CN101038186A

CN101038186A - 一种对输电线路覆冰及舞动的在线预警装置

Info

Publication number: CN101038186A
Application number: CN 200610091387
Authority: CN
Inventors: 伊仁图太
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-10
Filing date: 2006-06-10
Publication date: 2007-09-19

Abstract

本发明公开了一种输电线路覆冰及舞动在线预警装置。由数据采集终端、无线通信基站和专家分析装置三部分组成，其数据采集终端包括太阳能电池板给蓄电池充电，绝缘子采集信号依次输入给各传感器、预处理单元、中央数据处理单元、无线通信基站的发送接收单元，发送无线通信装置，发送接收单元，专家分析装置的计算机。具有结组合理，使用方便，通过无线接力、GSM、CDMA网络对数据进行传输，并根据专家分析装置综合各种参数现场图像、温度、湿度、风速、风向及导线的重力和舞动幅度参数了解线路安全。对超标输电线路及时报警，指导检修和防治。可测50－20000Hz信号；功耗3mA；可节约人力、物力和时间，广泛用于高压输电线路上。

Description

一种对输电线路覆冰及舞动的在线预警装置

技术领域

本发明涉及高压供电电力监测，特别适用于输电线路覆冰及舞动的在线预警装置。

背景技术

无论在山区或平原地区，春、冬季节输电线路的导线都会产生覆冰现象，及其在风力的作用下舞动，对高压输电线路造成了很大的破坏作用，致使冰灾事故频频发生，如冰闪、导线鞭击、杆塔倾斜，甚至杆塔倾倒导线接地等等，严重威胁着电力装置的安全运行。

输电线路的导线覆冰是在特定的自然环境条件下才能形成，经相关单位的长期研究和试验，可以总结出以下结论：当空气的温度和湿度各达到一定的条件下才可能形成覆冰，且风速和风向不同，形成覆冰的速度各不相同，一般为风向和导线走向越接近垂直时风速越快，形成覆冰的速度就越快；当温度和湿度满足条件以后，形成覆冰的量决定于风速，当为无风或微风时，只能形成极薄的冰，当风速达到一定速度之后，导线上的覆冰才会越积越厚，并在风力的作用下导线作旋转运动形成扁凌型覆冰，且越积越厚，最终形成锯齿状覆冰，此时就极容易出现冰闪、风鞭、甚至杆塔倾斜倒塌接地等事故！

发明内容

本发明的目的是提供一种结构合理，使用方便，能够对高压运行中的线路进行在线、有效的监测现场温度、湿度、风速、风向及导线的重力和舞动幅度参数和现场图像等，对超标输电线路及时进行多种方式报警，指导检修和防治的一种对输电线路覆冰及舞动的在线预警装置。

实现发明目的的技术方案是这样解决的：输电线路覆冰及舞动在线预警装置，由数据采集终端、无线通信基站和专家分析装置叁部分组成，其本发明的显著进步在于所述的数据采集终端包括太阳能电池板给蓄电池充电，采集信号输入给传感器，传感器的信号输出给预处理单元，预处理单元将信号又输出给中央数据处理单元，中央数据处理单元将信号再输出给无线通信基站的发送接收单元，发送接收单元将信号发送给无线通信装置，无线通信装置又将信号发送给发送接收单元，发送接收单元的信号再输给专家分析装置的计算机。专家分析系统采用趋势分析等技术，结合现场返回的数据信息和图像信息，定性的分析线路的运行情况，定量的推算出浮冰的厚度，以三维地理信息系统(GIS)为基础平台，实现面向输电线路的交互式可视化管理，三维场景下的信息查询和分析，实现面向输电线路交互式、数字化的电网在线状态安全评估。

本发明创造与现有技术相比，具有结构合理，使用方便，能够对高压运行中的线路进行在线、有效的监测现场温度、湿度、风速、风向及导线的重力和舞动幅度参数和现场图像等，装置通过无线接力、GSM网络对数据进行传输，CDMA传输现场的图像信息，并根据专家分析装置综合各种现场参数运用人工智能、模糊数学、近似推理等方法得出覆冰程度及发展趋势，并及时了解运行线路的安全、可靠状况。对超标输电线路及时进行多种方式报警，指导检修和防治。可结合卫星云图、调度自动化系统等，以三维地理信息系统(GIS)为基础平台，实现面向输电线路的交互式可视化管理，三维场景下的信息查询和分析，同时采用标准的、公共的数据接口，可解析不同厂家监测设备提供的标准数据，为运行线路实现状态检修提供科学的依据。将大大降低运行输电线路维护的工作量及危险性。采用本发明创造技术方案可节约人力、物力和时间，可避免造成大面停电，为安全输电提供了有力措施。广泛用于高压输电线路上。技术指标为：

