输电导线

本系统的CMA安装在杆塔上，主要通过I1协议接收输电导线舞动CMD的信息，然后将其打包，通过有线(光纤)/无线(GPRS, CDMA, 3G等)方式以I2协议将其传至状态信息接入CAG。

CMA的硬件是基于ARM处理器设计的，由微处理器、I1接口模块、I2接口模块、数据存储及电源管理等组成。I1协议为CMD和CMA之问的协议，I2协议为CMA向上一级传输信息时遵循的协议。

CMA与CMD的通信可根据两者的距离选择合适的通信方式。I1物理接口包括用于近距离传输的RS485接口、ZigB ee接口和WiFi接口、以及远距离传输的以太网接口。CMA与CAG的远距离通信遵循I2协议，I2物理接口包括GPRS/CDMA/3 G等无线通信接口以及以太网接口。本系统CMA电源设计与导线舞动CMD电源设计相似，也是采用太阳能加蓄电池的供电方式。但是CMA包含了更多通讯接口(GPRS, WiFi、以太网等模块)理论上需要更多的电能使其稳定运行，而这些接口并不需要同时工作，因此 设计的CMA通过电了开关控制不同电源芯片，实现各个通信模块单独供电，从而降低CMA的功耗。

由于导线舞动无线传感器是长期安装在野外的，架空输电线路导线上的装置取电比较困难，因此本论文设计的导线舞动无线传感器电源设计采取的是导线取能加铿电池就地取电和供电，此方法将一次侧很大的交流电互感为较小的交流电，供后续电路使用，同时起到电气隔离的作用，不会对线路造成不良影响。

导线取能采用电磁感应原理，在输电导线上安装一个开环的互感器，互感出的交流电经过后续的整流、滤波、稳压电路输出稳定的电压。互感线圈输出的电能随导线电流的变化而变化。一方面，当输电线路发生短路或运维部门采用交流融冰时，导线电流过大，互感线圈的输出电压会超过稳压电路的耐压值，以至于损坏后级电路，因此需要增加过压过流保护电路来保护稳压电路;另一方面，当线路停电或采用直流融冰时，导线电流为零或为直流，互感线圈的磁通量变化率为零，互感器将停止输出，因此，为保证导线舞动无线传感器正常工作，电源模块增加了4节并联的铿电池，总容量达10.4 Ah，从而满足导线舞动无线传感器的工作需求 。

整个电源电路中，过冲保护路由瞬态抑制二极管实现的;整流电路采用单相全桥整流电路;过流过压保护电路是由2个MOS管T1, T2作为开关，以1个运算放大器和电压比较器做辅助电路组成;经高效的降压芯片LM2576输出，为导线舞动传感器提供电源，在蓄电池的电压不足时，也可给其充电。

为避免导线舞动扭转导致计算出的相对位移与实际运动偏差，设计了基于惯性传感器的导线舞动监测系统，对系统中的导线舞动无线监测传感器、导线舞动状态监测装置(CMD)、状态监测代理(CMA)等部分进行了硬件设计和舞动定位算法设计。利用惯性传感器设计，既考虑了导线自激振荡引起的舞动，也考虑了导线扭转运动引起的舞动。搭建了模拟导线舞动的测试“，对系统可行性进行了测试，并对采用加速度传感器和惯性传感器2种方法进行比较，通过模拟实验结果表明:系统可有效对舞动进行监测，仅采用加速度传感器测量和计算的位移偏大，而利用惯性传感器测量和计算的位移更精确。此系统已在贵州电网山麻I回220 kV线路女装，目前运行良好。

随着我国超高压输电线路建设发展，导线舞动引起的事故经常出现。近些年来，我国受大范围低温、雨雪、冰冻等恶劣天气的影响，多省份输电线路出现了大面积的覆冰、舞动现象，其中舞动使得多条线路发生闪络跳闸、塔材螺栓松动、绝缘了碰撞破损、跳线断裂、问隔棒等金具损坏断裂、掉串掉线、杆塔结构受损、倒塔等不同等级的事故，给电网造成了严重的灾害 。

自20世纪30年代起，国外学者开始对导线舞动进行了大量实验和理论研究，我国有关舞动的记载始于20世纪50年代。相关研究人员先后提出了多种导线舞动监测方法，包括计算机3维仿真、图像视频法、加速度传感器监测法等。其中计算机3维仿真法可对导线的起舞过程和重要参量进行计算和仿真，但难以建立通用的数学模型;图像视频法是CAG工作人员通过安装在杆塔上的摄像机拍摄图片来获取导线运动状态，判断是否发生舞动，此方法较为直观，但只能定性地描述舞动运动状态;为定量描述导线运动状态，当今通常是用加速度传感器求得导线舞动轨迹。然而在实际应用中发现，随着导线运动，加速度传感器不可避免地发生扭转，造成测得数据不在同一个参考系下，由此计算得出的位移和实际运动偏差很大。针对此现象， 设计了采用惯性传感器的舞动监测系统，它既考虑了导线白激振荡引起的舞动，也考虑了导线扭转运动引起的舞动。通过惯性传感器采集导线舞动时的特征量，如加速度和角加速度，经数据分析解算得到物体的实时位置、姿态等信息，进而实现输电导线运动轨迹的精确还原。