随着特高压电网的广泛兴建,输电线路的运行管理越来越复杂,导线舞动事故的发生也日益频繁。舞动常引起导线断股、断线、金具严重磨损、脱落、杆塔倾倒、线路跳闸等严重事故,容易造成电网大面积停电,给电网运行造成重大经济损失。为了及时掌握架空输电线路导线的运动变化情况,须在易发生舞动区域相关线路上部署导线舞动检测仪,实时采集导线舞动数据。通过输电线路舞动检测仪检测数据,对重要线路,特殊线路的导线舞动现象进行实时监测,为线路巡检人员提供输电线路运行信息。由于特高压输电线路的相邻铁塔之间档距较长,舞动检测仪却需要均匀安装在档距之间,为便于施工人员安装,保证检测仪的检测准确度,舞动检测仪的电池容量受到极大限制,因此具有无线传输、超低功耗特点的物联网技术被广泛应用于电力设备的监测中。
目前,常用的舞动监测方法主要有基于位移传感器、加速度传感器的导线舞动监测装置,传统的基于差分GPS的输电线路舞动监测方法,基于无线GSM传输模块的导线舞动信息数据的监测系统,还有基于视频分析技术的导线舞动在线监测系统,或者采用分布式光纤传感器测得线路动态;参考文献“ 黄新波 ,赵隆 ,周柯宏等 .采用惯性传感器的输电导线舞动监测系统[J] .高电压技术 .2014 ,05(05):1312-1319”中,对舞动监测系统的硬件设计和舞动定位算法进行了详细分析,提出一种惯性传感器的输电导线舞动监测系统。
经市场调研发现,现存的舞动检测仪存在以下诸多不足之处,比如检测仪电源供给不稳定,系统功耗高,往往三年左右就需要更换电池,造成巡检人员劳动强度高,现场安装施工成本高;检测仪本身重量大,对导线连接处有磨损;舞动检测仪采集精度不够,只采集XY轴方向的数据;舞动检测仪数据采集、传输过程中数据没有加密,无法接入电力专网,存在数据安全风险问题。近几年随着电力物联网的推广,对设备的功耗、数据采集精度、数据安全等要求更加严格,具体为:对设备的功耗提出更高要求,使用寿命要求提高到十年以上,因此必须进行低功耗设计;对数据精度提出新的要求,要求导线舞动数据需要采集Z轴方向;检测仪的采集数据必须进行加密处理,才可以接入电力专网。因此,本领域亟需一种新型舞动检测仪以解决上述问题。
本文介绍一种适用于特高压导线的舞动检测仪,在保持低功耗的同时还能够提高数据采集精度和数据安全性。方案如下:
适用于特高压导线的舞动检测仪,所述检测仪包括STM32L5主芯片、MEMS加速度传感器、加密芯片和SemtechLoRa芯片;MEMS加速度传感器、加密芯片和所述SemtechLoRa芯片均与所述STM32L5主芯片连接;STM32L5主芯片用于发送采集指令给所述MEMS加速度传感器,以使MEMS加速度传感器根据所述采集指令采集导线在XYZ三个方向上的加速度和角加速度;STM32L5主芯片还用于对MEMS加速度传感器采集的导线在XYZ三个方向上的加速度和角加速度进行处理,得出舞动的振幅和频率;加密芯片用于对STM32L5主芯片发送的振幅和频率进行加密,并将加密后的振幅和频率发送至STM32L5主芯片;SemtechLoRa芯片用于接收STM32L5主芯片发送的加密后的振幅和频率,并将加密后的振幅和频率发送至数据接收基站。
高能胶体电池与电源转换芯片连接;电源转换芯片分别与STM32L5主芯片、MEMS加速度传感器、加密芯片和Semtech LoRa芯片连接;所高能胶体电池通过电源转换芯片分别为STM32L5主芯片、MEMS加速度传感器、加密芯片和Semtech LoRa芯片供电。
加密芯片的型号为NRSEC3000,安全芯片NRSEC3000采用32位嵌入式RISC架构的CPU。特点是低功耗、高性能、高代码密度,具有独立的存储器保护单元(mpu)和存储器加密单元(meu),是高性能、低功耗、具有丰富的内部协处理器和对外接口的安全芯片。
芯片内部实现了国家商用密码产品所需的SM2和SM1算法专用加密模块、DES/3DES加密模块和RSA公钥算法引擎。另外,芯片提供32位硬件加密处理器,可用于实现公钥算法,摘要算法以及AESDES等对称算法。芯片内嵌32位真随机数发生器TRNG,可满足COS开发者的密码学应用,可节约软件开销,提高软件实现效率。
下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
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原文标题:安全加密芯片NRSEC3000应用于特高压导线的舞动检测仪
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