基于物联网的输电线路检测方案
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2021-01-20
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基于物联网的输电线路检测方案基于物联网的输电线路检测方案
针对输电线路的现场环境监测面临环境复杂、通信困难、报警策略难以确定等困难，提出了基于物联网(IOT)的
输电线路现场监测预警方案。利用物联网低功耗、低成本、多传感器的特点，提出了系统的硬件平台的选择以
及预警判别算法。 1 引言 输电线路的现场环境监测，依靠直接安装在输电线路上的可实时记录表征设
备运行状态的传感器实现输电线路在线测量、诊断和检修，其对于高压、超高压电网的运行安全十分重要。随
着微机电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出的IOT为输电线路的现场环境监测
提供了全天候、低成本、高可靠性和高冗余度的解决方案。在此，从现有输电线路监测系统
针对输电线路的现场环境监测面临环境复杂、通信困难、报警策略难以确定等困难，提出了基于
物联网
(IOT)的
输电线
路
现场监测预警方案。利用
物联网
低功耗、低成本、多传感器的特点，提出了系统的硬件平台的选择以及预警判别算法。
1 引言
输电线
路的现场环境监测，依靠直接安装在输电线路上的可实时记录表征设备运行状态的传感器实现输电线路在线测量、
诊断和检修，其对于高压、超高压电网的运行安全十分重要。随着微机电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞
速发展，孕育出的IOT为输电线路的现场环境监测提供了全天候、低成本、高可靠性和高冗余度的解决方案。在此，从现有输
电线路监测系统出发，通过分析IOT的关键技术，设计了基于IOT的现场环境监测方案。
2 现有监测预警系统的问题
国内外电力工作者对输电线路的环境监测进行了大量研究。早期主要采用人工巡检监测电力设施覆冰情况。随着计算机网
络与通信技术的发展，文献利用电力通信网络研制了电力设施计算机监测系统;某公司将GPRS(GSM/CDMA)技术与视频技术
引入输电设施监测，开发出架空输电线路覆冰实时监测系统，文献介绍了输电线路灾情监测系统和覆冰在线监测系统。这些装
置都已在实际现场取得了一定效果，但还存在如下问题：①人工监测手段需耗费较大人力、物力资源，且不能实现24 h实时观
测，同时由于布线范围广，有些布线区域地理环境恶劣，不可能实现全范围监测;②冰雪灾害引起电力线路倒塌和断线的同时
使大量通讯光缆断裂，公用通讯网络与电力通信网络均发生了不同程度的中断，监测数据无法可靠地送往监控中心;③受区
域、气候、地形等因素影响，特定的监测地段需要特定的报警策略，需要进行针对性的监测数据积累和策略完善。
3
物联网
的概述
图1示出IOT系统结构图。其中，传感器节点具有感知、运算和通信等功能，每个节点能够采集环境数据(如温度、湿度、
风速、振动频率和幅度等)，相互之间使用无线多跳方式通信，并根据应用和系统需求对采集的数据进行网内处理。汇聚节点
将传感器网络收集处理后的信息汇集后，通过Internet或卫星递交给用户。用户是感知信息的接收和应用者，可以是人也可以
是计算机或其他设备。
传感器节点作为IOT的组成元素，一般由4个基本部件组成，如图2所示。
感知单元是感知环境，产生感知数据，通常由一组微型化传感器件组成。处理单元(通常内置存储器)对传感器数据进行处
理并对节点进行控制，使之与其他节点协作，共同完成赋予的感知任务。一般采用低功耗的微处理器，如MICA2 Mote系统，
采用7.37 MHz的8位ATMega12 8L微处理器，具有128 kB程序闪存，4kB的SRAM，功耗16.5 mW，通常运行在
TinyOS，MANTIS等专门为IOT定制的微型化操作系统。收发单元可确保节点之间相互通信。IOT一般认为采用短距离的无线
低功率通信技术较为适合。目前，随着ZigBee(IEEE802.15.4)技术的普及，IOT已广泛采用ZigBee器件。能量单元则提供节点
正常工作所需的能量。由于IOT通常工作于无人值守状态，网络生命期依赖于节点能量的多少，因此节省能量是IOT设计中的
重要因素。
4 监测系统的硬件选择
目前国内外出现了多种IOT节点的硬件平台。典型的节点包括Mica系列，Sensoria WINS，Toles，μAMPS系
列，XYZnode，Zabranet等。实际上各平台主要的区别是采用了不同处理器、无线通信协议和与应用相关的不同传感器。在
此Mica系列节点较为成熟且应用较广泛。
Micaz节点的微处理器芯片采用Atmega128。Micaz51针扩展接口可连接模拟输入，数字I/O，I2C，SPI接口和UART接
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