李程啟，劉景龍，張圍圍，李 娜，張 帆

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003）

0 引言

架空輸電線路是電力系統(tǒng)的重要組成部分之一，其正常運(yùn)行是整個(gè)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。架空輸電線路大多經(jīng)過(guò)叢林、峽谷、高山等人不方便涉足的復(fù)雜環(huán)境，同時(shí)戶外架空線路在運(yùn)行中容易受風(fēng)、雨、冰、溫度等多種自然因素的影響［1-3］，大量的研究也表明氣象對(duì)架空輸電線路性能有較大影響［4-5］，因此有必要對(duì)架空輸電線路周?chē)》秶臍庀笮畔⑦M(jìn)行采集及分析，保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行［6-8］。當(dāng)前的氣象在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多使用電池、自取能、電力輸電等方法為監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)供能［9-10］，存在后期維護(hù)成本高、供能受限于環(huán)境影響、受電磁干擾等不足，使用無(wú)線通信技術(shù)將傳感監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行回傳，存在著傳輸可靠性差、傳輸距離短、抗干擾性差等不足［11-15］。架空輸電線路一般都鋪設(shè)有光纜，光纖通信具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速度快、損耗低、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，而隨著光纖通信技術(shù)的日益發(fā)展和成熟，使用光纖作為媒介來(lái)傳輸能量逐漸為人們所注意，并且日漸顯露其優(yōu)勢(shì)。在光纖傳能系統(tǒng)中源端的激光器輸出光能，經(jīng)傳能光纖傳輸后，至遠(yuǎn)端進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并為各用電器件供電。

當(dāng)前比較成熟且大規(guī)模使用的架空輸電線路氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多采用太陽(yáng)能電池板從自然界取能配合蓄電池為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供能，使用全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communication，GSM）、通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）、窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）等嚴(yán)重依賴運(yùn)營(yíng)商基站信號(hào)覆蓋的無(wú)線通信方式將系統(tǒng)監(jiān)測(cè)信息回傳回變電站或監(jiān)控中心。由于該方案使用蓄電池作為存儲(chǔ)介質(zhì)，蓄電池的充放電循環(huán)使用壽命較短，因此該方案在供能上存在后期更換電池、維護(hù)成本高等問(wèn)題。同時(shí)該方案無(wú)法將監(jiān)測(cè)裝置安裝在運(yùn)營(yíng)商基站信號(hào)覆蓋之外的場(chǎng)景，一般這種場(chǎng)景多為深山、峽谷等人跡罕至之地，但這些場(chǎng)景相對(duì)監(jiān)測(cè)意義重大。除此之外，該方案通信距離受運(yùn)營(yíng)商基站影響較大，如NB-IoT 在郊區(qū)使用通信距離可達(dá)10 km左右，在市區(qū)只有3 km左右。

提出一種以光纖作為能量與信息傳輸載體的架空輸電線路氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本系統(tǒng)適用于叢林、峽谷、高山等人不方便涉足的復(fù)雜場(chǎng)景，不受運(yùn)營(yíng)商基站信號(hào)覆蓋影響，可進(jìn)行10 km 遠(yuǎn)距離光纖供能及通信，可有效解決架空輸電線路監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)供能困難及傳感信息傳輸不可靠不穩(wěn)定的問(wèn)題，降低了電力系統(tǒng)施工安裝難度及運(yùn)維難度，節(jié)約了系統(tǒng)監(jiān)測(cè)成本。也為后續(xù)在微氣象區(qū)域開(kāi)展覆冰、大風(fēng)觀測(cè)，獲取長(zhǎng)期實(shí)測(cè)資料，為擬建線路設(shè)計(jì)和已建線路運(yùn)維提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)［7-8］。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 總體系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體方案如圖1 所示，變電站中包含激光器、光通信單元、監(jiān)測(cè)主機(jī)三大部分，桿塔上安放的傳感器節(jié)點(diǎn)包含光電池、能量管理單元、氣象傳感器、微控制器（Microcontroller Unit，MCU）、光通信單元五大部分，激光器從變電站中發(fā)射出1 550 nm 激光經(jīng)過(guò)現(xiàn)有已鋪設(shè)好的光纖復(fù)合架空地線（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）電力光纜中的一根閑置單模光纖將光能量傳輸?shù)桨惭b在桿塔上的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)中的光電池上，光電池將光能量進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換為電能量輸出給能量管理單元，能量管理單元對(duì)電能量進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化供應(yīng)給氣象傳感器、MCU、光通信單元，MCU 將采集到的氣象傳感器傳感信息經(jīng)過(guò)光通信模塊通過(guò)OPGW 電力光纜中的另一根閑置單模光纖將1 310 nm 光信息回傳給變電站中的光通信單元，進(jìn)而傳遞給監(jiān)測(cè)主機(jī)進(jìn)行分析處理顯示。其中，電力光纜直接采用電網(wǎng)公司已鋪設(shè)好的OPGW 光纜，光纖使用OPGW 光纜中閑置的單模光纖，大大降低監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝復(fù)雜度，節(jié)約施工成本，便于快速安裝及后期維護(hù)。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

