高压输电线路卫星定位智能型接地线的研究

[摘要] 本文从输电线路生产管理需求出发，介绍了基于地理信息系统的输电线路卫星定位智能型接地线的结构、特点和工作原理，得出了该智能型接地线良好的应用效果，对确保生产人员、设备安全具有重要意义。

[关键词] 卫星定位 智能型接地线 监控

中图分类号：C35文献标识码： A

引言

目前国内架空输电线路上不同电压等级的接地线的使用一般是现场实施、现场监控，部分厂家也只能实现卫星定位接地线位置，而不能准确监测接地线是否接触良好和有无脱离，这样的监控管理并不完善，不能实现有效监督。本文研究的卫星定位智能型接地线，不仅能够实现卫星定位追踪接地线的位置，同时通过监测地线端点的静电和漏电流数据，能够实时准确的监控到接地线封挂时间和位置、挂接可靠、接触良好、拆除及时等各种不同状况，并及时预警，从而避免工作人员和设备的现场安全隐患，真正实现接地线从出库、封挂、拆除到入库的全过程有效管理。

1卫星定位智能型接地线的组成和特点

1.1智能型接地线的结构组成

智能型接地线由两部分组成，传统接地线与智能接地线控制器，其中智能接地线控制器可与任何传统接地线连接，使其成为智能型接地线。智能接地线控制器与传统接地线连接非常简单，只需将接地线与控制器使用卡扣固定，并将导线与控制器感应端连接即可，操作简便。应用智能接地线控制器可使现有传统接地线在不需要改动的同时，通过加装控制器的方式实现由传统接地线到智能型接地线的转变，有效利用了现有资源，使整套设备更具实施性、可用性。

1.2智能型接地线的结构特点

（1）连接后可实时了解到地线端点静电与漏电流数据；

（2）自动开始工作，自动进入休眠，自动充电，无须人工操作设备；

（3）支持设备自检，自动提醒设备故障，永久无须维护；

（4）整体固化设计，对恶劣使用环境适应性强；

（5）支持任务计划必要时给出警报。

1.3 智能型接地线的技术特点

（1）可依据计划实时自动监督接地线挂接、拆除情况

系统提供了完备的架空输电线路接地线管理系统，通过建立接地线计划，自动监督线路指定位置是否有效挂接、是否有效拆除或挂接位置是否准确，并实时监测接地线状态，直观全面的了解线路检修工作中接地线的状况，在发生异常时立即发出警报，确保检修工作中人员、设备的安全生产。

（2）可实时反映接地线真实所在位置情况

系统可实时反映离开地线柜的每组接地线目前所在位置情况，做到“对号入座”，在监控系统上可直观的显示出不同编号的接地线按计划应挂接的位置，与工作票及安全措施相对应，提升接地线精细化、规范化管理水平，方便管理人员了解接地线的当前所在位置，便于接地线管理。

（3）智能接地线监控系统具有地理信息系统信息显示更加直观

智能接地线监控系统具有地理信息系统，可真实显示地形、地貌，通过实体模型准确模拟线路和杆塔信息，直观的了解线路所经过地域的特征与每基杆塔的具体信息，实时直观的反映接地线所在位置，并用不同颜色的图标直观反映接地线的挂接状态，并在发生异常情况时自动定位视图到指定位置同时发出报警。

2智能接地线控制器的设计和原理

2.1 设计思路

智能接地线控制器应用以GPS卫星定位技术结合微单片机处理单元组成，实现对接地线的位置、状态的监控，并结合以实景地理信息系统为基础的监控管理平台使接地线位置、状态信息表现更真实、丰富、具体，全面，生产工作更简单、明了、高效。

2.2 工作原理

使用ATTINY84低功耗高性能单片机实现了处理中枢，并使用ST-200 GPS模块完成GPS卫星定位，通过SIM340E模块完成GPRS通讯。基于时间片中断定时技术使用IO端口同时模拟两路UART，分别连接GPS与GPRS模块。

