输电线路基本上都采用架空线路，由于线路架设在空中，需要承受自重、风力、暴雨和冰雪等机械力的作用和风沙等有害气体的侵蚀，运行条件十分恶劣。在沙漠地带、高盐土质区、采空区和山地滑坡区等不良地质区，在重力、应力、自然力扰动作用下，杆塔地基容易变形，导致杆塔倾斜、甚至倒塔断线，使供电线路陷于瘫痪，严重影响人们的生产生活，造成巨大损失。杆塔倾斜监测可以实时监测杆塔倾斜情况，及时了解运行杆塔的安全、可靠状况，根据倾斜监测数据发展趋势，对超标杆塔倾斜状况及时进行多种方式预报警，指导检修和维护，提醒运行维护人员加固地基，防止倒塔事故发生。

输电线路杆塔倾斜在线监测装置包括杆塔倾斜监测装置和后台综合分析软件，系统通过对线路的杆塔倾斜输电线路各种状态量进行测量和报告，将数据通过GSM/GPRS/CDMA方式传送到后台综合分析软件系统进行分析和决策，准确反映出输电线路当前的各种状态，使电力系统运行和管理人员把握线路运行的实际情况，帮助其进行决策和安全评估,对防止电网事故的发生具有重要意义。

二、系统的设计原则

“输电线路杆塔倾斜在线监测装置”设计本着合理、实用、可行、可靠原则，组网简单、扩容方便、标准开放、功能全面，适用于大中型的多点、远程、实时、集中监控系统，实现集散式监控、报警、智能化检索、系统管理及设备在线维护等诸多功能；保证最大限度地发挥用户的资金效用；采用当今先进、成熟的技术设备，力求软硬件系统具备最高的性能价格比；具体概括为以下几个方面：

2.1 系统的可靠性、稳定性

系统是建立在3G/GPRS/CDMA无线通信平台上，设备具备在恶劣环境（狂风、暴雨、冰雪）下持续正常工作的能力，整机可长时间连续工作（≥10000小时）。

2.2 系统的安全性

系统采用MD5算法实现与ICP之间的相互认证。当需要安全的数据传输时，可采用TLS层连接。采用防火墙技术来保证物理层、链路层及IP层的安全，可根据传输业务类型的不同设定不同安全级别、选择不同的加密算法进行加密，可支持DES，RSA加密算法。多媒体数据通信采用DRM加密，控制指令及数据通信采用SSL加密。

2.3 系统的可操作性

产品操作简单，使用方便，无须记忆复杂的操作方法或指令，在初次安装时进行相关的设置，而全部的初次设置由专业人员完成.

2.4 系统的可扩展性

系统设计留有充分的余地，以便日后比较方便地进行系统扩容。

2.5 系统的先进性

设备集无线通信、嵌入式系统、压缩、DSP等多种先进技术于一身，无论用户身处何方，都可以随时随地获取所关切的监控现场信息。

2.6 系统的可维护性

设备可以通过授权用户进行远程控制、管理、维护，只需短信就可以配置设备的各种参数，无需人员到基站进行现场设置，节约时间和运输成本。

2.7 系统的性价比

该系统比传统有线监控成本造价低，技术更先进，功能更强，技术延续性和可升级性更强。

三、系统的设计要求

1、 项目目的：系统应在任何时候都能对输电线路进行杆塔倾斜进行有效监测，以便及线路时了解的情况。

2、 通讯方式：无线3G/GPRS/CDMA网络基于呈网状分布的众多无线接入点间的相互合作和协同，具有宽带高速和高频谱效率的优势，具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点，因此，无线3G/GPRS/CDMA技术和网络的研究开发与实际应用，成为当前无线移动通信的热门运用之一。

3、 供电方式：塔基监控系统采用太阳能+蓄电池电源供电。

4、 数据采集：系统可以采集杆塔倾斜数据，通过无线公网传输到监控中心，并作出分析判断。

5、 抗高低温：系统自身能在低温条件下工作。

6、 电磁兼容：系统安装在线路塔基上，可以抗电磁干扰，电磁兼容强。

7、 防雷设计：室外设备要具有防雷设计。

8、 防水防腐：室外设备要具有防水防腐蚀设计。

9、 数据加密：设备加入安全芯片，可接入国网各省公司监控平台。

四、系统的工作组成

4.1 工作原理

杆塔倾斜在线监测主机将杆塔倾斜纵向倾斜角、横向倾斜角和综合倾斜角等线路数据，经过数字化压缩编码后，通过3G/GPRS/CDMA无线网络、电力专网送到监控中心，在监控中心上对流和数据信号进行解码，即可将杆塔倾斜数据通过数字和图表形式直观显示在屏幕上。

