输电线路智能监测系统通信技术应用研究 Application Research of Communication Technology for Intelligent Monitoring of Transmission Line

doi:10.12677/SG.2014.41003

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Smart Grid 智能电网, 2014, 4, 11-15

http://dx.doi.org/10.12677/sg.2014.41003 Published Online February 2014 (http://www.hanspub.org/journal/sg.html)

Application Research of Communication Technology for

Intelligent Monitoring of Transmission Line

Dongchao Zou1, Kaihong Li1*, Baoren Chen2#

1Qingyuan Power Supply Bureau, Qingyuan

2Guangdong Electric Power Design Ins titute, Guangzhou

Email: z072004@126.com, 13602936430@139.c om, #15818885892@1 39.com

Received: Nov. 15th, 2013; revised: Dec. 18th, 2013; accepted: Dec. 26 th, 2013

unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. In accordance of the Creative Commons

are guarded by law and by Hans a s a g ua r d i a n.

Abstract: On the basis of the intelligent monitoring system communication network architecture and communication

needs analysis, we have researched the requirements of the intelligent online monitoring system of four kinds of com-

munication modes and t he t rans missio n c hanne l, and discussed the solution of the trans mission line co mmunicatio n intel-

ligent monitoring system. In the application of intelligent monitoring syste m for transmission line, throu gh the “EPON

+ broadband wireless M ESH”, “industrial switches + broadband wireless MESH”, “fiber + d istributed wir ele ss b ro adband

system”, the wireless public network and other means of introduction and scheme analysis of advantages and disadvan-

tages, we chose an appropriate communication mode to suit one’s de mand to loca l condit ions, to achie ve real-time monitor-

ing of power transmission lines and tower operation state, which can effectively improve the security of transmission line.

Keywords: Communication Technology; Wireless MESH; Transmis sio n Li ne

输电线路智能监测系统通信技术应用研究

邹冬超 1，李开红 1*，陈宝仁 2#

1清远供电局，清远

2广东省电力设计研究院，广州

Email: z072004@126.com, 13602936430@139.c om , #15818885892@139.com

收稿日期：2013 年11 月15 日；修回日期：2013 年12 月18 日；录用日期：2013 年12 月26 日

摘要：本文从输电线路智能监测系统通信网络架构、通信需求分析出发，研究智能在线监测系统的四种通信

组网模式和传输通道要求，提出输电线路智能监测系统通信解决方案。在输电线路智能监测系统应用中，通过

“EPON + 宽带无线 MESH”、“工业交换机 + 宽带无线 MESH”、“光纤 + 分布式无线宽带系统”、无线公网等

多种方式的介绍和方案优缺点分析，因地制宜的选择合适的通信模式，实现电力输电线路及杆塔运行状态实时

监控，可有效提高输电线路安全性。

关键词：通信技术；无线 MESH；输电线路

1. 引言

输电线路智能监测系统(以下简称“监测系统”)