1、适用范围

◆110KV-1000KV的输电线路覆冰(雪)的在线状态监测及预警

2、数据采集装置

◆抗干扰：防电磁、防水、防雷击；

◆频带宽：可测50-20000Hz的信号；

◆低功耗；整机功耗3mA；

◆安装方便：特殊设计，带电安装；

◆不降低绝缘；

◆可测6相；

◆免维护。

3、系统特点

◆针对性强

针对输电线路管理的特点和要求，特殊设计不影响输电线路运行安全的采集传感器，以及便于工程安装的信息采集处理监测终端；

◆交互式可视化管理

可实时对现场设备的运行情、采集的数据信息、图片信息进行查询；控制终端的数据采集、预置位图片的采集、待机、定时开关机、休眠等。

◆三维场景下的查询和分析

监测中心提供实时GIS电子地图，直观的显示现场的运行情况。电子地图的绘制遵循国家电力公司国电安运[1998]223号文关于修订《电力系统污区分布图》的通知中《电力系统污区分布图规定》，同时污区的分级参考了《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准》。

◆扩展性强，可兼容新的功能系统；

现已将GIS电子污区图分布图和气象云图及地理信息系统应用于该系统，并留有多种预留接口，便于以后兼容新的系统功能，比如输电线路盐密在线监测系统、直流绝缘子污秽在线监测系统、输电线路风偏舞动监测系统、接地电阻在线监测系统、输电线路导线温度在线监测系统等；

◆标准化、公共化的数据接口

系统的数据接口是标准化、公共化的，可解析不同厂家提供的标准数据。

◆网络化，支持B/S结构及Web网页查询；

◆多种报警方式。

4、技术参数

◆10kg。重力传感器的精度为10kg。

◆防护等级：IP67。

◆量程范围(单位：t)：0～50。

◆认证：国家衡器委员会安全性认证。

◆灵敏度(％R.O.)0.03。

◆允许过载(％R.O.)150。

◆3mA。装置低功耗，只有3mA

◆30天。在连续阴雨没有阳光的条件下，装置可持续工作30天不断电。

◆太阳能电池输出电压：5.5-7V。

◆温度测量范围：-50℃-+75℃，灵敏度：0.5℃。

◆湿度测量范围：1％-100％，灵敏度：±2％。

◆适用海拔高度：3500m以下。

◆操作装置：Windows9X、WindowsNT、Windows2000等。

◆整机使用寿命：十年以上。

附图说明

图1为本发明结构示意框图；

图2为图1的数据采集终端示意图；

图3重力传感器图；

图4电源转换电路图；

图5数据处理和主控制电路图；

图6时钟电路图。

具体实施方式

附图为本发明的实施例。

下面结合附图对发明内容作进一步说明：

参照图1、图2所示，输电线路覆冰及舞动的在线预警装置，由数据采集终端、无线通信基站和专家分析装置叁部分组成，其所述的数据采集终端包括太阳能电池板1给蓄电池充电2，绝缘子3采集信号输入给传感器4，传感器4的信号输出给预处理单元5，预处理单元5将信号又输出给中央数据处理单元6，中央数据处理单元6将信号再输出给无线通信基站的发送接收单元8，发送接收单元8将信号发送给无线通信装置7，无线通信装置7又将信号发送给发送接收单元9，发送接收单元9的信号再输给专家分析装置的计算机10，铁塔11的绝缘子串与铁塔11连接处安装有重力传感器20、频率震动传感器21、在铁塔11上安装有温湿度传感器18、气压、风速风向传感器15，摄像头14下横梁上安装信号转换保护单元19，所有这些传感器都通过线路连接到信号转换保护单元19再连接到中央数据处理单元6。

重力传感器采用全不锈钢结构设计，具有耐老化、耐腐蚀、抗变形的功能；

图3为重力传感器，重力传感器的连接方法如下：

通过重力传感器20的顶部球头挂环22连接到铁塔11的顶端球头25。重力传感器20，重力传感器所测的信号通过信号输出线23将连接到中央数据处理单元6。

其技术特点如下：

A、剪应力测量方式，可承受拉、压力。输出对称性好，结组紧凑，安装方便，精度高，稳定性好，抗过载能力强。

B、响应时间短，可反映鞭击现象。

C、过载保护、全补偿工艺。

D、抗侧、抗偏载、固有频率高、稳定性好

E、防护等级：IP67。

F、量程范围(单位：t)：0～50。

G、认证：国家衡器委员会安全性认证。

H、灵敏度(％R.O.)0.03。

I、允许过载(％R.O.)150。

震动频率传感器，震动频率传感器连接方式如下所述：

震动频率传感器21的顶部连接到顶部球头25的下面，所采集的信号通过信号屏蔽电缆24连接到中央数据处理单元6

技术特点如下：

A、该震动频率传感器具有耐老化、耐腐蚀、抗变形的功能。

B、该震动频率传感器可返回当前的震动幅度和震动频率。

C、该震动频率传感器采用全密封设计，准确性高，可靠性好。

监测宽角摄像头

A、该摄像头采用特殊结组设计，具有耐老化、耐腐蚀、抗变形的功能；

B、该摄像头视角宽广，可拍摄360度的视角，可全面观测到铁塔及铁塔周围的具体情况；

C、该摄像头采用高分辨率镜头，天气能见度较好拍摄的照片可反映1-2KM以内的线路情况。

D、该摄像设计严格，可在强电磁场的环境下不间断工作；

E、该摄像头将拍摄的图片经屏蔽线传到中央数据处理单元。

由于传感器输出信号十分微弱，在确保抗干扰措施的前提下，必须对信号采取放大，滤波等措施。该装置中采样信号进入微处理装置前，先滤波和限幅，再由数字信号处理器控制进入信号放大环节，根据输入信号幅值对其进行相应倍数的放大。数据采集终端(前端机)由太阳能电池、数据闪烁存储器、MSP430系列的16位微处理器、16位A/D转换器，信号转换保护单元、电源管理电路、看门狗电路、重力传感器、频率震动传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速风向传感器、摄像头、无线通讯模块RS232接口、太阳能电池板充电电路、分机软件以及其他配套电路组成。