具体为，通过杆塔倾斜探测器采集杆塔倾斜纵向倾斜角、横向倾斜角和综合倾斜角，然后把数据进行数字化压缩编码，最后利用3G/GPRS/CDMA无线网络传输模块将现场数据以IP包的方式发送到数据监控服务器。监控服务器和监控客户端分别是装有远程监控服务端软件和客户端软件的PC机，它们都连接在互连网络上，由于远程数据采集器没有固定的IP地址，所以客户端主动去浏览监控和设置监控参数都是通过服务器来中转的。

监控中心通过数据监控客户端实时浏览观测各监控点的现场情况，维护监控人员通过从现场发送来的杆塔倾斜数据进行分析，如出现异常的预警信息，即立刻作出相应的应急处理，以确保高压线路的安全运行。

4.2 输电线路杆塔倾斜在线监测装置示意图

4.3 输电线路杆塔倾斜在线监测装置涉及技术

“输电线路杆塔倾斜在线监测装置”项目所涉及的技术包括：

1、数据采集压缩编解码技术；

2、 GPRS/CDMA无线网络数据传输技术；

3、传感器探测技术；

4、太阳能及蓄电池供电技术；

5、信号处理及诊断技术；

6、报警阀值评价标准；

7、电子低温环境加热技术；

8、监控中心服务器软件管理技术；

下面一一阐述项目相关技术情况如下：

1、数据采集压缩编解码技术；

本项目采用数据压缩编码技术、单卡3G/GPRS/CDMA通道传输技术、网络编码自适应技术等技术；基于高性能DSP平台,采用ARM嵌入式设计思路,支持多种网络传输协议,支持动态域名解析可与PPPOE上网链路轻松接入；

2、 3G/GPRS/CDMA无线数据传输技术；

3G/GPRS/CDMA WLAN网络要比单跳网络更加稳定,这是因为在数据通信中,网络性能的发挥并不是仅依靠某个节点.在传统的单跳无线网络中, 如果固定的AP发生故障,那么该网络中所有的无线设备都不能进行通信.而在3G/GPRS/CDMA网络中,如果某个节点的AP发生故障,它可以重新再选择一个AP进行通信,数据仍然可以高速地到达目的地.从物理角度而言,无线通信意味着通信距离越短,通信的效果会越好.因为随着通信距离的增长,无线信号不但会衰弱而且会相互干扰,从而降低数据通信的效率.而在3G/GPRS/CDMA网络中,是以一条条较短的无线网络连接代替以往长距离的连接,从而保证数据可以以高速率在节点之间快速传递。

3、传感器探测技术；

传感器是“输电线路杆塔倾斜在线监测装置”的的首要部件，是能感受（或响应）规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器应准确的和快速地响应被测量的各种各样的变动，主要通过其两个基本特性——静态特性和动态特性来反映被测量的这种变动性。

4、太阳能及蓄电池供电技术；

一般情况下安装输电线路野外现场的监测装置没有可供使用的交流电源，为此必须借助能量收集技术，开发独立的供电装置。目前在高压输电线路监控项目主要利用太阳能电源装置，以此解决监测装置的供电问题。

太阳光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电。硅系列太阳能电池中，单晶硅和多晶硅电池继续占据光伏市场的主导地位，单晶硅和多晶硅的比例已超过80%，而这一发展趋势还在继续增长。越来越多的电子设备开始运用太阳能这一取之不尽用之不绝的能源。

太阳能电源由太阳能电池板、蓄电池及充放电控制器。充放电控制器的功能是将太阳能电池板供给的电压转换成稳定直流电压，给监测装置供电，并给蓄电池充电，完成电能的存储。在夜晚无法供给太阳能或阴天等气候情况太阳能供给不足时由蓄电池继续给监测装置供电。

