电力系统在线监测系统-无线传输实施方案

一、电力行业的现状及需求分析

        随着我国国民经济的迅速发展，各行各业对于能源的需求也是日益增大，而对事个社会提供主要能源的电力行业来说，其担负的社会责任也是越来越重大。电力行业对于社会经济的发展提供源源不断的电力能源，其遍布各地的输电线路、高压电塔、变电站等设施在日常的运行中，需要投入大量的人力物力来保障这些基础设备的可靠运行。由于这些设施大多是在一些人员不便到达的地方，所以电力维护人员在日常维护中存在很大的不便，一旦出现了问题不能在短时间内查明情况，因此急需一种行之有效的系统进行在线监控和管理。

        为了更好保证输送电线路的稳定、可靠运行，电力公司提出在输电塔上安装视频监控系统，以便迅速发现隐患、问题并加以解决。随着电力网络的改造，大量的输电高压铁塔、各变电站、变电所均要求实现无人值守，提高生产效益。目前，电力局设立了运行管理值班室及调度部门，建立一套技术先进、功能强大的监控系统已经提到了电力部门的发展议事日程。汉华高科电力监控系统在电力调度通信中心建立监控中心，实现对各变电站、变电所的有关数据、环境参量、图像进行监控和监视，以便能够实时、直接地了解和掌握各个变电站、变电所的情况，及时对发生的情况做出反应，适应现代社会的发展需要。

二、方案思考与设计

        针对电力行业的特殊需要，我公司提出了一套完整的无线传输方案。在进行方案设计的过程中，考虑了以下几点：

        1、无线传输方案的可实施与稳定性。在整合方案的设计中，其中的根本性前提就是这个方案的可实施性与稳定性，如果没有这个做为基础，其它都是无用的，针对电力行业在野外不方便架设有线的特殊环境，我公司推出数字无线网桥做为传输介质，根据每个点位的不同应用与要求，选用不同型号的设备，搭配不同的天线，从而实现整个通讯链路的通讯可实施性。而对于架构的稳定性来说，可实施性是基础，而稳定就是整个传输过程的关键。我公司生产的无线网桥，从生产工艺到传输性能，在以往的工程项目中都得到了很好的验证。

        2、整体无线方案设计的可拓展性。一个项目实施方案的成功不仅在于当时设备搭建起来以后是否可以正常运行，还在于以后客户增加了其它的需要以后，有没有考虑到用户的后续需求而增加的可拓展性。这一点就要求在初次方案设计时就要考虑到用户的项目在实施的过程中或都是实施以后所出现的特殊情况，如果给用户在原有的方案中增加设备，而不必要增加太大的成本。因此，在此方案的设计中我们给用户考虑了很大的冗余。以便于用户以后增加其它监测点位。

        3、设备后期维护的易用性。在整个方案架设起来以后，在用户的使用过程中难免会出现一些问题，考虑到用户的使用现场人员并不具备较高的技术操作能力，所以在进行前期方案设计时，把每个部分尽量设计的简单、易用、稳定，每个部件尽量做到模块化，从而减少操作人员的施工和维护难度。

        基于以上几点考虑，方案的具体设计如下，主要分为三个部分：

        前端视频、数据采集、语音输出及无线发射部分；

        中间热点无线覆盖及点对点无线传输部分；

        后端监控中心的显示、控制及数据库接入部分。

如下图所示：

其中热点到中继的距离大概在10公里范围内，中继与中继以及到后端监控中心的距离大概在30公里以内。下面将这个三个部分具体说明是如何实施的。

2.1、前端视频、数据采集、语音输出及无线发射部分

        在电力传输现场，用户的前端一般情况下包括视频采集，数据控制，语音输出及无线发射等常用功能。用户的视频采集部分使用高清数字网络球机（型号待定，要求可接入数据平台），可监测到前端的现场环境，后端监控室人员还可以使用键盘、鼠标等来操作控制前端图像的转动和变倍调焦。

