基于北斗系统的输电线路舞动监测系统
T互联网+安全
in te r n e t Security
基于北斗系统的输电线路舞动监测系统
□李锦林国网思极神往位置服务（北京）有限公司
张丽萍中电科西北集团有限公司
马胜聂海涛国网思极神往位置服务（北京）有限公司
【摘要】基于北斗系统的输电线路舞动监测系统，依托北斗卫星导航系统和"电力北斗精准服务网"，集成北斗高精度定位模块及配套的电源和通信系统，实现对输电线路导线监测点的精准定位，集成实时在线监测系统，通过实时状态数据的采集和分析，提前 预测导线摆动的幅度，提醒工作人员及时采取有效措施，实现线路舞动实时监测与风险防控。同时通过本项目的研究，可以为公司带 来相关专业技术的积淀，培养相关专业的业务人才，提高公司的技术研发能力，项目研发成果包括具体的舞动监测产品，根据前期调 研，该产品在实际应用中有很大需求，在投向市场后将为公司带来客观的效益。
【关键词】北斗系统舞动幅值R T K
一、基本原理概述
在架空输电线路导线出现偏心覆盖现象后，受到风的作用，容易形成自激振动的情况，并表现出频率较低、振幅较大的情况。简单来说，导线在覆冰后形成非圆截面，在风的影响下，会形成空气动力，并逐步发展为导线的自激振荡，频率在0.1〜3H z的范围内，并由此引起舞动变化。
针对舞动现象，国内外都开展了大量的科学研究，但是仍然没有彻底了解并解决这个问题，舞动现象当今依然是世界难题。舞动现象会对电力的输送产生很大的隐患，造成电力损失。因此，如何科学有效的解决舞动现象的产生是一个非常有研究价值的项目。
二、项目研究内容和实施方案
2.1项目研究内容
2.1.1电力复杂环境下北斗卫星定位关键技术研究
高压输电线路会产生强大的磁场，北斗卫星导航技术应用于此种环境下，需要解决的主要问题有：
如何保证能够连续跟踪卫星，不产生周跳；
如何保证原始观测数据精度有效可靠，为后续高精度解算提供基本保证；
本项目针对上述可能遇到的问题做如下技术研究：
深圳市旅游景点
(1) 研究抗干扰能力强的北斗卫星天线技术；
(2) 研究电力复杂电磁环境下的接收机射频处理技术；
(3) 研究电力复杂电磁环境下的基带抗干扰处理技术。
2.1.2舞动监测终端高动态测量关键技术研究
基于现有的北斗卫星导航差分技术研发高集成度的一体化舞动监测终端，终端具有高精度测量能力、高动态测量能力。终端能够实现RTK测量输出，输出支持20H z的输出能力。
2.1.3高精度、高集成度舞动终端关键技术研究
研发一款设备，通过接收北斗卫星导航系统信号，使用高精度差分定位技术，实时监测输电导线舞动参数，保障线路运行安全。
导线舞动监测终端设备应具备质量轻、精度高、传输速度快、便于安装维护、具备自持供电能力等特点。舞动终端具有在强电磁干扰下工作的能力，系统能够在强电磁环境下接收卫星信号，并实时进行解算。舞动终端具有屏蔽罩，保证接收机和4G通讯模块能正常工作。
其具体要求如下：
(1) 北斗高精度测高，具有实时差分（RTK)功能；
(2) 对地距离监测范围：无限制；
(3) 安装在导线上，感应取电；
(4) 一体化设计，北斗卫星定位、数据处理、无线通信等功能多合一；
(5) 导线型号：185 ~ 630
导线舞动终端设备必须具有高度集成的特点，通过感应取电的方式获取电能，并在强电磁环境下进行高动态、高精度的监测能力。舞动终端要求的主要技术指标:
表1设备主要4支术指标和参数
序号指标名称指标参数
1跟踪信号
BDS：B1/B2
GPS：L1/L2
GLONASS：L1/L2
2测量精度
平面：3cm+1ppm
高度：5cm+lppm
3工作温度-40T：〜85T：
4通信方式G PRS或 4G
5功耗  3.5W
6物理参数
直径：190m m
重量：2.8kg
7防护性能IP65
8支持线路参数
