輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )技術(shù)論文

　　摘要：通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的建設是輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測系統設置的重要環(huán)節。隨著(zhù)輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測技術(shù)的不斷發(fā)展，對通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的要求日益增高。因此，分析輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )建設的需求，指明通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的組成與設計，并重點(diǎn)闡述具體的輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：輸電線(xiàn)路；狀態(tài)監測；通信傳輸網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

　　0引言

　　利用輸電線(xiàn)路的狀態(tài)監測能夠完成對輸電設備運行狀態(tài)的管理，對提升輸電設備運行管理水平有著(zhù)重要的促進(jìn)作用。輸電線(xiàn)路的狀態(tài)監測主要運用廣域通信技術(shù)、多種傳感技術(shù)以及信息處理技術(shù)等完成感知輸電線(xiàn)路中各設備的運行狀態(tài)、實(shí)時(shí)監控、預警信息發(fā)布、故障診斷以及狀態(tài)評估等工作。為更好地完成上述工作，及時(shí)的信息數據反饋是十分必要的。

　　1輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )建設的需求分析

　　現階段，我國輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測設備樣式繁多，分類(lèi)方式也較為多元。輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測設備按功能可分為機械類(lèi)、電器類(lèi)與運行環(huán)境類(lèi)，按設備形式可分為導線(xiàn)監測類(lèi)、氣象環(huán)境監測類(lèi)、桿塔附件監測類(lèi)、桿塔監測類(lèi)以及其他監測類(lèi)，按設備的安裝位置則可分成地線(xiàn)類(lèi)、導線(xiàn)類(lèi)、絕緣子類(lèi)、金具類(lèi)、桿塔基礎類(lèi)、桿塔類(lèi)以及非接觸類(lèi)[1]。輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測的檢測數據可分為寬帶數據、中等寬帶數據以及窄帶數據三類(lèi)。其中，寬帶數據的數據流量普通的情況下要大于1Mbit/s，高清情況下要大于3Mbit/s，且數據的形式多為流媒體，有著(zhù)實(shí)時(shí)性的要求，此外，常用的接口為以太網(wǎng)接口，常見(jiàn)的監控裝置為視頻采集裝置；中等寬帶數據的數據流量要小于150Mbit/s，數據形式為數據報文，具有非實(shí)時(shí)性的要求，常用接口同樣為以太網(wǎng)接口，常見(jiàn)的監測裝置則為圖像采集裝置；窄帶數據的數據流量要小于150Mbit/s，數據形式為數據報文，具有準實(shí)時(shí)的要求，常用接口為串行接口，常見(jiàn)的監測裝置為導線(xiàn)溫度與桿塔傾斜測量裝置。

　　2輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的組成

　　通常情況下，輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )由主網(wǎng)、接入網(wǎng)以及微網(wǎng)三部分組成。（1）主網(wǎng)，通常情況下，選擇電力系統的通信專(zhuān)網(wǎng)作為輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的主網(wǎng)。當前，我國只有極少部分的變電站未裝配電力系統的通信專(zhuān)網(wǎng)，變電站與各調度端的通信傳輸網(wǎng)絡(luò )建設已趨于完善；（2）接入網(wǎng)，接入網(wǎng)的通信傳輸覆蓋范圍可以從幾百米達到幾萬(wàn)米，在建設過(guò)程中，通常會(huì )沿著(zhù)輸電線(xiàn)路一直連接到變電站。接入網(wǎng)除要連接各微網(wǎng)外，還要連接塔桿節點(diǎn)的設備與變電站的節點(diǎn)設備；（3）微網(wǎng)，微網(wǎng)的建設一般以輸電線(xiàn)路的塔桿為中心，實(shí)現周邊數十米范圍內通信傳輸的全覆蓋，主要負責各傳感器、攝像頭等設備中數據的接收與傳輸，同時(shí)完成與接入網(wǎng)的連接。

　　3輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的設計

　　3.1通信傳輸架構的演進(jìn)

　　在輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )中，主要利用傳感器、監控器等實(shí)現終端信息的儀器構成過(guò)程層的通信傳輸網(wǎng)絡(luò )，具有通信面較廣與信息類(lèi)型較為復雜的特點(diǎn)，對通信傳輸的安全性、可靠性以及實(shí)時(shí)性要求較低，對資產(chǎn)管理類(lèi)終端的可移動(dòng)性要求則較高。輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的間隔層主要用來(lái)匯集間隔過(guò)程的所有實(shí)時(shí)數據，并完成信息數據傳輸的承上啟下。因此，通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的間隔層要求迅速且同時(shí)完成與過(guò)程層和站控層的網(wǎng)絡(luò )通信傳輸.在通信傳輸網(wǎng)絡(luò )中，站控層是該區域變電站控制中心與遠端的變電站控制中心以及電力企業(yè)的設備管理中心構成的通信傳輸核心網(wǎng)絡(luò )。在實(shí)際應用中，站控層主要利用光傳輸網(wǎng)或數據網(wǎng)完成信息的交換與傳輸。在輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )中，過(guò)程層、間隔層以及站控層中的通信傳輸設備形成邏輯上與物理上的樹(shù)狀拓撲，邏輯結構較為單一，信息數據的流向為終端到主站的縱行方向[2]。

