CN101511097A

CN101511097A - 基于高压输电线路的无线监测系统

Info

Publication number: CN101511097A
Application number: CNA2009100681736A
Authority: CN
Inventors: 韩双立; 张力晨; 周文涛; 张会建; 陈建民; 李季; 赵增华; 石高涛
Original assignee: Tianjin Electric Power Corp
Current assignee: Tianjin Electric Power Corp
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2009-08-19

Abstract

本发明涉及一种基于高压输电线路的无线监测系统，由采集终端、监测子站、监测网关、互联网及监控中心连接构成，采集终端通过Zigbee协议与监测子站相连接并构成无线监测子网，监测子站之间以及监测子站与监测网关之间通过WiFi协议相连接并构成无线监测骨干网，监测网关通过互联网与监控中心相连接。本发明设计合理，能够对高压输电线路进行多种类型的参数进行采集和传输，实现了对整条高压输电线路的全面监测，具有性能可靠、传输速率高、易于扩展且运行成本低的特点，可广泛应用于电力系统的高压输电线路监测领域。

Description

基于高压输电线路的无线监测系统

技术领域

本发明属无线网络技术领域，尤其是一种基于高压输电线路的无线监测系统。

背景技术

随着无线传感器网络技术的发展，不仅可以实现对简单标量数据(如温度、湿度、光强等)的采集、传输与处理，还可以获取信息量丰富的声音、图像等多媒体数据信息，实现细粒度、精确信息的环境监测，对感知区域进行全方位监控，大大拓展了传统无线传感器网络的应用领域，在国防安全、科学研究、医疗看护、环境监控等方面有着巨大的潜在应用前景。

无线传感器网络在高压输电线路的在线监测中具有重要的应用价值。我国高压输电线路分布范围广、线路长，尤其是“西电东送”工程，不但地形地貌复杂，而且部分地区气候条件比较恶劣，特别是在冬季，电缆上长时间结有覆冰，给高压电缆带来的重量载荷越来越大，严重情况下会造成断缆进而杆塔倒塌。另外，洪水冲刷、不良地质、火灾、导线舞动、导线悬挂异物、线路周围建筑施工、塔材被盗等各种因素都会对高压输电线路造成不同程度的影响和破坏，带来巨大的经济损失。因此，在电力行业，急需一种有力的监控、监测手段对输电线路环境参数及周边状况进行全天候监测，使输电线路运行于可视可控之中。传统的监测手段是采用工作人员定期到现场进行检查的方式进行，这样不仅消耗大量的人力和物力，而且不能及时监测故障事件，带来一些不必要的工作延误，甚至会扩大故障范围。现有的解决方案通常使用移动通信网(GPRS，CDMA)进行标量数据(如温度、湿度、光强等)的的传输，但这种方法存在如下问题：

1.可靠性差。其完全依赖移动通信网，而移动通信网的网络覆盖范围有限，一般不会覆盖到人迹罕至的地方。然而，高压输电线路，尤其是特高压输电线路，通常距离远，跨越偏远的山区、沙漠等环境恶劣的地域，如我国的西电东送工程的输电线路。这些地方大都是移动通信网覆盖不到的区域。另外，移动通信网基站在受到如雪灾、地震等危害时，基站失效后会导致所辖小区内的所有用户无法正常通信，而且基站的修复较困难，恢复通信所需时间较长。

2.难以实现多参数、全方位监控，其扩展性差。受移动通信网接入的限制，通常一个接入点只能监测一种或一类参数，如微风震动监测系统、绝缘子污秽监测系统、泄漏电流监测系统等。如果要监测多个参数就需要增加接入点数目，随着监测规模的增加，后端监控的实现就会很复杂，可扩展性差。

3.监测系统的运行成本高。使用移动通信网产生大量的网络使用费，尽管按流量收费、价格呈下调趋势，但是大规模、长时间的使用，其使用费用还是相当可观的。

4.传输速率低。移动通信网的有效传输速率只有几十到一百多Kbps，难以满足高清晰图片、视频的传输需求，不能实现对电缆覆冰、绝缘子污秽等状态的监测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种性能可靠、传输速率高、易于扩展且运行成本低的基于高压输电线路的无线监测系统。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于高压输电线路的无线监测系统，由采集终端、监测子站、监测网关、互联网及监控中心连接构成，采集终端通过Zigbee协议与监测子站相连接并构成无线监测子网，监测子站之间以及监测子站与监测网关之间通过WiFi协议相连接并构成无线监测骨干网，监测网关通过互联网与监控中心相连接。