如果需要在距離較長(zhǎng)的輸電線路安裝多個(gè)監(jiān)測(cè)裝置，需要采用圖2 所示的方案，使用分光器對(duì)光能量進(jìn)行分配，由于激光遠(yuǎn)距離傳輸存在損耗，所以距離變電站較近的桿塔分配的光能量相對(duì)變電站較遠(yuǎn)的桿塔分配的光能量百分比更小，按照不同百分比分配激光能量給每一個(gè)監(jiān)測(cè)裝置，從而保證多個(gè)監(jiān)測(cè)裝置都能正常供能。

圖2 多監(jiān)測(cè)裝置方案

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

架空線路氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括多個(gè)硬件組成單元，以下重點(diǎn)介紹能量管理單元電路、微處理器及外圍接口電路、氣象傳感器檢測(cè)電路、光通信單元電路等核心單元。

2.1 能量管理單元電路

在本系統(tǒng)中，所有的能量供應(yīng)均由光纖完成。光纖傳能原理是電光轉(zhuǎn)換、光功率傳輸以及光電轉(zhuǎn)換3部分。通過(guò)激光器發(fā)射一定功率密度的激光，將激光注入光纖中進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，經(jīng)光纖耦合輸出后打到光電池表面，使光能轉(zhuǎn)換為電能輸出，并供給傳感器系統(tǒng)工作。

變電站中的激光能量通過(guò)光纖傳輸?shù)綏U塔上的氣象監(jiān)測(cè)終端，激光能量被銦鎵砷（InGaAs）光電池轉(zhuǎn)換為電能輸出，其原理為半導(dǎo)體材料的光生伏特效應(yīng)，具體為光照使不均勻半導(dǎo)體或均勻半導(dǎo)體PN結(jié)中電子和空穴在空間分開(kāi)而產(chǎn)生電位差。當(dāng)照射的光子能量大于帶隙能量的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。光電池可以當(dāng)作一個(gè)電流源，光照度的大小影響了輸出電流的大小。