是运用先进的技术手段对输电线路进行自动化监视和

科学管理，也是实现智能电网的重要基础之一。输电线

路智能监测是一项复杂的系统工程，它以输电线路在线

监测系统为核心，并且涉及到对输电网一次网架和设

第一作者。

通讯作者。

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备的配套要求、多种通信手段的综合利用、以及与相关

系统的应用集成等。目前国内已有较多的研究机构和企

业单位研制开发出多种输电线路本体、气象及通道环境

监测装置，包括导线温度、导地线微风振动、舞动，绝

缘子串风偏，绝缘子泄漏电流、盐密、杆塔倾斜、杆塔

振动，微气象、图像/视频，杆塔防盗等，这些装置已在

特高压交流示范工程、30多个大跨越线路、跨区线路以

及各电压等级的重要线路中投入使用。国内电力输电线

路在线监测应用较多的有图像/视频、覆冰、微气象等。

通信网络的是监测系统运行的基础，如何在输电

线路上建设一套可靠、宽带的通信网络，是当前监测

系统可靠运行的关键[1]。

2. 监测系统通信需求

输电线路智能检测系统要实现对输电线路的微

风振动、舞动、污秽、覆冰及杆塔倾斜、振动及现场

视频的传输，其通信系统应支持以下几种通信模式[ 2]：

1) 事件触发式通信：支持监测终端事件触发或监

测主站主动触发方式下的即时双向通信。

2) 实时通信：支持一直在线传输的实时双向通信。

3) 定时间隔通信：支持系统设定的定时间隔(按

一定的时间间隔)双向通信。

输电线路智能检测系统通信应支持以下几种通

信业务的透明传输：

1) 低带宽数据通信，支持以太网、RS232/RS485/

RS422接口和无线公网制式的空中接口。

2) 高清或标清视频通信，支持不少于 1 Mbps 以

上业务带宽。

3. 监测系统通信网络架构

输电线路智能监测系统通信网络骨干层、接入层

的分层结构，系统主站和变电站之间的通信网络为骨

干层，变电站和输电杆塔之间的通信为接入层，层次

结构如图 1所示。

骨干层通信网络负责传输接入网络的各个通信终

端的数据，并将其传送至监测系统主站。骨干通信网

络应充分利用电力现有的通信网络，优选综合数据网；

接入层通信网络负责监测终端(如传感器、摄像机

等)信息的接入，并将监测系统传送至骨干层网络。接

入层通信网络接入层通信网络实现监测主站、子站和

监测终端之间的通信，应采用光纤通信和无线通信方

接口服务器

输电线路智能监测系统主站

维护工作站

EPON+无线MESH

监测终端

运营商

2G/3G移动网络

操作工作站服务器

工业交换机+无线MESH

监测终端

无线宽带专网

监测终端

VPN专线

电力综合数据网

接入层

骨干层

监测终端

通信终端

2G/3G终端

Figure 1. Communication system ar ch itect ur e o f onl ine monito ring

on transmis s ion lin e

图1. 输电线路在线监测通信系统架构

式相结合的原则组建，可因地制宜地选择采用“EPON

+ 无线 MESH”、“工业交换机 + 无线 MESH”、“ 无

线宽带专网”、无线公网等多种通信技术。

4. 接入层通信网络组网模式

及传输通道要求

一般 110 kV及以上输电线路都随输电线路敷设

有OPGW 或ADSS 光缆，每 3~4 km或5~7 级杆塔有

光缆接口处，因此在一些杆塔中可以实现光纤通信的

接入，而在其它更多的杆塔却没有光缆接入。因此，

输电线路沿线通信方式的最佳选择是采用“光纤＋无

线”的通信方式[ 3]。其中主要模式如下。

4.1. 模式一：EPO N+宽带无线 MESH 网

“EPON + 宽带无线通信”[5]模式组网结构如图

2所示。

“EPON + 宽带无线通信”模式实现杆塔上光缆

接续盒(光缆沿线接头点)与主站之间采用 EPON 实现，

监测终端与 ONU 之间通过宽带无线 MESH方实现通

信。根据线路情况，合理地选择 OPGW、ADSS 或

OPPC 光缆作为接入光缆。无线宽带 MESH 的网络带

宽可达到 20 Mbps左右[4]。

一个典型的 EPON 系统由 OLT、ONU、POS组成，

ONU 设置在具有光缆接续盒的杆塔上，OLT 设置在主

站通信机房，但 OLT 与ONU最大距离不超过 20 km。

4.2. 模式二：工业以太网交换机 + 宽带无线

MESH 网

“工业以太网交换机+宽带无线通信”模式组网

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结构如图 3所示。

“工业以太网交换机+宽带无线 MESH”模式实

现杆塔上光缆接续盒(光缆沿线接头点)与主站之间采

用工业以太网交换机实现，监测终端与交换机之间通

过宽带无线 MESH 方实现通信。根据线路情况，合理

地选择 OPGW、ADSS 或OPPC 光缆作为接入光缆。

无线宽带 MESH 的网络带宽可达到 20 Mbps左右。

工业以太网采用逐级传递的模式，对于任何两个

相邻节点的距离，取决于所配光器件的能力，目前，

市场上所能够采购到的成熟的光器件的传输距离最

大能够达到 80 km以上。

4.3. 模式三：光纤＋无线宽带专网(分布式基站)

