CN103401899A - 线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法，其特征是多级网络由高压输电线路上的OPGW光纤作为数据传输主通道形成的OPGW主干网、各WiFi接入网和各ZigBee中继网构成；各WiFi接入网中的多个相邻的WiFi接入网通过对等组网形成对等的通信子网，通信子网通过边界路由与其它通信子网交换WiFi接入网的数据； 以任意一个WiFi接入网与多个ZigBee中继网组成星状网，各ZigBee中继网接收多个传感器节点采集的数据，并发送到与ZigBee中继网形成星状网的WiFi接入网；各传感器节点以单向广播的形式向ZigBee中继网传送采集数据；在各ZigBee中继网之间没有数据通信。采用本发明中的组网方法所构建的网络工作可靠，可减少通信费用并提高传输速率，满足图片和视频传输要求。

Description

线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法

技术领域

本发明涉及一种适用于对长距离无人值守的高压输电线路上导线和杆塔的物理状态进行实时监测的线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法，更具体地说是采用基于无线传输的温度、湿度、加速度和视频等传感器，对高压输电线路中的导线摆动、覆冰及杆塔的微倾斜程度进行测定，并通过多级网络将数据传递到数据的汇集点。

背景技术

输电线路是电力系统的重要组成部分，保证输电线路的正常运行是整个电网安全运行的前提和保障。随着电网容量的不断扩大，对输电线路的检测越来越困难，需要大量的人力，这种情况下，输电线路的运行状态和故障隐患的不可知性与大电网安全稳定运行的矛盾日趋突出。目前主要的在线监测技术现有的解决方案通常使用移动通信网(CDMA/GPRS) 进行远程接入，但这种方法存在如下问题：

1、完全依赖移动通信网。

2、难以实现多参数、全方位监控，可扩展性差。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，如微风振动监测系统。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，后端监控的实现复杂，可扩展性差。

3、有额外的运行费用。移动通信网有网络使用费，尽管按流量收费且价格呈下降趋势，但是大规模、长时间的使用，费用仍相当可观。

4、传输速率受限。移动通信网的有效传输速率只有几十到一百多kb/s，难以满足高清晰图片、视频的传输需求。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法，由高压输电线路上的OPGW光纤作为数据传输主通道形成的OPGW主干网、各WiFi接入网和各ZigBee中继网构成，以解决现有方法存在的通信成本较高和工作不可靠的问题，增加系统的可扩展性，减少通信费用并提高传输速率以满足图片、视频传输要求。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法的特点是：所述多级网络由高压输电线路上的OPGW光纤作为数据传输主通道形成的OPGW光纤主干网、各WiFi接入网和各ZigBee中继网构成；所述各WiFi接入网中的多个相邻的WiFi接入网通过对等组网形成对等的通信子网，所述通信子网通过边界路由与其它通信子网交换所述WiFi接入网的数据； 以任意一个WiFi接入网与多个ZigBee中继网组成星状网，各ZigBee中继网接收多个传感器节点采集的数据，并发送到与所述ZigBee中继网形成星状网的WiFi接入网；所述各传感器节点以单向广播的形式向所述ZigBee中继网传送采集数据；在所述各ZigBee中继网之间没有数据通信。

本发明线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法的特点也在于：

所述的OPGW光纤主干网采用双芯光纤的方式；所述OPGW光纤主干网以总线方式互连，在所述OPGW光纤主干网中每隔15公里接入一台光纤网关。

所述通信子网中的WiFi接入网将ZigBee中继网发送来的数据转发至邻近光纤网关的WiFi接入网；如果在所述的通信子网通信范围内没有光纤网关，则发送数据的WiFi接入网通过所述各通信子网的边界路由，将数据发送至邻近任意一个光纤网关的WiFi接入网，并由该WiFi接入网将数据传送至光纤网关；所述光纤网关用于WiFi协议与光通信协议之间的转换，并转发所述OPGW主干网中其它光纤网关的数据。