能量管理單元主要由低壓差線性穩(wěn)壓器（Low Dropout Regulator，LDO）、升壓型DC/DC 變換器、存儲(chǔ)介質(zhì)3 部分組成，結(jié)構(gòu)如圖3 所示。小規(guī)模的儲(chǔ)能技術(shù)只有電化學(xué)儲(chǔ)能（電池）和超級(jí)電容器儲(chǔ)能。電池包含鋰電池及蓄電池，電池的優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，使得負(fù)載在斷電后能持續(xù)工作數(shù)小時(shí)至數(shù)十小時(shí)，但功率密度較小，難以滿足具有瞬時(shí)功率特性的監(jiān)測(cè)設(shè)備，且壽命有限，需要定期維護(hù)。因此考慮到電化學(xué)儲(chǔ)能器件的循環(huán)壽命次數(shù)和微能量存儲(chǔ)的特殊性，本系統(tǒng)擬采用電容器進(jìn)行儲(chǔ)能。電容器儲(chǔ)存電能能量，若平均功率為100 mW 的負(fù)載工作10 s，其能量為1 J，輸出電壓一般為5 V，需要電容量達(dá)到約為0.08 F，傳統(tǒng)電容器遠(yuǎn)達(dá)不到計(jì)算的電容量要求，因此本系統(tǒng)采用超級(jí)電容器作為存儲(chǔ)介質(zhì)，超級(jí)電容屬于雙電層電容器，超級(jí)電容的容量比通常的電容器大得多，同時(shí)自身?yè)p耗和漏電流也較大。超級(jí)電容的充放電電路簡(jiǎn)單，可快速充放電，且具有瞬時(shí)大功率特性，功率密度高，其與光電池并聯(lián)，存儲(chǔ)介質(zhì)接LDO 輸入端，LDO 對(duì)光電池及存儲(chǔ)介質(zhì)輸出的能量進(jìn)行降壓處理，輸出+3.3V 電壓為后續(xù)微處理器、光通信單元、氣象傳感器中的溫濕度、氣壓、光強(qiáng)傳感器供電；存儲(chǔ)介質(zhì)接DC/DC 變換器輸入端，DC/DC 變換器輸出+5 V 電壓為氣象傳感器中的風(fēng)速、風(fēng)向傳感器供電。

圖3 能量管理單元結(jié)構(gòu)

能量存儲(chǔ)管理單元采用BQ25505芯片來(lái)管理充放電。BQ25505 是全新智能化的能量采集以及超低功耗管理芯片，專門(mén)設(shè)計(jì)用于高效地獲取并管理從諸如光伏或熱電發(fā)生器（Thermoelectric generator，TEG）等多種不同直流源產(chǎn)生的微瓦至毫瓦級(jí)的電能。作為一款效率較高的DC/DC 升壓充電器，BQ25505 特別滿足超低功耗應(yīng)用的特殊需求。該芯片功耗超低，靜態(tài)電流僅為325 nA，能夠在輸入電壓低至330 mV 時(shí)冷啟動(dòng)，并且一旦啟動(dòng)，即使在輸入電壓低至100 mV 時(shí)仍能繼續(xù)采集能量。由于一節(jié)光電池的輸出電壓是低于3 V的，而本系統(tǒng)所需要的供電電壓至少為5 V，所以還需要做一個(gè)升壓操作。

升壓電路中，所使用的IC 為SX1308。SX1308 是一款常用的貼片升壓IC，采用SOT23-6封裝，其輸入電壓范圍為2～24 V，輸出電壓最高可達(dá)28 V，輸出電流最大為2 A。該升壓IC 的內(nèi)部振蕩頻率可達(dá)1.2 MHz，并且?guī)в羞^(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電路。

LDO 部分采用TPS70933 芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，TPS709系列線性穩(wěn)壓器是設(shè)計(jì)用于功耗敏感類應(yīng)用的超低靜態(tài)電流器件。一個(gè)精密帶隙和誤差放大器在溫度范圍內(nèi)的精度為2%。只有1 μA 的靜態(tài)電流使得此器件成為由電池供電、要求非常小閑置狀態(tài)功率耗散的常開(kāi)系統(tǒng)的理想解決方案。為了增加安全性，該器件還具有熱關(guān)斷、電流限制和反向電流保護(hù)功能。關(guān)斷模式通過(guò)將EN 引腳拉為低電平進(jìn)行使能，該模式的關(guān)斷電流低至150 nA（典型值）。