5、信号处理及诊断技术；

对传感器采集道德信号进行处理分析的目的是抑制干扰和提取信号特征，其方法可分时域分析、频域分析等。

诊断技术的发展趋势是传感器的精密化和多维化、诊断理论与诊断模型的多元化、诊断技术的智能化。其中，智能诊断方法有模糊逻辑、神经网络、进化计算和专家系统等；以特征量性质的诊断方法有阀值诊断、时域波形诊断、频域特征诊断和指纹诊断等

6、报警阀值评价标准；

对于运行单位目前的最关心的是报警阀值问题，由于故障诊断的阀值目前主要来自物理电极模型的模拟实验结果。从目前情况来看，阀值的取值通常采取以下两种方式：

一种是在新设备投运前安装“ 输电线路杆塔倾斜在线监测装置”同时投运，或采用自警式电气设备（在输电线路设施制造过程中将“输电线路杆塔倾斜在线监测装置”与设施融为一体），可把投运时的数据作为指纹特征，然后参考相关设备设计规范的最大值作为阀值；

二是在已投运设备上再安装“ 输电线路杆塔倾斜在线监测装置”，其阀值只能按照已有的运行经验和参考同类设备安装“输电线路杆塔倾斜在线监测装置”后，连续监测的数据变化规律或已发生事故的数据来确定。

随着“输电线路杆塔倾斜在线监测装置”的推广应用，在掌握大量数据变化规律与设备故障的实践经验后，最终制定出不同输电线路设备的报警阀值范围。

7、电子低温环境加热技术；

本技术主要针对电子设备在北方低温下开机所需加热升温，解决电子设备在低温状态下无法正常使用以及现有耐低温部件成本高的技术问题。在主机及屏幕内所需加热的所有器件和部件上放置薄膜加热片，薄膜加热片在主机及屏幕内呈多点、不同平面上分布，薄膜加热片有两只引脚，接直流或交流电源。薄膜加热片的形状与被加热器件相匹配，薄膜加热片通过耐高温导热胶固定在被加热器件表面。实现了电子设备器部件在低温条件下可正常工作，经检测，设备一般可在-40℃-60℃工作。

8、监控中心服务器软件管理技术；

控制中心的设计相对于监测站的设计开发来讲较为简单，硬件设计少，除了普通微机（或工作站、工控机）外，还需要网络接入设备（若无线通信采用自行设计的模块实现，则须开发专用的无线网卡插入微机主板的预留总线插槽中）。控制中心的设计开发主要集中在应用软件的设计开发上，一般是基于Windows操作系统的。当前用于此类软件开始、调试的工具较多，且功能强大，给控制中心软件的设计带来便利。

本项目是具有联网中的平台，软件技术是核心，今年的发展是的这两项的应用非常普遍，上位机的报警中心已有各种应用，为本项目的实现奠定了基础。

五、系统数据采集解决方案

5.1 远程数据采集及3G/GPRS/CDMA无线通讯单元

杆塔倾斜监测主机示意图

杆塔倾斜在线监测主机是我公司针对电力线路监控专门研发的一套数据采集处理系统，通过无线网络实现远程数据采集和处理。支持接入数据探测设备，为输电线路的安全运行提供有理数据保证。