光纤＋无线宽带专网方式(分布式基站)模式组网

结构如图 4所示。

TD-LTE 分布式基站就是把传统的 TD-LTE 基站

分成了两个相对独立的部分，基带单元(Baseband Unit,

BBU)和远端射频单元(RemoteRadio Unit, RRU)，BBU

与RRU 之间采用光纤直连，拉远距离可达 40 km。

BBU 设置在 110 kV及以上变电站，一般只有 1U

或2U 高，可内置于传输机架内，也可直接挂墙安装，

无需占用变电站通信机房面积。

RRU 应具有 IP65 的防护等级，可直接在杆塔上

安装，只需跳线连接天线，无需馈缆，可减少 3dB 左

右损耗，有效扩大覆盖面积。

一个 BBU 可以带多个(一般 6个以上)RRU，可采

用一对光纤串接或采用多对光纤并接方式，可实现多

塔共享 BBU。每个 TD-LTE基站在一个扇区(定向天

线)能覆盖 3 km及以上的距离，每个基站设置两个扇

区，可覆盖 6 km以上的距离。其实现方式如图 5。

…… …………

无线网关无线终端

至主站系统

……

ONU ONU

监测终端无线MESH网

OLT（变电站） OLT（变电站）

电力传输网

至主站系统

电力传输网

Figure 2. Network mode of EPON + broadband wireless MESH

图2. EPON + 宽带无线 MESH 组网模式

…… …………

无线网关无线终端

至主站系统

……

工业交换机工业交换机

监测终端无线MESH网

工业交换机工业交换机

电力传输网

至主站系统

电力传输网

Figure 3. Network mode of industrial Ethernet Switch + broadband wireless MESH

图3. 工业以太网交换机 + 宽带无线MESH 组网模式

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…… ……

……

定向天线

至主站系统

……

RRU RRU

监测终端

BBU（变电站）BBU（变电站）

电力传输网

至主站系统

电力传输网

无线终端

Figure 4. Mode of fib er + TD -LTE distributed base station

图4. 光纤 + TD-LTE 分布式基站模式

BBU

RRU

光纤

Figure 5. Network mode of BBU and RRU series and parallel

图5. BBU 与RRU串联和并网络方式

4.4. 模式四：无线公网(2G/3G 无线传输)

2G/3G无线传输模式组网结构如图6所示。

2G/3G 终端模块和各供电局主站系统/Radius认

证服务器之间的数据通信必须通过 VPN 专线方式，

主站系统置于企业网内部。

2G/3G 终端采用静态 IP的方式，终端预置 IP 地

址，并保持不变。

在应用 2G 网络作为通信通道的配电终端必须支

持GSM 和CDMA 双模方式，其中 GSM 模式同时支

持GPRS 和EDGE。在 3G 公网有覆盖的区域，宜考

虑选择 2G 和3G 双模终端模块，2G 和3G双模终端

模块可自动切换 2G 和3G 网络，并优先选择 3G 网络

通信。3G 网络的上行带宽一般在 100 kbps~1 Mbps之

间，但在很多山区、农村区域无 3G 网络覆盖。

4.5. 通信模式选择

以上四种模式的优点、缺点和适用范围如表 1。

综上，在需要视频监控等高带宽业务或无线公网

无覆盖的区域，优选选择模式一或模式二，在可解决

RRU 供电的情况下，可选择模式三；在不实现视频监

控且无线公网信号良好的情况下优选选择模式四。

5. 结束语

由于输电线路监测智能化需要同时具备安全、经

济、稳定、低时延等多方面的要求，简单的利用无线

公网的通信方式无法同时满足以上需求，而且还要受

到无线公网信号覆盖的约束。输电线路的路径经常会

选择在没有公网信号的山林之中，这一部分线路往往

是重冰区、大跨越、舞动区、风口区、林区等需要重

点监测的线路，利用无线公网实现输电线路监测智能

化极大的制约了线路监测系统作用的发挥。同时在需

要安装视频/图像监测装置的线路中，为保证视频图像

的清晰流畅，对传输的视频信号的实时性和完整性提

出了很高的要求，这就要求监测装置需要通过高带宽、

低延时的通信通道，本文提出的模式一、模式二、模

式三是较为可行的几种解决方案，然而由于这几种方

式均存在无线 MESH 基站或 RRU 功耗大，太阳能供

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Figure 6. Network mode of 2G/3G wireless transmission

图6. 2G/3G无线传输模式

Table 1. Advantages and disa dvantages of the four modes

表1. 四种模式的优缺点对比

模式主要优点主要缺点适用范围

模式一 1) 技术成熟；

2) 抗多点失效。逐级设置节点，成本较高；

需要视频监控等高带宽业务或无线公网无覆盖的区域

模式二 1) 技术成熟；

2) 抗单点失效。逐级设置节点，成本较高；

模式三

除基站节点外，终端节点功耗小、

成本低，业务接入方便。

基站节点功耗大(RRU 设备功

耗一般超过

100 W)

，供电困难。

基站节点可解决供电问题的情况。

模式四终端功耗低、投资少、工程简单

带宽小、通信可靠性低，部分

区域无网络在不实现视频监控且无线公网信号良好的情况

电不足、电池寿命短等问题。后续研究应应重点在降

低MESH 基站或 RRU 的功耗，或采用其它可靠的供

电方式，否则输电线路智能监测系统就无法得到大规

模推广。

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