输电线路作为整个电力系统的大动脉,其可靠性和稳定性决定了电力系统的整体性能。为提升输电线路检修维护管理水平,完成智能电网建设要求,一套功能完善、性能可靠的在线监测系统是必不可少的，其运行的安全性直接关系到电力系统的运行安全。随着输电线路监测的信息量越来越大,对于通信系统的要求也越来越高,例如系统的可用性、稳定性、安全性、健壮性、以及自主可控性等都是重要的考量因素。因此研究适用于输电线路信息传输的通信技术与方案具有重要战略意义和现实价值。
图：架空输电线路
1.通信技术选择
WAPI是我国自主知识产权的无线局域网安全技术，也是中国无线局域网国家标准中规范的安全技术。WAPI采用三元对等双向鉴别的安全机制，能有效解决网络安全中普遍存在的访问控制和安全接入问题，实现了终端用户、接入点AP、以及鉴别服务器AS三者之间真正的双向身份鉴别，在防范非法接入、中间人攻击、钓鱼AP/伪基站等方面具有明显的优势，部署灵活，非常适用于输电线路场景覆盖。
2.方案总体设计
整体系统的组网架构如下图示意：
图：输电线路WAPI系统组网架构示意图
铁塔上部署WAPI终端、WAPI中继设备，铁塔间通过WAPI中继设备保持WAPI无线链路畅通，各级铁塔上的WAPI终端通过WAPI网络实时回传数据。每隔N级铁塔，设置一个回传点，通过融合回传网关进行远距离数据回传。
3.设备构成
本方案用于在输电线路上（铁塔间）通过安全无线局域网WAPI技术，构建一条多跳无线级联的实时通信可信WLAN通道，让输电线路上的数据可以实时回传或下发。本方案包含融合回传网关、WAPI中继设备、WAPI监测终端等。
融合回传网关主要包含：北向回传模块、南向WAPI模块。其中北向回传模块可以根据需要选用光纤、专网、或4G/5G等方式，用于将输电线路上通过WAPI网络传输汇聚过来的数据，再远距离回传到电力数据中心服务器；南向WAPI无线模块用于向下一级铁塔做南向WAPI无线覆盖，让下一级铁塔上的WAPI中继可以接入，进而打通通信链路。
图：融合回传网关
WAPI中继设备由WAPI无线覆盖接入模块、WAPI无线级联模块等组成。前者用于覆盖本铁塔，以便于本铁塔上的WAPI监测终端设备接入；后者用于衔接上一级铁塔和下一级铁塔，并在铁塔与铁塔之间构建起一条输电线路上的WAPI无线级联通道，用来实时传输输电线路上WAPI监测终端数据或下行指令数据。另外，WAPI中继设备还可以在多个铁塔间实现无线冗余备份，一旦某个铁塔上的WAPI中继设备无法正常工作，可以暂时跳过该铁塔，继续保持输电线路上WAPI网络畅通。
图：WAPI中继设备
WAPI监测终端指输电线路上的各类监测传感器设备，包括摄像头、倾斜传感器、舞动传感器、气象传感器等等。监测终端采用WAPI无线通信协议，接入输电线路上的WAPI中继设备上，将采集到的数据通过铁塔间构筑的WAPI网络通道上传到数据中台。
4.工作机制
- 单一铁塔上的WAPI设备及网络架构：除融合回传网关所在的铁塔（铁塔一）外，其它每座铁塔上，都部署各类WAPI监测终端和1台WAPI中继设备（用于向下一个铁塔做WAPI覆盖、本塔WAPI监测终端接入、以及向上一级铁塔保持WAPI连接）。
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图：单一铁塔WAPI网络示意图
- 相邻铁塔上的WAPI网络架构：如前所述，除融合回传网关所在的铁塔（铁塔一）外，其它每座铁塔上的部署都类似，相邻铁塔之间通过WAPI多跳无线级联的方式，构建起了完整的输电线路WAPI通信网络。
图：相邻铁塔WAPI网络示意图
5.部署方式
6.输电线路终端
目前常见的输电线路终端包括传统终端和智能终端两种。传统终端指能实现基本继电保护功能的终端;智能终端指具有强大的数据采集、处理、传输和控制功能，能够实现线路运行监测、故障诊断和远程操作等高级应用的终端。
6.1 传统终端的应用
传统终端主要用于线路的继电保护、故障检测和信号传输等基本功能。它通过采集线路电压、电流等信号，对电力系统的运行状态进行监测和分析，及时发现线路故障并采取保护措施，保障电力系统的安全稳定运行。
6.2 智能终端的应用
随着电力系统对信息化和智能化的要求不断提高，智能终端是发展趋势。智能终端通常具有以下功能和特点：
- 数据采集和处理功能：智能终端能够采集线路电压、电流、温度等多种数据，通过内置的处理器和算法实现数据的分析、统计和预测，帮助电力系统进行线路的健康评估和故障诊断。
- 远程操作和控制功能：智能终端具备远程操作和控制功能，可以实现对线路设备的远程开关、分合闸、重合闸等操作，避免了人员现场操作带来的危险和不便。
- 通信和联网功能：智能终端能够通过无线或有线方式与上级系统进行通信和数据互换，形成网络化的电力系统，实现对电力设备和线路的远程监控和控制。
本方案中，通过集成WAPI模组让智能终端具备了无线通信能力，并接入输电线路的WAPI网络中，实时与网络侧服务器实现数据交互，实现了输电线路的数字化、智能化升级。
图：WAPI助力输电线路实现数字化在线监测
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