而且，所述的采集终端安装在输电电缆或输电铁塔上，所述的监测子站安装在输电铁塔上，所述的监测网关安装在高压变电站内。

而且，所述的采集终端包括一采集终端控制电路，该采集终端控制电路由主控模块、传感器模块、Zigbee通信模块及电源模块构成，主控模块通过I/O接口与传感器模块相连接，主控模块通过SPI接口与Zigbee通信模块相连接。

而且，所述的传感器模块包括标量传感器和矢量传感器。

而且，所述的监测子站包括一监测子站控制电路，该监测子站控制电路由主控模块、WiFi通信模块、Zigbee通信模块及电源模块构成，主控模块通过MiniPCI接口与WiFi通信模块相连接，主控模块通过SPI接口与Zigbee通信模块相连接。

而且，所述的监测网关包括一监测网关控制电路，该监测网关控制电路由主控模块、WiFi通信模块、以太网模块及电源模块构成，主控模块通过MiniPCI接口和WiFi通信模块相连接，主控模块通过SMC接口和以太网模块相连接。

而且，所述的无线监测子网采用星型网络或网状网络进行连接。

本发明的优点和积极效果是：

1.本无线监测系统能够根据实际需要，对高压输电线路进行多种类型的参数进行采集和传输，实现了对整条输电线路的全面监测，为监控中心进行采集、分析处理提供了全面的、翔实的监测数据。

2.本无线监测系统可靠性高，其不依赖网络基础设施，能够不受移动通信网覆盖范围的限制，通过自组织网络接入互联网，当某些节点受到灾害侵袭无法正常工作时，幸存的节点依然有可能自组织成网络，自愈性强，提高了监测系统的可靠性。

3.本无线监测系统能够很方便地增加、减少监测项目和监测区域，根据需要改变网络结构，增强了系统的灵活性和可扩展性。

4.本无线监测系统在骨干网指甲采用IEEE802.11通信协议进行数据的传输，其传输速度高、距离远，能够支持多种类型数据，尤其是多媒体数据的传输：不仅能支持标量小数据的传输，还能支持图片、视频等大数据量的多媒体数据的传输。

5.本无线监测系统不使用移动通信网进行无线数据的传输，降低了运行成本。

6.本发明设计合理，能够对高压输电线路进行多种类型的参数进行采集和传输，实现了对整条高压输电线路的全面监测，具有性能可靠、传输速率高、易于扩展且运行成本低的特点，可广泛应用于电力系统的高压输电线路监测领域。

附图说明

图1是基于高压输电线路的无线监测系统的连接示意图；

图2是采集终端的电路方框图；

图3是监测子站的电路方框图；

图4是监测网关的电路方框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种基于高压输电线路的无线监测系统，如图1所示，由采集终端、监测子站5、监测网关6、互联网7及监控中心8连接构成，即由两层无线监测网络使用监测网关通过互联网与监控中心相连接，采集终端包括能够采集温度等标量数据的标量采集终端1和能够采集图片等矢量数据的矢量采集终端2。两层无线监测网络包括无线监测子网3和无线监测骨干网4，无线监测子网由采集终端通过Zigbee协议与监测子站相连接构成，无线监测骨干网由监测子站之间以及监测子站与监测网关之间通过WiFi协议相连接构成，监测网关通过互联网与监控中心相连接。其中：

无线监测子网采用星型网络或网状网络进行连接，监测子站作为汇聚节点收集输电线路上各种采集终端所感知的数据并向监测网关传输。采集终端既可以安装在输电电缆上通过感应电缆上的电流/电压为其供电，也可以安装在输电铁塔上使用太阳能电源，采集终端既可以采集温度、湿度、光强、振动、压力等标量数据，也可以采集图片、视频等矢量数据，所述的监测子站安装在输电铁塔上由太阳能为其供电。

无线监测骨干网可以采用任意拓扑结构进行连接，使用路由算法可以将各个监测子站收集的传感器数据多跳转发到监测网关，监测子站之间及监测网站与监测网关之间均通过WiFi协议进行高速数据传输，监测网关通常安装在高压变电站内，监测网关使用互联网将数据上传到监控中心。