因此，上述電壓變換芯片的選型均滿足本套系統(tǒng)所需要的超低功耗、高轉(zhuǎn)化效率、高精度應(yīng)用的需求。

2.2 微處理器及外圍接口電路

系統(tǒng)采用MSP430G2553 單片機(jī)作為微處理器，MSP430G2553 是一款具有精簡(jiǎn)指令集（RISC）的混合信號(hào)處理器，具有外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、低功耗、體積小等優(yōu)點(diǎn)。微處理器的外圍電路如圖4 所示，包含有復(fù)位電路、串口電路、仿真電路。單片機(jī)供電電壓為3.3V，通過(guò)復(fù)位按鍵實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，通過(guò)仿真接口進(jìn)行程序下載及仿真調(diào)試。晶振采用單片機(jī)內(nèi)部晶振，為了降低系統(tǒng)功耗，時(shí)鐘主頻設(shè)置為1 MHz。該單片機(jī)有直插式及貼片式封裝，為了縮小電路板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間，故采用貼片式單片機(jī)。

圖4 微處理器及外圍接口電路

2.3 氣象傳感器檢測(cè)電路

氣象傳感器包括溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向等幾種不同類型的傳感器，其中單片機(jī)通過(guò)I2C 通信協(xié)議采集溫度、濕度、氣壓傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，風(fēng)速、風(fēng)向傳感器數(shù)據(jù)采用內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行采集。

溫濕度傳感器采用SHTC3 芯片制作，SHTC3是一款低功耗溫濕度傳感器，該器件比前代產(chǎn)品具有更寬電源電壓范圍（1.62～3.6 V）和更高精度（±2%RH、±0.2 °C），實(shí)現(xiàn)了更大的靈活性。該器件專門(mén)針對(duì)消費(fèi)類電子設(shè)備行業(yè)，在小巧的外形（2 mm×2 mm×0.75 mm）和高魯棒性之間達(dá)到了最佳平衡并易于處理，同時(shí)極具性價(jià)比吸引力，通信方式是I2C，可以檢測(cè)-40～125 ℃的溫度范圍和0～100%RH的濕度范圍。

氣壓傳感器采用MS5611-01BA03-50 芯片制作，MS5611-01BA03-50 是一種高分辨率數(shù)字壓力傳感器，具有超低功耗特性，MS5611-01BA 是由壓阻傳感器和傳感器接口組成的集成電路，主要功能是把測(cè)得未得補(bǔ)償模擬氣壓值經(jīng)模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成24位的數(shù)字值輸出，同時(shí)也可以輸出一個(gè)24位的數(shù)字溫度值，高度測(cè)量最大分辨率10 cm，MS5611-01BA 支持SPI和I2C 通信，可以通過(guò)上拉PS引腳（Protocol Select）選擇I2C 協(xié)議，下拉則選擇SPI協(xié)議，MS5611-01BA 的I2C 地址為111011Cx，其中C為CSB 引腳的補(bǔ)碼值（取反）。因?yàn)閭鞲衅鲀?nèi)并沒(méi)有微控制器，所有I2C的命令和SPI是相同的。

風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器內(nèi)部為一只固定的干簧管和隨風(fēng)杯旋轉(zhuǎn)的磁鐵，測(cè)量?jī)x器按照干簧管每分鐘吸合的次數(shù)來(lái)計(jì)算風(fēng)速，風(fēng)向傳感器內(nèi)部是一個(gè)360°的滑線電阻器，旋轉(zhuǎn)臂就固定在隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)擺上。不同的風(fēng)向?qū)?yīng)不同的電阻值，測(cè)量電阻就可以知道風(fēng)向。因此，風(fēng)速風(fēng)向傳感器采用+5 V供電模擬電壓輸出型風(fēng)杯式傳感器，目前常見(jiàn)的風(fēng)速風(fēng)向傳感器供電電壓多采用+12 V 供電串口型，其功耗遠(yuǎn)超+5 V供電的風(fēng)速風(fēng)向傳感器，不符合本系統(tǒng)需求。

