安全加密芯片NRSEC3000應用于特高壓導線的舞動檢測儀介紹

隨著特高壓電網的廣泛興建，輸電線路的運行管理越來越復雜，導線舞動事故的發生也日益頻繁。舞動常引起導線斷股、斷線、金具嚴重磨損、脫落、桿塔傾倒、線路跳閘等嚴重事故，容易造成電網大面積停電，給電網運行造成重大經濟損失。為了及時掌握架空輸電線路導線的運動變化情況，須在易發生舞動區域相關線路上部署導線舞動檢測儀，實時采集導線舞動數據。通過輸電線路舞動檢測儀檢測數據，對重要線路，特殊線路的導線舞動現象進行實時監測，為線路巡檢人員提供輸電線路運行信息。由于特高壓輸電線路的相鄰鐵塔之間檔距較長，舞動檢測儀卻需要均勻安裝在檔距之間，為便于施工人員安裝，保證檢測儀的檢測準確度，舞動檢測儀的電池容量受到極大限制，因此具有無線傳輸、超低功耗特點的物聯網技術被廣泛應用于電力設備的監測中。

目前，常用的舞動監測方法主要有基于位移傳感器、加速度傳感器的導線舞動監測裝置，傳統的基于差分GPS的輸電線路舞動監測方法，基于無線GSM傳輸模塊的導線舞動信息數據的監測系統，還有基于視頻分析技術的導線舞動在線監測系統，或者采用分布式光纖傳感器測得線路動態；參考文獻“ 黃新波 ,趙隆 ,周柯宏等 .采用慣性傳感器的輸電導線舞動監測系統[J] .高電壓技術 .2014 ,05(05):1312-1319”中，對舞動監測系統的硬件設計和舞動定位算法進行了詳細分析，提出一種慣性傳感器的輸電導線舞動監測系統。



經市場調研發現，現存的舞動檢測儀存在以下諸多不足之處，比如檢測儀電源供給不穩定，系統功耗高，往往三年左右就需要更換電池，造成巡檢人員勞動強度高，現場安裝施工成本高；檢測儀本身重量大，對導線連接處有磨損；舞動檢測儀采集精度不夠，只采集XY軸方向的數據；舞動檢測儀數據采集、傳輸過程中數據沒有加密，無法接入電力專網，存在數據安全風險問題。近幾年隨著電力物聯網的推廣，對設備的功耗、數據采集精度、數據安全等要求更加嚴格，具體為：對設備的功耗提出更高要求，使用壽命要求提高到十年以上，因此必須進行低功耗設計；對數據精度提出新的要求，要求導線舞動數據需要采集Z軸方向；檢測儀的采集數據必須進行加密處理，才可以接入電力專網。因此，本領域亟需一種新型舞動檢測儀以解決上述問題。

本文介紹一種適用于特高壓導線的舞動檢測儀，在保持低功耗的同時還能夠提高數據采集精度和數據安全性。方案如下：

適用于特高壓導線的舞動檢測儀，所述檢測儀包括STM32L5主芯片、MEMS加速度傳感器、加密芯片和SemtechLoRa芯片；MEMS加速度傳感器、加密芯片和所述SemtechLoRa芯片均與所述STM32L5主芯片連接；STM32L5主芯片用于發送采集指令給所述MEMS加速度傳感器，以使MEMS加速度傳感器根據所述采集指令采集導線在XYZ三個方向上的加速度和角加速度；STM32L5主芯片還用于對MEMS加速度傳感器采集的導線在XYZ三個方向上的加速度和角加速度進行處理，得出舞動的振幅和頻率；加密芯片用于對STM32L5主芯片發送的振幅和頻率進行加密，并將加密后的振幅和頻率發送至STM32L5主芯片；SemtechLoRa芯片用于接收STM32L5主芯片發送的加密后的振幅和頻率，并將加密后的振幅和頻率發送至數據接收基站。

高能膠體電池與電源轉換芯片連接；電源轉換芯片分別與STM32L5主芯片、MEMS加速度傳感器、加密芯片和Semtech LoRa芯片連接；所高能膠體電池通過電源轉換芯片分別為STM32L5主芯片、MEMS加速度傳感器、加密芯片和Semtech LoRa芯片供電。

加密芯片的型號為NRSEC3000，安全芯片NRSEC3000采用32位嵌入式RISC架構的CPU。特點是低功耗、高性能、高代碼密度，具有獨立的存儲器保護單元（mpu）和存儲器加密單元（meu），是高性能、低功耗、具有豐富的內部協處理器和對外接口的安全芯片。

芯片內部實現了國家商用密碼產品所需的SM2和SM1算法專用加密模塊、DES/3DES加密模塊和RSA公鑰算法引擎。另外，芯片提供32位硬件加密處理器，可用于實現公鑰算法，摘要算法以及AESDES等對稱算法。芯片內嵌32位真隨機數發生器TRNG，可滿足COS開發者的密碼學應用，可節約軟件開銷，提高軟件實現效率。

下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。