导线型号185/10〜630/80*
工作电流：50A ~ 800A
工作电压：l l〇kV〜750kV
*导线型号超过规格要求，需定制。
2.2技术研究内容与项目总目标的关系
本项目研究内容包括：
1) 电力复杂环境下北斗卫星定位关键技术研究
2) 舞动监测终端高动态测量关键技术研究
3) 高精度、高集成度舞动终端关键技术研究
4)高可靠性数据传输关键技术研究
5) 北斗高精度舞动监测技术应用研究
164
'[互联网+安全In tern et Security
6)舞动监测数据算法关键技术研究
六个研究内容相互联系、相辅相成，构成基于北斗系 统的输电线路舞动监测系统从理论分析到典型应用的全套方 案。
研究内容1、研究内容2提供了基础理论依据和关键算 法，使得北斗高精度定位数据精确可靠。研究内容3依托研 究内容1、研究内容2实现北斗舞动终端产品研制。研究内 容4是研究内容3的关键技术之一，直接影响到监测系统终 端的在线率。研究内容5、研究内容6是研究内容1 一4的综 合应用，利用其研究成果实现对线路舞动的动态监控、数据 分析、监测预警等功能。
2.3项目实施方案2_
3.1项目研究内容
研发高度集成的，具有高动态性能的舞动监测终端：1) 研发一款集成度更高、重量更轻的北斗接收机主板；2) 市场采购重量更轻的高精度测量型北斗天线；3) 开发重量更轻的4G 模块和供电系统；4) 北斗接收机具有RTK 功能和高动态性能，能够实时
输出20Hz 。
舞动监测终端中北斗接收机和北斗天线抗电磁干扰性 能，进行如下研究：
1) 强电磁干扰下工作的天线；2) 改进接收机算法，提高抗干扰性；3) 采用具有屏蔽性能的天线电缆，防止感应信号干扰接 收机；
4) 采用屏蔽罩，保证接收机模块和4G 模块正常工作。研发舞动监测终端的感应取电能力：
5) 舞动监测接收机具有感应取电能力，输出DC 12V ;6) 电压输出具有平滑、稳定的特点。2.3.2总体设计要求
研制设备的总体设计要求依据《Q /GDW 10555 - 2016 输电线路舞动监测装置技术规范》提出。线舞监测系统应具 备数据采集、数据传输、数据存贮、数据处理判决、运行管 理等要求。具体要求如下：
1 )数据采集要求(1)
具有传感、采集功能。对各安装点舞动情况、监
测点温湿度、风向及风速等各种情况进行全面采集与精准测 量。及时将所测量的数据迅速传入到状态监测主站系统中；
(2)
具有自动采集功能。可根据设定时间，对安装点、 监测点温湿度、风向及风速进行间隔监测，其中默认间隔时 间为40min ，范围设定在20min  —120min 〇若监测期间出现 舞动、覆冰的的现象，可启动使用加密采集的功能；
(3)
具有受控采集功能，对于远程指令能够第一时间 反应，基于所设定的采集方法、采集间隔、自动采集时间及 采集点数，第一时间能够进行采集；
(4) 针对线上采集的各单元，最好设置电源电压、工 作温度采集等一系列所需功能；
(5)
对于一档线路，应尽量设置数个舞动采集单元，
稼穑的读音
最好不低于5个。基于监测目的或沿档进行针对性设置，对 于气象采集单元、数据集中器、舞动采集单元而言，应设置 双向通讯系统，构建相对应的同步机制，借助数据集中器，
对数据进行同步采集。
2) 数据处理与判别：
(1 )具有数据合理性检查分析功能。能够预处理所采 集到的各种数据，对干扰数据进行自动识别，并迅速剔除在
外；
(2)构建科学合理的舞动计算模型，根据所采取的原 始数据，借助模型反映出监测点导线舞动幅值、频率等真实 情况。
3) 数据存储
能够监测点至少一个月的导线舞动情况进行循环储存。4) 数据输出
输出信息主要为：监测点的导线舞动数据、变动情况； 温湿度、风速及风向变化；电源电压、温度现状、心跳包的等。
5) 通信功能
