輸電導線

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電源設計與導線舞動CMD電源設計相似，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 設計的CMA通過電了開關控制不同電源芯片，實現(xiàn)各個通信模塊單獨供電，從而降低CMA的功耗。

由于導線舞動無線傳感器是長期安裝在野外的，架空輸電線路導線上的裝置取電比較困難，因此本論文設計的導線舞動無線傳感器電源設計采取的是導線取能加鏗電池就地取電和供電，此方法將一次側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。

導線取能采用電磁感應原理，在輸電導線上安裝一個開環(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€圈輸出的電能隨導線電流的變化而變化。一方面，當輸電線路發(fā)生短路或運維部門采用交流融冰時，導線電流過大，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，當線路停電或采用直流融冰時，導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，總容量達10.4 Ah，從而滿足導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，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。

為避免導線舞動扭轉導致計算出的相對位移與實際運動偏差，設計了基于慣性傳感器的導線舞動監(jiān)測系統(tǒng)，對系統(tǒng)中的導線舞動無線監(jiān)測傳感器、導線舞動狀態(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計和舞動定位算法設計。利用慣性傳感器設計，既考慮了導線自激振蕩引起的舞動，也考慮了導線扭轉運動引起的舞動。搭建了模擬導線舞動的測試“，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發(fā)展，導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、桿塔結構受損、倒塔等不同等級的事故，給電網(wǎng)造成了嚴重的災害 。

自20世紀30年代起，國外學者開始對導線舞動進行了大量實驗和理論研究，我國有關舞動的記載始于20世紀50年代。相關研究人員先后提出了多種導線舞動監(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);為定量描述導線運動狀態(tài)，當今通常是用加速度傳感器求得導線舞動軌跡。然而在實際應用中發(fā)現(xiàn)，隨著導線運動，加速度傳感器不可避免地發(fā)生扭轉，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， 設計了采用慣性傳感器的舞動監(jiān)測系統(tǒng)，它既考慮了導線白激振蕩引起的舞動，也考慮了導線扭轉運動引起的舞動。通過慣性傳感器采集導線舞動時的特征量，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)輸電導線運動軌跡的精確還原。