        语音输出部分的解决方案如下：使用数字网络球机的语音输出接口连接到功放的输入接口，功放再连接大功率喇叭，由于前端的监测点和后端监控中心是同一个局域网，就可以实现后端监控中心到前端的无线喊话功能。

        无线发射部分采用我公司的hanhgk数字无线网桥，该设备内置18dbi的平板天线，传输距离可达10公里，满足从前端到热点基站的无线信号连接。传输性能稳定可靠。（设备具体参数可见附件）交换机把前端的网络摄像机和其它数字设备进行汇总以后接入到hanhgk的POE供电盒的数据接口中，把这些信号通过无线的方式传输到热点覆盖的基站。

前端部分的供电使用太阳能供电的方案。

        要使用一个配电箱，配电箱里面放置无线设备的POE供电盒，RTU无线通讯模块，太阳能控制器及蓄电池等，在配电箱里面放置100AH蓄电池，同时把太阳能控制器和逆变器也放置在配电箱里，另外的一个接口连接一块功率为150W的太阳能电池板。

如下图所示：

热点设备的整体连接图如下所示：

2.2、中继点无线覆盖及点对点无线传输部分

        针对基站中继点部分我们采用我公司的高带宽多模块无线传输产品，型号为hanhgk-1006jz系列。其中基站进行无线覆盖的产品具体型号为hanhgk-1006jz-5g，只所以使用这款设备做为无线覆盖产品，是因为此款产品本身为千兆网口设计，具有较高的数据处理能力，设备本身支持多模块设计，可以安装两个模块，因为在实际热点覆盖的过程中，如果仅仅使用一条全向天线，增益太小，无法达到比较远的传输距离，所以在方案设计及产品选型中，使用此款设备，在一台设备中可以安装两条60度天线，在此基站安装两台设备就可以安装4条60度天线，加在一起的覆盖角度可达240度以上，基本可以满足周边前端无线设备连接的需求。如下图所示：

  在铁塔上安装两台此型号无线设备，每台设备可安装两条天线，两台设备共可装4条天线，以达到向周边进行无线覆盖的目的。

        点对点通讯的无线设备选用我公司的hanhgk-1006wx，此款设备内置25dib定向增益天线，由于设备本身发射功率较大，传输距离可达30公里，此款设备做为基站到基站的无线传输设备，本身具有很大的优点，设备内置千兆网络接口，工作性能稳定，理该传输带宽可达480Mbps，实测传输带宽可达160Mbps，该设备具备多级跳台无损耗的特性，可保证在经过多次中继后仍具备较高的带宽数据，在传输过程中的数据损耗小（以上两款设备的详细参数可参看附件里的产品说明）。在基站设备安装的地方，供电方式和前端供电方式相同，在正常情况下使用交流220V供电，如果在一些比较特殊情况下，没有市电，同样也可采用上述的太阳能供电方案系统。

点对点无距离传输如下图所示：

热点与热点之前的距离由于比较远，所以使用hanhgk-1006jz5g进行定向传输。以保证前端的监测数据及图像能够稳定的传输到监控中心。

2.3、后端监控中心的显示、控制及数据库接入部分

        后端监控中心使用无线设备接收到前端的监控图像后，由于监控中心一般情况下都位于市区，位置相对来说都比较低，所以需要在监控中心附近找到高层建筑，在建筑顶楼安装无线接收设备，接收从中继点传回的无线信号，在楼顶也需要配置一个配电箱，如下图所示：

        无线网桥接收到的信号从交换机进入光端机，使用光纤传输到机房，接入到监控中心的服务器，服务器上安装电力行业在线监控平台，能过数据监控平台，对前端的图像进行查看的管理，还可以通过上墙服务器或矩阵投放到大型显示屏中。

        监控中心架设一台服务器，上面安装电力系统在线监测平台，然后通过无线接收设备把前端的监控图像及数据接收监测平台，通过话筒对前端进行喊话，同时还可以通过控制键盘对前端摄像机进行控制。后台服务器上安装RTU控制软件，可以远程对前端设发送指令 ，控制前端设备进行远程上电、断电操作。