以所述ZigBee中继网中的ZigBee中继器进行WiFi接入网与ZigBee中继网之间的协议转换。

在由一个WiFi接入网和多个ZigBee中继网组成的星状网中，所述WiFi接入网对于ZigBee中继网是以寻址的方式进行操作。

所述各传感器节点连续采集电网运行状态相关数据，当采集的数据值超出门限区间时，传感器节点的发射装置开始传输数据，直到采集的数据值恢复到门限区间内时，传感器节点的发射装置停止传输数据。

所述传感器节点的发射装置是以额定增益广播采集数据，并采用CSMA/CA协议进行数据传输。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明融合了无线传感器技术、WiFi组网技术和光纤通信技术，以输电线路上导线和杆塔的的物理环境参数为监测对象，通过Zigbee通信组网、WiFi通信组网以及OPGW光纤主干网络多级组网，实现数据通信。

2、本发明由于使用WiFi和Zigbee的组网方案，较容易实现多参数、全方位监控，并且扩展性非常灵活。由于摆脱了移动通信网接入的限制，一个接入点可以监测多种或几类参数。

3、本发明中数据传输主干网为OPGW光纤，不用依赖移动通信网，没有额外的运行费用，OPGW光缆属于一次性投入，后期只需要一些维护费。

4、本发明传输速率高。相对于移动通信网的有效传输速率只有几十到一百多kb/ s ，OPGW光纤可以达到百兆位每秒的带宽，可以很好的满足高清晰图片、视频的传输需求。

附图说明

图1 为本发明系统组网示意图；

图2 为本发明系统实际布设示意图；

图中标号：1主杆塔，2支杆塔，3输电线缆，4为OPGW光纤，5光纤网关，6为ZigBee中继器，7边界路由，8传感器节点，9控制中心。

具体实施方式

参见图1，本发明线状高压输电线路在线监测多级网络，由OPGW光纤主干网、各WiFi接入网和各ZigBee中继网构成；OPGW光纤主干网以总线方式互连，以布设于高压输电线路上的OPGW光纤作为数据传输主通道；各WiFi接入网中的多个相邻的WiFi接入网通过对等组网形成对等的通信子网，通信子网通过边界路由与其它通信子网交换所述WiFi接入网的数据；以任意一个WiFi接入网与多个ZigBee中继网组成星状网，各ZigBee中继网接收多个传感器节点采集的数据，并发送到与ZigBee中继网形成星状网的WiFi接入网；所述各传感器节点以单向广播的形式向所述ZigBee中继网传送采集数据；在所述各ZigBee中继网之间没有数据通信。

参见图2，具体实施中，本发明线状高压输电线路在线监测多级网络设置于高压输电线路。所述高压输电线路，包括主杆塔1、支杆塔2、输电线缆3、OPGW光纤4；所述在线监测多级网络系统组成包括光纤网关5、ZigBee中继器6、边界路由7、传感器节点8、控制中心9组成。

控制中心9分布于各变电站、电力公司，控制中心9通过数据预处理、分析诊断和状态识别等功能实现高压输电网的综合监控和诊断，并借助连接预警决策信息库的专家远程系统实现状态预警；控制中心9通过输电线缆3末端的OPGW光纤4与所述的多级网络进行数据交互。

OPGW光纤主干网采用双芯光纤的方式，上行光纤采用1310nm波长的光波进行数据传输，下行光纤采用1550nm波长的光波进行数据传输；OPGW光纤主干网以总线方式级连，在每隔15公里的主杆塔1处接入一台光纤网关，光纤网关5用于WiFi网与光通信网之间的协议转换，并转发OPGW主干网中其它光纤网关5的数据。

ZigBee中继器6将通过ZigBee模块接收到的传感器采集的数据转换成WiFi协议的数据包发送给WiFi接入网；在由一个WiFi接入网和多个ZigBee中继网组成的星状网中，WIFI接入网对于ZigBee中继网是以寻址的方式进行操作； WiFi接入网使用IEEE802.11B协议，工作频段为2.4GHz-2.497GHz，验证方式为WPA2，加密方式为AES128。