通信接口、应用层数据传输必须严格按照“Q/GDW  242—2010输电线路状态监测装置通用技术规范”各项规定。
6) 硬件与软件
具有采集、存储、处理、通信等自动检测功能：一旦装 置出现故障，可第一时间进行处理，促使装置迅速恢复运行。7) 远程更新、配置与调试
(1)具有身份认证、远程更新程序的功能，具备完善的 更新机制与方式；
⑵具有按远程指令修改采集频率、采样时间间隔、网 络适配器地址等参数的能力；
(3)
应具备动态响应远程时间查询/设置、数据请求、复
位等指令的能力；
(4) 可基于远程指令进入远程调试模式，并输出相关调试信息。
2.3.3导线舞动监测系统组成
2.3.3.1测量设计考虑
(1 )精密舞动轨迹的实时测量
本方案拟采用北斗RTK 功能实现对导线舞动的高精度 监测。技术难点在实现线上高精度测量和轻量化低功耗之间 的矛盾。考虑到单频RTK 作用距离在l -3km ，满足高压线 缆舞动监测的要求。为此，构建线上装置和杆塔装置之间的 短基线，实现低成本低功耗的单频RTK 测量。在杆塔数据 集中器中增加多频RTK 板卡，和线上单频BDS /GPS 装置构 成单频基线，同时，多频RTK 板卡和电力地基增强系统构
成网络RTK 。
(2 )数据通信的考虑
数据通信是导线舞动系统的关键功能之一。系统包括两 类数传通信，一类是线上装置和杆塔装置之间的数据和指令
传
输，另一类是数据网上传输，用于数据集中将数据传输到 监控中心和指令下发。目前，433MHZ /915MHz 数传模块应 用非常广泛，相应模块体积小、功耗低、成熟度高，能够用
作线上装置和杆塔装置之间的数据传输，而基于4G/GPRS  模块的网络通信更加适合安装在杆塔控制站中。同时，为方 便外场作业，增加了手机A PP 功能。(3 )供电考虑
供电主要是指外场设备供电，包括线上数据采集装置供 电和杆控制站供电。线上装置适合采用感应供电，杆塔装置
165
互联网+安全nternet Security
因为体积重量的限制较低，采用太阳能供电比较合理。
2.3.3.2系统组成
根据《规范》要求，线缆舞动监测系统一般由导线舞动采集单元、地面基准站、监测主站和通信网络组成。舞动采集单元安装在导地线上，主要由GNSS多频高精度测量天线、惯性导航板、GNSS多模多频RTK板卡、CT感应取电、电池、CAT1模块、加密模块和主控板组成。舞动采集单元把采集的导地线舞动参数通过通信网络发送到状态监测代理装置或状态监测主站系统。
整个系统的工作原理为：
(1 )舞动采集单元包括GNSS多频高精度测量天线、惯性导航板、GNSS多模多频RTK板卡、CT感应取电、电池、CAT1模块和主控板。舞动采集单元把采集的原始观测值、单元定位结果和姿态测量结果和接收到的基准站数据进行双频RTK解算，进行线舞预警初判，并据通过CAT1通讯网络发送到状态监测代理装置或状态监测主站系统。
(2 )舞动监控平台通过互联网接收线舞数据，下发指令。利用舞动RTK结果，计算舞动单元精确位置和姿态，据此进行舞动预警。
(4)手机A PP接入互联网，查询外场单元，包括舞动采集单元的工作状态，下发检修指令等。
2.3.4基于R T K的线舞监测原理
2.3.4.1架空线舞动模型
设架空线质量密度均匀，其空间分布应是一悬链线，在 电缆伸缩变形不明显情况下，可以粗略地将电缆的舞动看成刚体运动，即电缆在总体形状不改变情况下围绕通过两端点
的直线转动。在风、冰雪等影响下，线缆上的一点呈现出椭圆运动轨迹。
其中，Q点为线缆的最低点。假定两杆塔高度差h2和 水平跨度h，根据架空线比载和标准应力参数（可以从架空线放线曲线获得）可以计算出弧垂高度h i。
在x’-y’-z•坐标系中，无风情况下，根据线缆的拋物线特征，可以推算出弧垂最低点Q的z'坐标：
t h(k\ —y]h\(h\ — ^2 ))
