物联网在电力杆塔状态监测中的应用-

1、物联网在电力杆塔状态监测中的应用周敬森刘伟陈厚桂(武汉大学电气工程学院,湖北武汉430072摘要:针对国内目前电力杆塔状态监测系统存在的信息容量小、管理查询不便等问题,提出了将传感技术和物联网技术相融合的新思路。通过对模型硬件组成、技术方法的介绍和实验结果的分析,说明引入物联网技术对提高电力杆塔状态监测的工作效率,提升电力部门信息管理的能力具有重要的现实意义。关键词:电力杆塔状态监测;物联网;信息管理0引言长期以来,由于自然和人为的原因,我国电力线路和杆塔损坏严重,给民众生活带来了很大的不便,影响了国家经济建设,并已成为电网安全的重要隐患。因此,若将传感技术和物联网技术融合来实现对电力杆塔状态

2、的监控管理,即运用传感技术实时监测各种破坏造成的杆塔构件缺失及杆塔倾斜等状态信息,通过物联网技术将信息实时地传递给不同层次的管理部门,并将数量庞大的检测信息汇总到管理中心分析、处理,则会大大提高管理监测的效率和可靠性,减少运行成本,并将推动我国电力事业向着信息化、智能化方向迈进。1物联网的兴起与发展物联网最初被定义为把所有物品通过射频识别(RFID和条码等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理功能的网络。这个概念最早于1999年由麻省理工学院Auto-ID研究中心提出,实质上等于RFID技术和互联网的结合应用。2005年,国际电信联盟(ITU在The Internet of Thi

3、ngs报告中对物联网概念进行扩展,提出任何时刻、任何地点、任何物体之间的互联,无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景,除RFID技术外、传感器技术、纳米技术、智能终端等技术将得到更加广泛的应用。2009年9月15日,欧盟第七框架下RFID和物联网研究项目组发布了物联网战略研究路线图研究报告,其中提出了新的物联网概念,认为物联网是未来Internet的一个组成部分,可以被定义为基于标准的和可互操作的通信协议且具有自配置能力的动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”都具有标识、物理属性和实质上的个性,使用智能接口,实现与信息网络的无缝整合。2电力杆塔状态监测的研究现状目前国内电力杆塔状态监测研究现

4、状为:2008年北京交通大学的韦鹏等人应用GPRS及GIS等技术,设计了具有远程监视功能的电力杆塔防盗系统,实现了对电力杆塔运行状态的实时监控,可实时对运行线路或备用线路的杆塔进行不间断检测,可检测自然灾害和人为破坏对杆塔造成的影响,对正在进行的破坏提供远程报警并通过杆塔现场的声光报警进行吓阻,起到防止破坏的效果。系统基于主动监防的理念,解决了无法实时发现野外电力设施故障或破坏案件的难题。另外,申红岗、崔立忠等人曾经进行了GSM电力杆塔防盗、防倒预警装置的研发,所以现在所采用的检测方法主要是基于GSM 的检测系统。该装置通过GSM网络与特定的手机号码建立起连接,当发生警报时,GSM装置发送短信

5、至设定的手机上,告诉管理人员相关的信息,从而实现了实时检测。3电力杆塔状态监测模型3.1硬件组成模型的实验装置主要由组群电力杆塔、智能传感器、信号发射熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电的结合。3.2开关电源方向的发展电力电子技术是电源技术发展的一个基础。随着新型电力电子器件与适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。而在传统的应用技术中,由于功率器件的性能限制使得开关电源的性能受到了影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,更为了使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑与新型的控制技术应运而生,它们能使功率开关工作在零电压或零电流状态,从

6、而可以大大提高工作频率和开关电源的工作效率,为设计出性能更加优良的开关电源提供了有力支撑。3.3从技术引进逐渐向技术自立过渡电力电子技术产业化在世界范围内的剧烈竞争,使得各国对该领域的保密程度进一步提高。于是,很多发展中国家逐步认识到不可能永远依赖别国技术,所以在制定电力电子技术发展战略时,不再完全依赖国引进外先进技术,而是在电力电子技术发展到一定程度时,开始由技术引进向自主开发过渡,目标是减小器件体积,降低器件价格。4结语电力电子学是一门发展相当迅速的学科,是高新技术产业发展中的一个基础技术,也是传统产业改造中的一个重要手段。电力电子技术是以电力电子器件的发展为核心,伴随着变换技术与控制技术

7、的发展而发展的。可以说,在未来几年中,随着各学科新理论、新技术的发展,电力电子技术将具有更加广泛的应用前景。参考文献1林渭勋.现代电力电子技术M.北京:机械工业出版社,20072徐德鸿,马皓.电力电子技术M.北京:科学出版社,20063余岳辉,梁琳.电力电子器件发展综述J.U PS应用,2004(124马克刚.现代电力电子器件及其应用J.世界电子元器件,2000(75王新河,许建新.现代电力电子技术在电源中的应用是今后发展的必然趋势J.治黄科技信息,2006(3收稿日期:2011-08-11作者简介:王韦(1990,女,福建福州人,研究方向:电气工程及其自动化。Zonghe Yanjiu综合研