多个相邻WiFi接入网通过对等组网形成对等的通信子网，ZigBee中继网与WiFi接入网组成星状网，ZigBee中继网接收传感器采集的数据，然后直接传输到WiFi接入网，通信子网中的WiFi接入网将ZigBee中继网发送来的数据，发送至邻近光纤网关5的WiFi接入网；某些通信子网的通信范围内没有光纤网关5，这时通信子网的WiFi接入网接收到ZigBee中继网的数据后，则会通过通信子网的边界路由7，将数据发送至邻近的一个靠近光纤网关5的通信子网，然后由此通信子网向光纤网关5进行传输数据；边界路由7通常位于支杆塔2。

传感器节点8安置于输电线缆3或主杆塔1上，主要采集与电网运行状态相关的参数，包括反映导线工作状态的工作温度、风偏、弧垂、跨距等，反映导线工作环境的环境温度、湿度、风速、障碍物距离、危险接近等，以及反映导线绝缘状态的绝缘子的漏电流大小、闪络次数和分布情况等；为了延长生命周期，除了自身的低功耗设计之外，传感器节点在供电方面将风光互补、蓄电池和高压感应取电技术相结合，解决了以往单纯太阳能供电在某些多阴雨地区运行时间难以保证的问题；各传感器节点均配置了2.4G的射频接口，物理层遵循IEEE 802.15.4协议，MAC层遵循CSMA/CA协议进行无线数据传输；当传感器节点采集的数据值超出门限区间时，通过无线射频接口传输数据，直到采集的数据值恢复到门限区间内时停止，这种工作方式能够降低传感器节点的能耗，延长ZigBee中继网生命周期。

Claims (7)

1.一种线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法，其特征是：所述多级网络由高压输电线路上的OPGW光纤作为数据传输主通道形成的OPGW光纤主干网、各WiFi接入网和各ZigBee中继网构成；所述各WiFi接入网中的多个相邻的WiFi接入网通过对等组网形成对等的通信子网，所述通信子网通过边界路由与其它通信子网交换所述WiFi接入网的数据； 以任意一个WiFi接入网与多个ZigBee中继网组成星状网，各ZigBee中继网接收多个传感器节点采集的数据，并发送到与所述ZigBee中继网形成星状网的WiFi接入网；所述各传感器节点以单向广播的形式向所述ZigBee中继网传送采集数据；在所述各ZigBee中继网之间没有数据通信。

2.根据权利要求1所述的线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法，其特征在于：所述的OPGW光纤主干网采用双芯光纤的方式；所述OPGW光纤主干网以总线方式互连，在所述OPGW光纤主干网中每隔15公里接入一台光纤网关。

3.根据权利要求2所述的线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法，其特征在于：所述通信子网中的WiFi接入网将ZigBee中继网发送来的数据转发至邻近光纤网关的WiFi接入网；如果在所述的通信子网通信范围内没有光纤网关，则发送数据的WiFi接入网通过所述各通信子网的边界路由，将数据发送至邻近任意一个光纤网关的WiFi接入网，并由该WiFi接入网将数据传送至光纤网关；所述光纤网关用于WiFi协议与光通信协议之间的转换，并转发所述OPGW主干网中其它光纤网关的数据。

4.根据权利要求1所述的线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法，其特征在于：以所述ZigBee中继网中的ZigBee中继器进行WiFi接入网与ZigBee中继网之间的协议转换。

5.根据权利要求4所述的线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法，其特征在于： 在由一个WiFi接入网和多个ZigBee中继网组成的星状网中，所述WiFi接入网对于ZigBee中继网是以寻址的方式进行操作。

6.根据权利要求1所述的线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法，其特征在于： 所述各传感器节点连续采集电网运行状态相关数据，当采集的数据值超出门限区间时，传感器节点的发射装置开始传输数据，直到采集的数据值恢复到门限区间内时，传感器节点的发射装置停止传输数据。

7.根据权利要求6所述的线状高压输电线路在线监测多级网络组网方法，其特征在于：所述传感器节点的发射装置是以额定增益广播采集数据，并采用CSMA/CA协议进行数据传输。