智能电网中基于WSN的高压输电线实时监测方案

［编辑简介］：本文介绍一种基于无线传感器网络的高压输电线路实时监测解决方案。说明了其网络系统构成及无线模块、网关等设备的应用。［摘要］：经济的飞速发展过程中，电力是保障经济发展的第一要素；但随着全球不断变暖，导致自然灾害频繁发生，影响到输电设备的安全运行，影响到电力供应的可靠性。早期输电系统是靠人力巡检，运行效率低，周期长，更缺乏实时监测手段无法反映线路的真实状态。随着无线传感器网络（WSN）、计算机信息技术的发展，输电线路状态的实时监测现在已经可以实现。［关键词］：智能电网 无线传感器网络 高压输电线
  经济的飞速发展过程中，电力是保障经济发展的第一要素；但随着全球不断变暖，导致自然灾害频繁发生，影响到输电设备的安全运行，影响到电力供应的可靠性。早期输电系统是靠人力巡检，运行效率低，周期长，更缺乏实时监测手段无法反映线路的真实状态。随着无线传感器网络（WSN）、计算机信息技术的发展，输电线状态的实时监测现在已经可以实现。
一、 总体方案
对高压输电线路的监测对象主要是监测输电线路的温度、绝缘子漏电监测、线路覆冰监测、输电塔的倾斜度监测、塔边的风速和雨量等气象信息监测；监测设备一般固定在输电塔上。
监测数据的实时传输需要稳定可靠的网络，对于很多输电塔布置偏远的山区，有线方式的传输由于施工成本高，线路布局困难而难以实现。无线方案是最佳选择，但在有些地方，特边是山区，GPRS 信号不能完全覆盖，因此WSN 网络、AD-HOC 无线网桥、GPRS 网络共同组合的网络模式是最佳选择。WSN 网络实现输电塔的PAN 传感器网络的数据传输；AD-HOC 无线网桥实现塔与塔之间数据的传输；GPRS 实现数据的远程传输。三者组合可以实现跨区域全覆盖的
完整监测网络系统。网络系统构成如下图：
二、 PAN 传感器网络
在一个高压输电塔上，需要监测的传感器比较多，而且分布在不同位置，在这样高压、高危的环境里要建立一个有线网络，对设备的安装提出极大的挑战。随着低功耗、短距离的无线模块出现，在一个高压输电塔上构建一个传感器网络越来越被行业接受。独立的传感器使用太阳能或者电池供电，信号传输使用无线射频方式，不仅解决了安装难题，而且易于扩充网络和维护，系统成本也相对低廉。无线传感器可通过定时发送数据方式，上传传感器数据信息。JRc6 是一款低功耗基于AD-HOC 协议的无线数据传输模块，体积小，可以工作在休眠模式，间断发送数据，每次从唤醒到发送数据完毕只需要10ms 左右，可以大大降低系统功耗。
三、 输电塔之间的智能多跳
由于输电线路途经的地理环境复杂，除布线困难外，有时连移动公网信号也难以覆盖。JRc1 一款基于AD-HOC 协议的中长距离无线模块，视距可以传输4kM 左右，采用动态路由算法，支持自由多跳传输，可以在中间某节点损坏情况下，寻找新的路由节点，恢复数据通信。使用JRc1 作为无线网桥，通过数据的自动路由多跳，使6~8 个网桥共用一个GPRS 端口。每个输电塔配置一个无线网桥，一个无线网桥配置一个JRc6 模块和一个JRc1 模块；JRc6 模块用于和本输电塔内的WSN 通信；JRc1 模块用于远距离、多跳的自动路由数据传输。

四、 GPRS 网关
每6~8 个输电塔作为一个AD-HOC 无线多跳智能网络单元。每个单元配一个GPRS 网关，通过公网直接把数据发送到控制中心，这样可以通过多个GPRS 网关，构成一条数百公里的输电线路监测系统。GPRS 网关如下图：
五、 总结
本系统通过三个网络的组合，实现了高压输电线路的实时监测。无线传感器网络的使用，大大降低了现场的施工难度，提高了监测数据的准确性。