（1国网湖北省电力有限公司武汉供电公司武汉430000；2.国网湖北省电力有限公司黄石供电公司黄石435000）
摘要：输电线路作为电能的输送通道，一旦发生事故将对电网的安全稳定运行造成恶劣影响。为确保输电线路及其设备的安全稳定运行，本文通过利用计算机、通讯及传感器技术，设计一套输电线路杆塔异常预警装置。该装置能够实现输电线路杆塔异常预警，能有效判断输电线路杆塔发生的故障，保证电力系统的稳定性。
关键词：输电线路；杆塔异常；传感器；预警
1引言
输电线路就是输送电能，联络各发电厂、变电站使之并列运行，实现电力系统联网的电力线路，高压输电线路是电力工业的大动脉，是电力系统的重要组成部分[1-2]。架空输电线路受自然条件的影响会发生多种灾害事故，而输电线路振动倾斜是其中较为严重的一种灾害。
针对输电线路塔线振动倾斜问题，目前国家电网公司也有一些方法。用的较为广泛的就是直升机巡线：采用直升飞机沿输电线路飞行，工作人员用肉眼或机载摄像设备观测和记录沿线异常点的情况[3-4]。以上方法虽然在一定程度上能够发现输电线路的运行状况，但是这种检测方法不能有效对输电线路塔线进行有效预警。
2整体结构设计
整个装置由杆塔振动模块、杆塔倾斜模块、通信模块、微控制器、供电模块、GSM短信模块以及语音报警模块组成。整个装置通过加速度传感器和倾斜传感器对输电线路塔线进行实时监测，及时通过GPRS发送到监控中心，由监控中心微处理器判断当前线路的振动倾斜情况。通过对振动信号以及倾斜信号的分析处理得出塔线受到外部机械作用力的信号特征，从而有效实现塔线在受到外力破坏时的报警，并且联动启动摄像头，对杆塔现场进行拍照，并将视频图像通过无线网络传送给微处理器系统中心，系统中心经过分析之后就会通过手机发送短信通知工作人员对输电线路塔线进行保护。整个系统总体结构图如图1所示：
图1系统总体结构图
2.1微控制器
本文中选择STM32F103作为主控芯片。该芯片由意法ST公司生产，该芯片使用ARM高性能的Cortex-M3内核，工作频率为72MHz，内置128K字节的闪存和20K字节的SRAM，51个增强I/O端口，2个12位的ADC、3个通用16位定时器和1个PWM定时器，标准的2个SPI接口、3个USART接口、1个USB接口和1个CAN接口。
2.2加速度传感器
本文中选择型号为MMA7361型号的加速度传感器用来测量倾角，该模块由角加速度传感器MMA7361（U1），运放OPA37（U2），电容C1、C2、C3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7组成。当输电线路杆塔出现震动的时候，加速度传感器就会感受到震动加速度。当加速度传感器的输出Zout脚电平变化时，引起流经电阻R4的电流产生变化。由于运算放大器的虚断特性，流经电阻R5的电流与流经电阻R4的电流
变放大倍数。R1、R2电阻是用来对加速度传感器进行基准校核的。将传感器水平放置，可改变R1、R2的阻值来校准加速度传感器。由于MMA7361的X轴和Y轴加速度没有使用，所以将其输出引脚通过电容接地。
2.3倾斜传感器
本文中选择BWH520型号的倾斜传感器进行杆塔倾斜检测，最高精度可达到0.005°。采用非接触式测量原理，能实时输出当前的姿态倾角，使用简单，高精度，体积小，抗外界电磁干扰能力强，承受冲击震动能力强。STM32F103处理器通过SPI总线分别与控制传感器进行倾斜度转换，并换取来自倾斜传感器的转换结果。经过由STM32F103处理器内部的计算程序计算出当前的倾斜度。STM32F103处理器分析后确定是否启动声音报警，联动控制拍照。
2.4语音模块
本文中声音报警模块采用WT588D语音芯片，由单片机发送信息对WT588D进行控制，实现语音芯片命令控制、语音播放。供电电压VDD使用+5V供电，VCC使用3.3V供电。音频信号由DAC端输出。使用M25P32VMW6TG存储特定的语音信号，其为32Mbit（4M*8）的串行flash存储器，具有增强写保护结构。存取采用SPI总线协议。
2.5信号放大电路
本文中，加速度传感器和倾斜传感器检测到的信号比较小，需要经过信号放大后才可以被微控制器接收。在本系统中，测控系统希望传感器的输出信号在0~5V之间，所以在使用MAX4196芯片时，需要一个外部的电压基准，该电压基准相当于仪表放大器的零位，在本系统中，选择2.5V的电压基准。采用MAXIM公司的电压基准芯片MAX6192为MAX4196提供参考零位。
2.6通讯模块电路
在本文中，采用RS232通讯，主要用于硬件系统通讯功能调试和硬件电路与通用微处理器简单数据传递时使用，方便硬件系统的编程调试和维护。
2.6电源模块
本文中电源模块采用太阳能电池加蓄电池供电的方式；太阳能电池板和蓄电池都接入太阳能电池控制器，当太阳能电池板的电压满足供电电压要求时，太阳能电池控制器将对负载供电，同时对蓄电池充电；当太阳能电池板的电压不满足供电电压要求时，太阳能电池控制器将切换至蓄电池供电。
3结论
本文通过振动传感器以及倾斜传感器自动监测输电线路杆塔运行状况，一旦遇到杆塔振动或者倾斜状况，可以通过系统微处理器发出控制命令，并且通过系统红外摄像头对此事故进行闪光拍照，并且将现场情况通过声音报警器报警，并以短信形式发送给系统中心，实现对输电线路塔线全方位保护。
（1）以输电线路杆塔异常预警装置代替人工巡视为目标，由逐塔配置的杆塔终端系统、通信系统和微机控制系统组成，实现海量数据传输。
（2）杆塔异常预警装置具有数据预处理、故障识别判断等功能，一旦发现异常，则可以通过GSM向工作人员发送短信，同时启动语音报警装置，提醒工作人员进行早期故障处理。
参考文献（References）：
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作者简介：
朱曙辉，男，大学本科，电力系统及其自动化专业，研究方向为输电线路运维。陈亮，男，大学专科，电气工程及自动化专业，研究方向为输电线路研究。