本系統(tǒng)通過(guò)使用MSP430G2553單片機(jī)自帶的模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換功能采集風(fēng)速風(fēng)向輸出電壓值，通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換為風(fēng)速風(fēng)向值，為了保證MSP430G2553單片機(jī)精準(zhǔn)讀取數(shù)據(jù)，使用MSP430G2553 單片機(jī)內(nèi)部的參考電壓通道作為風(fēng)速風(fēng)向模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換的參考電壓，其不會(huì)受到外界供電源波動(dòng)的影響，相比于將外部供電源作為參考電壓，采集精度更高。MSP430G2553單片機(jī)供電系統(tǒng)采用+3.3 V供電，風(fēng)速風(fēng)向傳感器采用+5 V供電，因此采用分壓電阻法對(duì)兩者進(jìn)行電壓匹配。氣象傳感器檢測(cè)電路如圖5所示。

圖5 氣象傳感器檢測(cè)電路硬件設(shè)計(jì)

2.4 光通信單元電路

本系統(tǒng)采用光纖通信的方式進(jìn)行信息傳輸，位于桿塔上的發(fā)射端與位于變電站中的接收端均使用一種能雙纖工作的光收發(fā)一體的模塊，該模塊的發(fā)射部分的工作原理是將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TTL 電平，經(jīng)過(guò)激光調(diào)制器調(diào)制后，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器發(fā)射出攜帶數(shù)據(jù)信息的調(diào)制光信號(hào)，為了使激光器驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)部分一般還具有溫度補(bǔ)償電路及自動(dòng)功率控制（Automatic Power Control，APC）電路。接收部分的工作原理是將接收到的光信號(hào)通過(guò)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，隨后經(jīng)過(guò)前置放大器進(jìn)行信號(hào)放大處理，再通過(guò)低通濾波器及限幅放大器，最終輸出TTL電平信號(hào)。此外，接收部分還具備對(duì)光信號(hào)有無(wú)的檢測(cè)能力，當(dāng)接收光路有光信號(hào)輸入時(shí)，將由指示管腳輸出高電平，當(dāng)接收光路無(wú)光信號(hào)輸入時(shí)，將由指示管腳輸出低電平。

光通信單元電路選用3.3 V 供電的TTL 型電光/光電轉(zhuǎn)換光模塊，本系統(tǒng)需要使用光纖供能轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)的電能進(jìn)行供電，因?yàn)楣饫w供能的能量較微弱，因此需要盡可能降低通信模塊的功耗來(lái)盡可能多的為存儲(chǔ)介質(zhì)儲(chǔ)能，故該模塊滿足本系統(tǒng)需求。該光模塊傳輸速率低，上限速率可選，最高可達(dá)2 Mbit/s，適用于2 Mbit/s 以下的電力控制和工業(yè)控制的RS232、RS485 型光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，本系統(tǒng)所采集的各類氣象信息所占用的數(shù)據(jù)量均小于2 個(gè)字節(jié)，因此滿足本系統(tǒng)的信息傳輸速率帶寬要求。發(fā)射器件工作波長(zhǎng)可分別選用1 310 nm 法布里-珀羅（Fabry-perot，F(xiàn)P）和1 550 nm FP 激光器，滿足光在光纖中遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊?，能保證桿塔到變電站兩者之間遠(yuǎn)距離傳感信息穩(wěn)定傳輸。

其接口電路如圖6 所示。單片機(jī)串口與光通信單元的TXD 及RXD 連接，外接3.3 V 供電，傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)20 km，采用單模雙纖FC插拔式接口。

圖6 光通信單元電路

使用1 km 電力光纜進(jìn)行測(cè)試，發(fā)送端和接收端均使用USB 轉(zhuǎn)TTL 串口助手進(jìn)行模擬桿塔上的節(jié)點(diǎn)往變電站中監(jiān)測(cè)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，桿塔上節(jié)點(diǎn)發(fā)送2.3；123；1013.1；23.1；45，變電站接收到2.3；123；1013.1；23.1；45，未出現(xiàn)丟包，包內(nèi)數(shù)據(jù)表示風(fēng)速2.3 m/s，風(fēng)向123°，氣壓1 013.1 hPa，溫度23.1 ℃，濕度45%RH。測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

