法实现无限制的多跳通讯；④最重要的是采用更加安全的加密技术，防止高压线温度等数据泄密或被篡改。 2）球状太阳能的设计技术

本项目的技术难点之一是能源系统的设计。无线传感网技术提供了超低功耗通信的技术基础，使采用太阳能供电成为了可能。但是在高压线路上所有设备不能存在棱角，因此不能采用平板太阳能，另外考虑到太阳能系统的采光效率，因此本项目采用球状太阳能电池单元，可以从各个角度接受光线，提高采光效率。 3）架空送电线路导线温度在线监测动态增容分析技术

产品的功能系统包括监控中心系统、导线温度检测装置和小型气象检测站。

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