图1 设备主控电路原理图

通过应用微耗电单片机并应用先进电源管理技术，新的设备平均每小时耗电量大约12mA，使用内置可充电锂离子电池（1200mA）可连续工作5天，满足停电检修作业要求。

系统具有用于实时定位的GPS模块与用于通信GPRS模块，并使用低功耗高性能AVR单片机控制，应用软件算法将单片机IO口模拟为特定功能引脚，提供一路1-Wire总线接口，用于温度、感应电流传感器数据采集；一路模拟输入接口，用于电池容量监测；以及2路UART通道，分别用于与GPS与GSM模块通讯。

输电线路智能地线系统设备主控部分提供了一路模拟输入与一路1-Wire总线接口，分别用来测量感应电场与接合探测。主控部分电路设计简单所有功能均由软件实现，有利于降低生产成本与提高硬件可靠性，并具有很高的灵活性。

图2 输电线路智能地线系统设备端软件结构

设备端软件具有5个驱动，2个接口，一个数据管理器以及核心操作逻辑组成。其中“模拟串口1驱动”为单收软件模拟驱动，用来接收来自GPS的NMEA定位信令并加以解析将解析好的定位数据存入RAM指定位置，与此同时核心操作逻辑控制的定时部件将在需要时通过“内部温度传感器驱动”、“数模转换器驱动”、“1-Wire总线驱动”获取数据，并将数据进行打包处理提交到“GSM操作接口”，通过该接口操作GPRS模块向指挥中心提交数据，指挥中心以此来结合目前计划来判别是否正常，如果有问题就发出警报。同时“GSM操作接口”在提交数据的同时还将接收指挥中心回传的命令，以改变自身的工作状态。

图3 输电线路智能地线系统设备端逻辑流程

每个设备具有唯一的编码信息，指挥中心已此来识别终端设备，与计划、终端位置及线路数据等信息，在必要时提供必要的警报，杜绝生产事故的发生。

2.3 技术指标

（1）3.0米 卫星定位精度；

（2）30秒 地线挂接设备端反映时间；

（3）5分钟 调度中心反映时间；

（4）地线挂接总反映时间低于10分钟；

（5）定位反映时间35秒；

（6）挂接前定位反映间隔5分钟；

3 卫星定位智能型接地线的应用效果

（1）通过实时了解到地线端点静电与漏电流数据，及时确定在工作中接地线是否接触良好和有无脱离，做到及时预警，有效解决由于接地线误挂、漏挂等造成的安全隐患；

（2）实时监督接地线状态与位置，直观全面的了解线路上接地线的状况，有效解决生产管理人员对检修现场接地线状况了解困难的问题；

（3）在监控系统上及时准确了解接地线从出库、封挂、拆除到入库的动态，有效解决了对接地线的全过程、全寿命精细管理。

（3）具有自动报警机制，可依据计划自动提醒管理人员接地线没有有效挂接、拆除、或挂接位置不当，有效确保检修工作中人员、设备的安全生产。

4 结论

随着电网信息化建设的不断发展和精细化管理的不断深入，国网公司明确提出打造“坚强智能电网”建设目标，需要实现科学化、智能化、信息化的输电线路生产管理与提高预防和处置电网突发事件的能力和手段。追踪结果可靠，信息状态反映及时丰富，对确保生产人员、设备安全以及提高输电线路精细化管理具有重要意义。

参考文献：

[1] 李勇，GPS全球卫星定位导航系统的发展与应用，电脑知识与技术，2007（27）.

[2] 韩爱华， GPS在配网检修、巡线中的应用，电力信息化，2005（3）.

作者简介：

马进（1962-），男，工程师，现任张家口供电公司输电运检室主任，从事高压输电线路现场和技术管理近30年，具有深厚的线路专业理论知识和相当丰富的线路现场施工、检修、运行管理经验，特别是在输电线路带电作业管理上具有精深的造诣。多次解决线路现场的重要技术难题，并取得关键技术的突破。着力于输电线路创新发展的技术开发和研究，曾在输电线路工具研制、改进，工作方式方法创新及智能输电网等方面获得多项科技进步奖、推广应用奖、实用新型专利和发明专利授等，并且在实际推广中具有显著应用成效。

王勇（1978-），男，工程师、高级技师，从事输电线路安全管理、状态检修、标准化作业等工作，从业时间16年，有着较为丰富的理论知识及现场实践经验，多次组织并参与输电运检工区科技创新等工作的开展及实施，多个项目获不同奖项及专利。