数据采集终端功能：

1、采集处理现场温度、湿度、风速、风向及导线的重力和舞动幅度参数和现场图像等参数。

2、以无线接力、GSM/SMS网络等方式与基站装置进行数据通讯

图4为电源转换电路图，集成电路模块IC3的1、2脚短接后接入电容C17的一端负极并接地，集成电路模块IC3的3、4脚短接后接入电容C17的另一端接正极，集成电路模块IC3的5、6、7脚短接后接入滤波电容C19的一端接正极，滤波电容C19的另一端接地。将供电电源转化为装置需要的电压量，为装置提供一个稳定的工作电压，并减少外界干扰对装置的影响。

图5为数据处理和主控制电路图，集成电路模块IC1、MSP430工作在1.8～3.6V电压下，有正常工作模式AM和4种低功耗工作模式，即LPM1、LPM2、LPM3、LPM4模式。微处理器可以方便地在各种工作模式之间切换。

在实际使用环境中，装置可根据现场不同的运行情况对装置的工作模式进行随时切换。

工作模式有高效模式：在监测中发现绝缘子出现故障时提高工作频率。

正常模式：此模式说明装置工作一切正常，监测的线路无异常情况发生。

低功耗模式：装置处于自动保护模式。

管理功能为装置可根据现场具体情况调整装置的工作模式如上述，可发挥装置的最佳性能。它根据所测重力、现场图像及气象参数，利用趋势分析技术，可以模拟的分析出覆冰厚度、电导率及覆冰发展趋势，根据震动频率传感器返回的数据计算出铁塔的运动频率，综合反映输电线路的安全状况。通过监测某一地区覆冰的速度、厚度、电导率来估算该地区覆冰的临界环境，监测铁塔的运动频率来估算铁塔倾倒的临界条件，同时与历史数据对比，指导检修或发出预警信号，其预警信号包括有声、光、图像几种报警信号。

图6为时钟电路图，集成电路模块IC8的1脚接在电源VCC上，2、3脚分别与振荡器的两端连接，4脚接地，时钟电路的引脚5、6、7接入图6数据处理和主控制电路的串口17、18、22引脚上。时钟电路为数据采集终端提供一个准确的时间。

综上所述的传感器4由重力传感器20、频率震动传感器21、温湿度传感器18、气压、风速风向传感器15组成、摄像头14监测当地铁塔周围环境图像，该图像通过无线接力、GSM、CDMA网络对数据进行传输到监控室的视频上，监控人员看到图像后即可根据现埸反映的实际情况采取措施修复和防治。所述的中央数据处理单元6由信号去噪、脉冲提取、(输电线路导线重力变化、导线震动频率幅度、现场图像、风速、风向、温度、湿度)等参数的记录、发送及接收控制电路。所述的专家分析装置的计算机10由输电线路运行数据管理信号连接到故障诊断、覆冰雪程度确定及前台装置控制电路上。

Claims

1、一种对输电线路覆冰及舞动的在线预警装置，由数据采集终端、无线通信基站和专家分析装置叁部分组成，其特征在于所述的数据采集终端包括太阳能电池板(1)给蓄电池(2)充电，绝缘子(3)信号输入给传感器(4)，传感器(4)的信号输出给预处理单元(5)，预处理单元(5)将信号又输出给中央数据处理单元(6)，中央数据处理单元(6)将信号再输出给无线通信基站的发送接收单元(8)，发送接收单元(8)将信号发送给无线通信装置(7)，无线通信装置(7)又将信号发送给发送接收单元(9)，发送接收单元(9)的信号再输给专家分析装置的计算机(10)。

2、根据权利要求1所述的一种对输电线路覆冰及舞动的在线预警装置，其特征在于所述的传感器(4)由重力传感器(20)、频率震动传感器(21)、温湿度传感器(18)、气压传感器、风速风向传感器(15)、摄像头(14)组成。

3、根据权利要求1所述的一种对输电线路覆冰及舞动的在线预警装置，其特征在于所述的中央数据处理单元(6)由信号去噪、脉冲提取、输电线路导线重力变化、导线震动频率幅度、现场图像、风速、风向、温度、湿度参数的记录、发送及接收控制电路组成。

4、根据权利要求1所述的一种对输电线路覆冰及舞动的在线预警装置，其特征在于所述的专家分析装置的计算机(10)由输电线路运行数据管理连接故障诊断电路、覆冰雪程度确定及前台装置控制电路组成。