圖7 光通信單元電路測(cè)試圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

IAR Systems是全球領(lǐng)先的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具和服務(wù)的供應(yīng)商。提供的產(chǎn)品和服務(wù)涉及嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和測(cè)試的每一個(gè)階段，包括帶有C/C++編譯器和調(diào)試器的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和中間件、開(kāi)發(fā)套件、硬件仿真器以及狀態(tài)機(jī)建模工具。本系統(tǒng)軟件系統(tǒng)依托IAR For MSP430軟件，采用C 語(yǔ)言進(jìn)行編程，通過(guò)仿真接口進(jìn)行下載和調(diào)試。主要程序流程如圖8 所示。由圖8 可知，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，隨后MCU 檢測(cè)超級(jí)電容兩端供電電壓是否滿足正常工作需求，如果滿足，MCU對(duì)氣象傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并通過(guò)光通信模塊進(jìn)行信息回傳，回傳完成后結(jié)束本次工作任務(wù)，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，此后周期性喚醒循環(huán)監(jiān)測(cè)；如果不滿足，整體系統(tǒng)進(jìn)入休眠模式，間隔一定時(shí)間檢測(cè)供電是否滿足需求。本系統(tǒng)通過(guò)在軟件中選擇Simulator 進(jìn)行一些邏輯及一般運(yùn)算程序調(diào)試，通過(guò)邏輯分析儀觀察I2C 接口型傳感器的傳輸特性。使用仿真器進(jìn)行硬件仿真可以進(jìn)行實(shí)物單步現(xiàn)象調(diào)試，觀察每一步與流程圖功能是否對(duì)應(yīng)，進(jìn)而做出相應(yīng)的改動(dòng)調(diào)整。

圖8 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程

4 系統(tǒng)測(cè)試

選取某110 kV架空輸電線路對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行安裝調(diào)試，輸電線路桿塔上安裝兩套裝置，每套裝置所采集的傳感信息為溫濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向，所采用的OPGW光纜單纖雙向平均衰減系數(shù)（1 550 nm/1 310 nm）分別為0.21 dB/km 及0.35 dB/km，其中變電站距離桿塔1 的距離為1 km，距離桿塔2 為9 km，兩套裝置分別安裝在兩根桿塔上，實(shí)驗(yàn)條件如表1 所示，測(cè)試結(jié)果如表2 所示。從表2 可以得出，架空輸電線路氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以通過(guò)電力光纜穩(wěn)定供能，并周期性采集回傳傳感數(shù)據(jù)。

表1 試驗(yàn)條件

表2 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

本方案與常規(guī)在線氣象監(jiān)測(cè)方案相比，每個(gè)監(jiān)測(cè)裝置無(wú)須辦理運(yùn)營(yíng)商的流量卡套餐，由于使用超級(jí)電容作為本系統(tǒng)的存儲(chǔ)介質(zhì)，超級(jí)電容的充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)50 萬(wàn)次，而常規(guī)在線氣象監(jiān)測(cè)方案所使用的蓄電池多為鋰電池，一般不超過(guò)1 000 次，鋰電池的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于超級(jí)電容的價(jià)格，常規(guī)的在線氣象監(jiān)測(cè)方案一般壽命在2～3年，本方案按照10 min回傳一次數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)裝置可用9 年，大大節(jié)約后期裝置維護(hù)成本。

5 結(jié)語(yǔ)

提出一種基于光纖供能技術(shù)的架空輸電線路氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)電網(wǎng)公司已鋪設(shè)好的OPGW 電力復(fù)合光纜中的一根單模光纖為氣象監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)供能，并通過(guò)另一根單模光纖將傳感器信息回傳分析，從供能及通信兩個(gè)方面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便實(shí)用，可靠性強(qiáng)，能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，數(shù)據(jù)傳輸安全可靠，為光纖傳能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了參考，氣象傳感信息的獲取分析也為后續(xù)覆冰、大風(fēng)觀測(cè)等監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)支撐。