輸電導(dǎo)線簡介

本系統(tǒng)的CMA安裝在桿塔上，主要通過I1協(xié)議接收輸電導(dǎo)線舞動CMD的信息，然后將其打包，通過有線(光纖)/無線(GPRS, CDMA, 3G等)方式以I2協(xié)議將其傳至狀態(tài)信息接入CAG。

CMA的硬件是基于ARM處理器設(shè)計的，由微處理器、I1接口模塊、I2接口模塊、數(shù)據(jù)存儲及電源管理等組成。I1協(xié)議為CMD和CMA之問的協(xié)議，I2協(xié)議為CMA向上一級傳輸信息時遵循的協(xié)議。

CMA與CMD的通信可根據(jù)兩者的距離選擇合適的通信方式。I1物理接口包括用于近距離傳輸?shù)腞S485接口、ZigB ee接口和WiFi接口、以及遠距離傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)接口。CMA與CAG的遠距離通信遵循I2協(xié)議，I2物理接口包括GPRS/CDMA/3 G等無線通信接口以及以太網(wǎng)接口。本系統(tǒng)CMA電源設(shè)計與導(dǎo)線舞動CMD電源設(shè)計相似，也是采用太陽能加蓄電池的供電方式。但是CMA包含了更多通訊接口(GPRS, WiFi、以太網(wǎng)等模塊)理論上需要更多的電能使其穩(wěn)定運行，而這些接口并不需要同時工作，因此 設(shè)計的CMA通過電了開關(guān)控制不同電源芯片，實現(xiàn)各個通信模塊單獨供電，從而降低CMA的功耗。

由于導(dǎo)線舞動無線傳感器是長期安裝在野外的，架空輸電線路導(dǎo)線上的裝置取電比較困難，因此本論文設(shè)計的導(dǎo)線舞動無線傳感器電源設(shè)計采取的是導(dǎo)線取能加鏗電池就地取電和供電，此方法將一次側(cè)很大的交流電互感為較小的交流電，供后續(xù)電路使用，同時起到電氣隔離的作用，不會對線路造成不良影響。

導(dǎo)線取能采用電磁感應(yīng)原理，在輸電導(dǎo)線上安裝一個開環(huán)的互感器，互感出的交流電經(jīng)過后續(xù)的整流、濾波、穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定的電壓?；ジ芯€圈輸出的電能隨導(dǎo)線電流的變化而變化。一方面，當(dāng)輸電線路發(fā)生短路或運維部門采用交流融冰時，導(dǎo)線電流過大，互感線圈的輸出電壓會超過穩(wěn)壓電路的耐壓值，以至于損壞后級電路，因此需要增加過壓過流保護電路來保護穩(wěn)壓電路;另一方面，當(dāng)線路停電或采用直流融冰時，導(dǎo)線電流為零或為直流，互感線圈的磁通量變化率為零，互感器將停止輸出，因此，為保證導(dǎo)線舞動無線傳感器正常工作，電源模塊增加了4節(jié)并聯(lián)的鏗電池，總?cè)萘窟_10.4 Ah，從而滿足導(dǎo)線舞動無線傳感器的工作需求 。

整個電源電路中，過沖保護路由瞬態(tài)抑制二極管實現(xiàn)的;整流電路采用單相全橋整流電路;過流過壓保護電路是由2個MOS管T1, T2作為開關(guān)，以1個運算放大器和電壓比較器做輔助電路組成;經(jīng)高效的降壓芯片LM2576輸出，為導(dǎo)線舞動傳感器提供電源，在蓄電池的電壓不足時，也可給其充電。

為避免導(dǎo)線舞動扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致計算出的相對位移與實際運動偏差，設(shè)計了基于慣性傳感器的導(dǎo)線舞動監(jiān)測系統(tǒng)，對系統(tǒng)中的導(dǎo)線舞動無線監(jiān)測傳感器、導(dǎo)線舞動狀態(tài)監(jiān)測裝置(CMD)、狀態(tài)監(jiān)測代理(CMA)等部分進行了硬件設(shè)計和舞動定位算法設(shè)計。利用慣性傳感器設(shè)計，既考慮了導(dǎo)線自激振蕩引起的舞動，也考慮了導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)運動引起的舞動。搭建了模擬導(dǎo)線舞動的測試“，對系統(tǒng)可行性進行了測試，并對采用加速度傳感器和慣性傳感器2種方法進行比較，通過模擬實驗結(jié)果表明:系統(tǒng)可有效對舞動進行監(jiān)測，僅采用加速度傳感器測量和計算的位移偏大，而利用慣性傳感器測量和計算的位移更精確。此系統(tǒng)已在貴州電網(wǎng)山麻I回220 kV線路女裝，目前運行良好。

隨著我國超高壓輸電線路建設(shè)發(fā)展，導(dǎo)線舞動引起的事故經(jīng)常出現(xiàn)。近些年來，我國受大范圍低溫、雨雪、冰凍等惡劣天氣的影響，多省份輸電線路出現(xiàn)了大面積的覆冰、舞動現(xiàn)象，其中舞動使得多條線路發(fā)生閃絡(luò)跳閘、塔材螺栓松動、絕緣了碰撞破損、跳線斷裂、問隔棒等金具損壞斷裂、掉串掉線、桿塔結(jié)構(gòu)受損、倒塔等不同等級的事故，給電網(wǎng)造成了嚴(yán)重的災(zāi)害 。

自20世紀(jì)30年代起，國外學(xué)者開始對導(dǎo)線舞動進行了大量實驗和理論研究，我國有關(guān)舞動的記載始于20世紀(jì)50年代。相關(guān)研究人員先后提出了多種導(dǎo)線舞動監(jiān)測方法，包括計算機3維仿真、圖像視頻法、加速度傳感器監(jiān)測法等。其中計算機3維仿真法可對導(dǎo)線的起舞過程和重要參量進行計算和仿真，但難以建立通用的數(shù)學(xué)模型;圖像視頻法是CAG工作人員通過安裝在桿塔上的攝像機拍攝圖片來獲取導(dǎo)線運動狀態(tài)，判斷是否發(fā)生舞動，此方法較為直觀，但只能定性地描述舞動運動狀態(tài);為定量描述導(dǎo)線運動狀態(tài)，當(dāng)今通常是用加速度傳感器求得導(dǎo)線舞動軌跡。然而在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，隨著導(dǎo)線運動，加速度傳感器不可避免地發(fā)生扭轉(zhuǎn)，造成測得數(shù)據(jù)不在同一個參考系下，由此計算得出的位移和實際運動偏差很大。針對此現(xiàn)象， 設(shè)計了采用慣性傳感器的舞動監(jiān)測系統(tǒng)，它既考慮了導(dǎo)線白激振蕩引起的舞動，也考慮了導(dǎo)線扭轉(zhuǎn)運動引起的舞動。通過慣性傳感器采集導(dǎo)線舞動時的特征量，如加速度和角加速度，經(jīng)數(shù)據(jù)分析解算得到物體的實時位置、姿態(tài)等信息，進而實現(xiàn)輸電導(dǎo)線運動軌跡的精確還原。