8、究195机电信息2011年第27期总第309期器、信号接收器、中央信号处理器等组成。3.1.1组群电力杆塔实验装置中所用电力杆塔为3根,是模型硬件装置中的核心设备。通过改变电力杆塔的状态(与地面所成倾角、风速、温度等,模拟户外电力杆塔遭受到的自然或人为的干扰。并且对每根电力杆塔设置不同的状态,测试系统对各种不同性质及数量较大的信息进行“云处理”,从而为大规模电力杆塔状态监测系统的开发提供实验数据。3.1.2智能传感器根据实验中所需的数据,模型装置中需要倾角传感器、风速传感器、温度传感器等。另外为了让传感器更有效的工作,将信号设计为双通道,即利用反馈信号来控制杆塔上的状态监测传感器工作与否。其中

9、,倾角传感器采用ROB200竖直面旋转倾角传感器,可通过测量静态重力加速度变化,转换成倾角变化。风速传感器则选用PHWS/WD 风速传感器,它的感应元件是三杯风组件,由3个碳纤维风杯和杯架组成。当风杯受水平风力作用而旋转时,通过活轴转杯在狭缝光耦中的转动,输出频率的信号。温度传感器采用JCJ100TTP 贴片式温度传感器,它通过螺钉或其他固定方式将传感器贴在物体表面,实现较理想的测温效果。3.1.3信号发射器信号发射器用于将采集的信号通过无线方式传送给远方的信号接收器。在发射信号前需要进行放大、滤波等初步操作,并将信号送至信号调理单元转换成标准信号。信号发射器采用TDX1100无线传输模块,它

10、具有抗干扰能力强、误码率低、功耗低、可靠性高等特点,能提供透明的数据传输接口,实现点对点、点对多点的透明传输。另外其内部还提供256字节的内存,同时模块采用FIFO (先进先出的数据传输方式,可满足用户一次性传输大数据包(无限长的要求。3.1.4信号接收器信号接收器通过远端通信技术接收由信号发射器传输的数字信号,并将数字信号送至计算机进行分析、处理。实验装置采用高灵敏超外差接收模块和超高频无线通信技术,具有灵敏度高、低功耗、传输距离远、抗静电保护等特点。3.1.5中央信号处理器中央信号处理器主要用于对接收信号的分析、处理,通过计算机系统进行软件算法分析与测评,将计算结果与预存数据库的数据对比后

11、,完成计算结果的数据格式处理,生成有效的预警报告,从而进行网络反馈。3.2技术方法与软件开发电力杆塔状态监测模型除了硬件组成外,更重要的是它的技术原理和软件应用方面。3.2.1检测原理电力杆塔状态检测原理大致如下:首先,根据电力杆塔状态变化的类型选择合适的传感器和安装方式,通过传感器将被测信号转化为电信号,并进行放大、滤波后,再将标准信号传送至PC 机上进行分析处理,最后,将分析结果与预定数据进行比对,再通过网络反馈,指导杆塔控制中心进行相应的动作,并最终完成单元监测和数据存储。系统检测原理如图1所示。3.2.2检测传感器的选择我国幅员辽阔,地形复杂。针对不同的地区、不同的海拔高度、不同的气候

12、会采用不同类型的电力杆塔,而传感器在不同的环境条件下其灵敏度和精确度可能会产生偏差,无法达到实时监控和精确控制的目的。因此,对于不同类型的电力杆塔应选择合适的传感器,比如在气候炎热的地区应选择耐高温的传感器,防止高温造成涂覆材料融化、焊点开化等后果;在污染严重,较潮湿的地区则应选择密闭性较好的传感器,以减小粉尘、水分对传感器造成短路的影响。如此才能确保状态检测系统的高效、准确运行。3.2.3信号处理分析当信号被传送至PC 机时,需要对信号进行分析、处理。模型装置将采用模拟电路对检测信号进行诊断和识别,主要依靠信号幅值以及能量、功率、有效值、峰峰值过零点、极点等特征,通过模拟电路运算并设置对应的

13、阈值来提取磁性检测量值。当检测信号的某些值的特征达到预定阈值时,模拟信号识别电路即可诊断与识别出,然后生成有效的预警报告,并通过网络反馈对异常电力杆塔进行相应的调整。另外,对于实际应用的大规模电力杆塔群,其状态数据量十分巨大,此时还需要利用PC 机的中断系统对大批量的信息进行处理,即“云处理”。4结语从实验结果可看出,通过将传感技术和物联网技术相融合,能够对大量的实时信号进行有效地处理,可以满足建立大规模电力杆塔状态监测系统的要求,而且能大大节约资源、增强控制管理的可靠性和安全性、提高工作效率。这将为我国电力部门的技术创新提供新的思路,必将引领未来电力设施管理的新潮流。参考文献1韦鹏.基于GPRS 及GIS 技术的电力杆塔防盗远程监视系统的设计.电气安全,2008(9:30332李巍.物联网技术在电力智能在线监测的应用.信息化建设,2009(12:55573马锋福.电力杆塔远程监防系统中无线通信技术的研究.电力系统保护与控制,2008(24:72744袁玉贤.低应变无损检测在电力杆塔基础检测中的应用.电气化铁道,2008(2:43445王勇.智能传感器无线网络接口的设计和实现.武汉理工大学学报,2004(6:55576顾娟娟.无线传感器网络的便携式用户接口设计与实现.传感器与微系统,2008(4:1051077肖慧彬.物联网中企业信息交互中间件技术开发研究