　　3.2通信傳輸網(wǎng)絡(luò )結構的設計

　　輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的建設主要應用匯聚交換機、接入交換機、主IEDCAC、主IEDCMA、主IEDCAG以及IED設備。在設備連接操作中，采用穩定性較高的樹(shù)狀拓撲結構，可有效避免產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，屬于較常使用的連接結構方式，同時(shí)能夠增強通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的擴展性，方便實(shí)施故障的隔離，整體提升通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的可靠性。在邏輯網(wǎng)絡(luò )的構建上，不再僅僅使用樹(shù)形一點(diǎn)對多點(diǎn)的層級結構，而是采用全互聯(lián)、扁平式的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接，能夠對通信傳輸網(wǎng)絡(luò )中的主IED設備實(shí)施分布式布置，為數據的存儲與計算提供一點(diǎn)對多點(diǎn)的網(wǎng)狀通信支持。

　　3.3輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的設備選擇

　　在輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )建設過(guò)程中，可使用OSI七層體系結構中的路由設備、交換設備以及傳輸設備組成通信設備。其中，路由設備應選用穩定性與可靠性較好的路由器。鑒于路由器的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議較為復雜、數據信息傳遞與交換效率相對較低、網(wǎng)絡(luò )配置靈活程度較差，需要加設DHCP服務(wù)器或DHCP中繼等輔助設備，促進(jìn)功能的實(shí)現。交換設備的優(yōu)勢在于數據信息的傳輸與交換效率相對較高，通信協(xié)議較為簡(jiǎn)單，且寬帶的使用率較高。然而，交換設備也具有一定的局限性。例如，用交換設備組成二層協(xié)議網(wǎng)絡(luò )時(shí)需要依托地址的解析協(xié)議廣播進(jìn)行尋址，易導致廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。此外，通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的可控性較差，需利用快速生成樹(shù)協(xié)議、生成樹(shù)協(xié)議以及IEEE802.1P補充協(xié)議實(shí)施調整[3]。以基于SDH的多業(yè)務(wù)傳輸平臺與同步數字體系網(wǎng)絡(luò )為代表的傳輸設備，具備帶寬較高、時(shí)延程度低且安全性能較好的優(yōu)點(diǎn)，但其對資源的利用率較低，并不適合接入網(wǎng)。

　　4輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

　　4.1微網(wǎng)通信技術(shù)

　　輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )中的微網(wǎng)存在于末梢網(wǎng)，主要用于接收并傳輸輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測系統內各傳感器、監控器等監測設備所采集到的數據信息，可使用10/100M自適應以太網(wǎng)接口或RS-232/RS-485串行接口，利用有線(xiàn)通信的方式匯總相關(guān)設備采集到的信息數據，并傳輸至桿塔節點(diǎn)設備。鑒于以地線(xiàn)類(lèi)監測裝置、導線(xiàn)溫度檢測等導線(xiàn)監測裝置為代表的傳感設備與桿塔節點(diǎn)的通信傳輸方式為無(wú)線(xiàn)射頻通信，這些設備并沒(méi)有安裝在桿塔上。在進(jìn)行組網(wǎng)時(shí)，可以無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的建設為參考，將異構系統的互聯(lián)互通性、WSN的低耗自組機制以及大結構關(guān)聯(lián)的協(xié)同處理數據等優(yōu)勢最大程度地發(fā)揮出來(lái)。輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )中的微網(wǎng)主要完成對單基桿塔周邊數十米范圍內的通信傳輸覆蓋，具體實(shí)施時(shí)，需依賴(lài)多種應用與無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)的通信傳輸技術(shù)。若以數據信息的傳輸速度為重點(diǎn)考量對象，可使用超寬頻技術(shù)這一速度較高且距離較短的無(wú)線(xiàn)通信傳輸技術(shù)。超寬頻技術(shù)的最高傳輸通信速率可達100Mbit/s以上，但其通信傳輸的距離不能超過(guò)10m。此外，也可應用低速UWB、Bluetooth與Zigbee等技術(shù)，但要求數據傳輸的速率小于1Mbit/s，通信傳輸的距離也要小于100m。當前，電力行業(yè)相關(guān)人員尤為重視Zigbee技術(shù)的使用，該無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)復雜程度較低、功率消耗低且運行成本較低，屬于基于IEEE805.15.4規范的近距離無(wú)線(xiàn)傳輸通信技術(shù)[4]。Zigbee技術(shù)的傳輸速率在250Mbit/s以上，能夠與Mesh型網(wǎng)絡(luò )拓撲結構協(xié)同運行。

