用i.MX536打造新一代国家电网输电线智能监测设备

辰汉电子 · 发表于 2014-3-5 13:54:36

在国民经济的快速发展的形式下，高压输电线路的分布越来越广。迅速增长的输电线路给线路运行人员带来越来越多的巡视维护工作，但对交叉跨越、人员活动密集地、自然灾害区域等地的线路危险点的观察巡视又是必不可少的。目前大多情况仍采用的是定期人工巡视手段，一般巡视期为一个月，而在巡视期内线路及周边的环境情况是不得而知的，这就为输电线路的运行埋下了巨大的安全隐患。近年来事故逐年上升，说明了传统的人工巡视方式已不能满足现有的安全需求。因此急需采用新的技术手段来进行线路的巡视维护工作。在数目繁多的输电线路的情况下，实行状态线路检修手段，维护保障电网的安全运行。
在科技高速发展的今天，我们必须积极开发应用科技技术来提高输电线路的管理水平，输电线路在线监测技术的应用，最大限度的保障电网的安全运行。
输电线路在线监测是指直接安装在输电线路上的设备，可实时记录输电线路、铁塔、绝缘子等其它电力设施的运行状态健康与否，它是实现状态监测、状态检修的重要手段。输电线路在线监测是指根据先进的状态监测技术和诊断技术提供的设备状态信息，判断输电线路的异常情况，有着预知设备故障的能力；线路运行维护人员可根据输电线路的状态来安排检修计划实施检修。输电线路在线监测技术是实现故障判断，状态检修的重要基础。
输电线路在线监测系统主要是利用各种探测器，传感器监测野外输电线路的运行情况，将输电线路的温度、微气象、泄漏电流、覆冰状况、本体及廊道等环境变化等情况转换为图像、数据等数字化信息，通过GPRS、Zigbee等通信通道，传输至在线监测集控中心，为运行人员了解分析线路运行情况，积累线路运行资料数据，诊断、预测线路运行状态。
由于输电线路位于野外，环境状况复杂，容易出现极限恶劣天气，对在线监测设备的可靠性要求达到非常高的级别；同时由于输电线路本身可能发生故障，为保证故障状况下的持续监测，监测设备自身的供电系统不能单纯依赖输电线电网供电，必须采用与太阳能电池相结合的馈电方式做后备储备电源，因此系统本身必须能实现较低的功耗；而为防止盗窃，人为破坏等非环境事故以及各种故障动态行为的分析，新一代的监测设备需要能进行视频的分析，处理，并采用无线的方式传输视频。最后，由于输电线检测的大规模属性，要求新一代的设备必须比上一代的靠拼凑组装成的设备具有更低的成本，能同时挂载多种传感器并进行运算处理，挂载各种继电器等外设进行控制，在各种外设运行时保证系统的稳定可靠，便于大规模推广应用。
这些问题需要新一代的电网在线监测设备采用的嵌入式处理器必须具有高级别的工业环境温度要求，低功耗的特性，足够的图像视频处理能力及丰富的外设接口。飞思卡尔的i.MX53芯片是面向工业汽车领域的现有成熟的最高端ARM处理器，采用这款处理器设计的电力线检测设备具有极高的性价比。下图是采用这款处理器实现的新一代电网在线监测设备的系统结构。

附图1：电力监测设备系统框图

由图可见利用一颗独立的ARM处理器实现了对导线温度、覆冰、风偏、弧垂、微气象及视频图像等状态参传感器信号的采集输入，对各种数据进行分析综合压缩后通过各种灵活的无线组网方式如3G,GPRS,WIFI,蓝牙，Zigbee，433，915M 等无线网络将传输到监控中心或其他邻近的检测点，为防止监控点的灾难性破坏，设备本身还可以通过多种类型的存储介质：SD卡，NANDFLASH完成数据备份；设备具有的RS232，RS485，光纤等各种有线通信方式完成线路现场和远程的控制工作，有效的增加了设备的可靠性。全设备采用满足汽车温度级别的器件，可在-40℃至85℃下稳定持续工作，设备整体设计实现防水，盐雾等各种防护等级要求，可以用在大部分恶劣的高低温及湿度环境。下图是整体组网示意图及现场图。
图2：组网示意图
图3：现场实拍图
杆塔倾斜在线监测
输电线路温度弧垂及动态增容在线监测
输电线路覆冰在线监测
输电线路风偏在线监测
辰汉电子与国内某电力企业联合研发的基于i.MX536的新一代输电线路监控装置推动了输电线路信息传输技术发展，实现了一个集输电线路状态监控、运行管理、指挥决策于一体的输电线路监控中心，提升了输电线路运行状态的监管能力，系统架构合理，运行稳定，应用效果良好，整体技术达到国际领先水平。输电线路在线监测系统实现了输电设备运行状态的实时监测和掌控，满足日常运行值班、故障抢修、应急指挥等不同应用需求，具有很强的推广价值，为国家电网公司实施“三集五大”体系建设提供了重要的技术支撑，对建设坚强智能电网具有重要意义。