2-------------1--------------
办2
根据“Q/GDW10555 - 2016输电线路舞动监测装置技术规范”，电力线缆舞动的监测量包括：
舞动幅值：（galloping amplitude)线路舞动轨迹補圆的长轴长度，分为整档舞动幅值和测量点处的舞动幅值。
垂直舞动幅值（galloping vertical amplitude)：线路舞动轨迹椭圆在垂直方向的高度。
水平舞动幅值（gallopinghorizontalamplitude)：线路舞
动轨迹椭圆在水平方向的长度。
舞动補圆倾斜角（galloping ellipse angle to vertical)：线
路舞动轨迹椭圆长轴与铅锤方向的夹角。
不难看出，计算舞动指标的基础是需要得到舞动椭圆方程，所以，需要根据采集的较长时间范围内进行轨迹采集，以形成一个完整的椭圆。基本原理是通过舞动轨迹，进行曲
线拟合，能够得到实时的舞动椭圆的峰峰值。由于导线舞动
是周期性的，那么移动站天线的XYZ坐标值随时间变化的
函数x (t)、y (t)、z (t)都是周期函数，实时得到这三
个函数并分别进行频谱分析，就可以实时得到舞动的频率。所以，线缆舞动指标的计算的专业性很强，该项功能实现在
线舞监测中心。
2.3A.2“Q/GDW10555 - 2016输电线路舞动监测装置
技术规范”要求
“Q/GDW10555 - 2016输电线路舞动监测装置技术规范”要求该单元传送的数据格式如下表2。
分析其数据格式，不难看出，导线舞动采集单元的主要
任务是采集并上传监测点的实时轨迹数据。
服务器指标如下所示：
(1)CPU：双核，Intel i7-9750H
(2) 内存:64GB
⑶硬盘：1T B固态硬盘
(4) 显卡：Nvidia Geforce FX5200，支持硬件缩放功能
(5) USB端口：USB3.0
(6) 网口：RJ-45，支持 10/100/1000Mbps，
(7) 无线网卡：IntelAX200，10M宽带；
知音漫客漫画(8) 操作系统：Windows 10 (含正版授权）
(9) 具有静态IP地址；
回族有哪些传统节日(10) 开通服务器及相应客户端的端口（如3000、3001等>，
(11) 开放防火墙的端口
三好学生主要事迹怎么写
三、结语
在我国经济发展中电力安全是最为关键的影响因素，与 每个人日常生活、工作等密切相关，只有保证电力安全，才 能促进经济发展，维护社会的和谐与稳定，推动我国安全、能源等战略目标顺利实现。基于此我们要提高对电力安全的
关注度，这是政府安全预警预案中的重要内容，需要不断对电力安全保护体系进行优化，发挥出对电力安全的预警功能。近年来我国电网建设规模逐步增加，电网安全也备受各界关注，尤其是要保证超大规模高压输电线路的稳定，才能推动我国社会的进一步发展。
表2导线舞动轨迹数据输出接口
妇女节祝福语言序号参数名称参数代码字段类型字段长度计量单位备注
1监测装置标识CMD.ID字符17Byte17位设备编码
2被监测设备标识Component_ID字符17Byte17位设备编码
3采集时间Time一Stamp曰期4Byte世纪秒（4字节）
4X方向相对位移坐标 Displacement_X字符N*4Byte m精确到小数点后3位，N为采样点数5Y方向相对位移坐标 Displac,ement_X字符N*4Byte m精确到小数点后3位,N为采样点数6Z方向相对位移坐标 Displacement_X字符N*4Byte m精确到小数点后3位，N为采样点数
李锦林（1992—），湖北黄冈，汉，硕士研究生，助理工程师，图像处理。
166

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。