（1）嵌入式设计，体积小，功耗低，高可靠。

（2）内置3G/GPRS/CDMA无线网络通讯控制协议及TCP/IP协议。

（3）支持动态或固定IP地址方式，支持域名解析，多种触发启动模式。

（4）两路数字量输入/输出，支持外部开关量触发。

（5）支持动态或固定IP地址方式，支持域名解析，多种触发启动模式。

（6）能传感、自动采集杆塔纵向和横向倾斜角度，进行相应存储，并将测量结果通过通信网络传输到数据集中器或数据处理系统。

（7）能响应数据处理系统的召测命令，进行杆塔纵向和横向倾斜角度的采集和传送。

（8）能根据数据处理系统的指令，改变采集方式、自动采集时间间隔等参数。

（9）加入安全芯片，可对数据进行加密，并接入各省公司平台。

六、系统数据探测解决方案

6.1 杆塔倾斜探测器

杆塔倾斜探测器安装在杆塔的横担上，具有远距离无线通信接口，用来与综合分析软件系统进行数据通信。探测器能自检、采集、测量，并将测量结果传输到综合分析软件系统。

技术指标：

（1）高抗振>20000g，0.5ms，3次/轴

（2） IP 68防护等级

（3）高分辨率0.001°

（4）宽温工作-40～+70℃

（5）线路垂直方向角度范围：-30°~30°，线路方向角度范围：-30°~30°；

（6）可靠性：平均无故障连续工作时间大于6300h，年故障次数不大于2次。

（7）功能要求：

（8）具有数据采集、测量和通信功能，通过通信网络将测量结果传输到后端综合分析软件系统；

（9）加电自启动功能；

（10）具有在线自诊断功能；

七、系统供电解决方案

太阳光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感发电和光生物发电。硅系列太阳能电池中，单晶硅和多晶硅电池继续占据光伏市场的主导地位，单晶硅和多晶硅的比例已超过80%，而这一发展趋势还在继续增长。越来越多的电子设备开始运用太阳能这一取之不尽用之不绝的能源。

7.1 太阳能供电单元

太阳能供电单元示意图

（1）具有良好的光电转换效率，满足前端系统的供电及电池的充电要求；

（2）太阳能板材质：进口单晶A片

（3）光电转换效率：太阳能板具有良好的光电转换性能，太阳光不强时也可以浮充供电；

（4）输出电压：18V DC

（5）封装方式：玻璃层压板

（6）固定支点：4个。

（7）抗震性：太阳能板要求具有良好的，能抗击10级台风；

（8）温度适用范围：-40℃至+70℃

（9）使用寿命：10年以上

7.2 电池供电单元

（1）聚合物锂铁电池，具有稳定的充放电过压，过流保护功能；

（2）重量：3kg

（3）工作温度：-40℃-70℃

（4）寿命：3-5年

7.3 充放电保护单元

（1）具有稳定电压、电流作用；

（2）具有多级防雷；

（3）具有充电保护、放电保护功能

（4）工作温度：-40℃-70℃

八、监控中心专用管理平台

控制中心的设计主要包括微机（或工作站、工控机）、网络接入设备（ADSL宽带及静态IP地址）、中心处理处理器等。控制中心的设计开发主要集中在用软件的设计开发上，一般是基于Windows操作系统的。当前用于此类软件开始、调试的工具较多，且功能强大，给控制中心软件的设计带来便利。

本项目是具有联网中的平台，软件技术是核心，包括智能管理操作平台、外力报警管理操作平台等等，为本项目的实现奠定了基础。

输电线路监控系统构成示意

8.1 监控中心环境指标单元

监控中心示意图

8.1.1 硬件环境要求

（1） CPU：双核

（2）内存：1G

（3）显示卡：Nvidia Geforce FX5200 或者 ATI RADEON 7000(9000) 系列128M显存，显卡需支持硬件缩放功能

（4）操作系统：32位简体中文\英文Windows2000、WindowsXP、Windows2003、Windows Vista和64位简体中\英文Windows2003、WindowsXP、Windwos Vista等操作系统

（5）软件环境：IE 6.0以上版本，DirectX8.0以上版本，TCP／IP网络协议

（6）系统需求：安装本软件的PC显卡需支持的颜色转换及缩放，目前已测试的有Nvidia Tnt/Tnt2、Geforce Mx200/400/420/440 Fx5200/5600等系列，ATI Radeon7000/7200/7500/8500\9000/9200/9500/9600等系列，MatroxG450/550，INTEL845G/865G等系列显卡。注意显卡的驱动必须支持硬件缩放功能。

8.1.2 网络要求

（1）要求2M-4M以上ADSL宽带；

（2）具有静态IP地址；

（3）开通服务器及相应客户端的端口（如3000、3001等）；

（4）开放防火墙的端口

8.2 智能杆塔倾斜数据报警管理操作平台

杆塔倾斜监测装置前端采用杆塔倾斜传感器探测杆塔倾斜程度，报警系统采集主机采集后通过3G/GPRS/CDMA数据通道传输到监控平台上来，一旦告警，上传告警信息，同时启动监控中心的报警语音，提醒值班人员技术处理警情。

(1) 能定时自动接收数据采集单元的数据；

(2) 具有远程设置采集方式(自控方式或受控方式)、自动采集时间的功能；

(3) 后台软件根据用户需求，数据采集密度可设置；

(4) 能向数据采集单元发送对时命令；

(5) 能远程修改数据采集单元的IP地址和端口号；