　　4.2接入網(wǎng)通信技術(shù)

　　接入網(wǎng)的通信傳輸覆蓋長(cháng)達幾百米至幾萬(wàn)米，在執行對通信傳輸網(wǎng)絡(luò )中變電站節點(diǎn)設備與桿塔節點(diǎn)設備的連接時(shí)，應依照圖像或視頻采集中高寬帶的接入要求展開(kāi)工作。因此，接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )性質(zhì)為中長(cháng)傳輸通信距離的結合與多種方式接入。無(wú)線(xiàn)保真技術(shù)與全球微波互聯(lián)接入技術(shù)是當前較為流行的兩種接入網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。無(wú)線(xiàn)保真是一種基于IEEE802.11規范的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)，其通信傳輸的覆蓋范圍能夠很好的滿(mǎn)足接入網(wǎng)覆蓋要求。無(wú)線(xiàn)保真技術(shù)除能提供固定的無(wú)線(xiàn)接入服務(wù)外，還具備移動(dòng)接入的能力。在不同的標準與頻段下，無(wú)線(xiàn)保真技術(shù)實(shí)現的傳輸速率有所不同。例如，在IEEE802.11a的標準下使用5GHz的頻段，能夠得到的最大傳輸速率為54Mbit/s，而在IEEE802.11b的標準下，使用2.4GHz的頻段，能夠得到的最大傳輸速率僅為11Mbit/s。全球微波互聯(lián)接入是一種基于IEEE802.16規范的無(wú)線(xiàn)城域技術(shù)，具有較強的移動(dòng)接入能力，能夠滿(mǎn)足接入網(wǎng)通信覆蓋范圍的要求。應用全球微波互聯(lián)接入技術(shù)實(shí)施輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )中接入網(wǎng)的建設，能夠得到最大為100Mbit/s的傳輸速率，可在2～66GHz之間所有的頻段下正常工作。在建設接入網(wǎng)時(shí)，常使用光纖工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)與無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)展開(kāi)光通信。應用光纖工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)可將輸電線(xiàn)路塔桿上安裝的以太網(wǎng)交換機與變電站內的以太網(wǎng)交換機利用光纖完成連接，形成鏈狀網(wǎng)絡(luò )。該技術(shù)的使用能夠為輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳遞網(wǎng)絡(luò )提供100/1000M的共享寬帶，而在進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的通信傳輸中，能夠完成80km以?xún)鹊膫鬏�。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)采取一點(diǎn)到多點(diǎn)的拓撲結構，利用一個(gè)光纖和POS將變電站內光線(xiàn)路終端與桿塔上的無(wú)源分光器以及光網(wǎng)絡(luò )單元連接在一起，形成鏈狀分布，可為通信傳輸網(wǎng)絡(luò )提供1.25G以上的共享寬帶，最大通信傳輸距離為20km。無(wú)線(xiàn)擴頻通信技術(shù)與第三代、第四代移動(dòng)通信技術(shù)（3G、4G）同樣能為輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的建設助力。尤其是無(wú)線(xiàn)擴頻通信技術(shù)，具備較強的抗干擾能力，最高傳輸速率可達153.6kbit/s。而3G技術(shù)的最高傳輸速率為2Mbit/s，4G的最高傳輸速率則要大于100Mbit/s。

　　5結論

　　鑒于輸電線(xiàn)路狀態(tài)監測的數據類(lèi)型較多、監測的地點(diǎn)也較為分散，通信傳輸網(wǎng)絡(luò )的建設需要結合實(shí)際的條件要求進(jìn)行。在進(jìn)行接入層與微網(wǎng)的建設時(shí)，可從超寬頻技術(shù)、Zigbee技術(shù)、無(wú)線(xiàn)保真技術(shù)、全球微波互聯(lián)接入技術(shù)、光纖工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、無(wú)線(xiàn)擴頻通信技術(shù)以及第三代、第四代移動(dòng)通信技術(shù)中挑選合適技術(shù)完成實(shí)際的網(wǎng)絡(luò )建設。

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