在无线监测系统中的采集终端包括一采集终端控制电路，该采集终端控制电路由主控模块、传感器模块、Zigbee通信模块及电源模块构成，如图2所示，主控模块通过I/O接口与传感器模块相连接，主控模块通过SPI接口与Zigbee通信模块相连接。其中：主控模块采用Freescale的高性能低功耗MPC8272芯片；传感器模块可以采用感知温度等数据的标量传感器模块，也可以采用感知图片等数据的矢量传感器；Zigbee通信模块采用Jennic5139芯片，其集成了MCU和射频模块，并支持IEEE802.15.4标准，实现4Km的传输距离；电源可以通过太阳能电源或感应电缆上的电流/电压为其供电。

在无线监测系统中的监测子站包括一监测子站控制电路，如图3所示，该监测子站控制电路由主控模块、WiFi通信模块、Zigbee通信模块及电源模块构成，主控模块通过MiniPCI接口与WiFi通信模块相连接，主控模块通过SPI接口与Zigbee通信模块相连接。其中：主控模块采用Freescale的高性能低功耗MPC8272芯片；Zigbee通信模块采用Jennic5139芯片，其集成了MCU和射频模块，并支持IEEE802.15.4标准，实现4Km的传输距离，电源可以通过太阳能电源为其供电；WiFi通信模块采用Ubiquiti Network的XtreamRange2芯片，可支持两块带有XtreamRange2芯片的无线网卡同时工作。监测子站采用基于IEEE802.11协议的自组织网络，能支持远距离(几十公里)传输，提供较高的网络带宽。

无线监测系统中的监测网关包括一监测网关控制电路，如图4所示，该监测网关控制电路由主控模块、WiFi通信模块、以太网模块及电源模块构成，主控模块通过MiniPCI接口和WiFi通信模块相连接，主控模块通过SMC接口和以太网模块相连接。其中：主控模块采用Freescale的高性能低功耗MPC8272芯片；WiFi通信模块采用Ubiquiti Network的XtreamRange2芯片，可支持两块带有XtreamRange2芯片的无线网卡同时工作；以太网模块采用Micrel的KS8995芯片。监测网关安装在高压变电站内，由交流电源为其供电。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种基于高压输电线路的无线监测系统，其特征在于：由采集终端、监测子站、监测网关、互联网及监控中心连接构成，采集终端通过Zigbee协议与监测子站相连接并构成无线监测子网，监测子站之间以及监测子站与监测网关之间通过WiFi协议相连接并构成无线监测骨干网，监测网关通过互联网与监控中心相连接。

2.根据权利要求1所述的基于高压输电线路的无线监测系统，其特征在于：所述的采集终端安装在输电电缆或输电铁塔上，所述的监测子站安装在输电铁塔上，所述的监测网关安装在高压变电站内。

3.根据权利要求1或2所述的基于高压输电线路的无线监测系统，其特征在于：所述的采集终端包括一采集终端控制电路，该采集终端控制电路由主控模块、传感器模块、Zigbee通信模块及电源模块构成，主控模块通过I/O接口与传感器模块相连接，主控模块通过SPI接口与Zigbee通信模块相连接。

4.根据权利要求3所述的基于高压输电线路的无线监测系统，其特征在于：所述的传感器模块包括标量传感器和矢量传感器。

5.根据权利要求1或2所述的基于高压输电线路的无线监测系统，其特征在于：所述的监测子站包括一监测子站控制电路，该监测子站控制电路由主控模块、WiFi通信模块、Zigbee通信模块及电源模块构成，主控模块通过MiniPCI接口与WiFi通信模块相连接，主控模块通过SPI接口与Zigbee通信模块相连接。

6.根据权利要求1或2所述的基于高压输电线路的无线监测系统，其特征在于：所述的监测网关包括一监测网关控制电路，该监测网关控制电路由主控模块、WiFi通信模块、以太网模块及电源模块构成，主控模块通过MiniPCI接口和WiFi通信模块相连接，主控模块通过SMC接口和以太网模块相连接。

7.根据权利要求1所述的基于高压输电线路的无线监测系统，其特征在于：所述的无线监测子网采用星型网络或网状网络进行连接。