CN101359022B - 一种太阳能发电的超高压线路监测系统 - Google Patents

一种太阳能发电的超高压线路监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太阳能发电的超高压线路监测系统,包括高压端太阳能供电电源、高压线路监测装置、低压端太阳能供电电源、线路监测主机和远程无线智能监控系统。高压端和低压端太阳能供电电源包括太阳能电池组、可充电池和电源管理单元;高压线路监测装置和线路监测主机包括检测和处理各种线路现场参量的传感单元、数据采集和记录单元;远程无线智能监控系统包括无线通信单元和监控系统主站。高压端太阳能供电电源、高压线路监测装置、低压端太阳能供电电源、线路监测主机和远程无线通信单元组成现场装置,通过太阳能供电,采集和记录高压线路运行状态和故障信息,并通过远程无线通信单元传输到监控系统主站,可以为电力线路监测提供实时信息。

Description

一种太阳能发电的超高压线路监测系统技术领域[0001] 本发明涉及供电线路检测系统,更具体地说,涉及一种太阳能发电的超高压线路 监测系统。背景技术[0002] 电力线路经常发生短路、接地故障和盗割线材等情况,大风、雨雪、冰冻等恶劣天 气也会导致线路故障,故障的查找和定位都非常困难。为提高电网的供电可靠性,目前在电 网中各电厂、变电站以及分支点和作为用电终端的专变、配变等关键点都配备了运行状态 监测和保护的设备和装置,其监测、控制、传输和记录等技术都已成熟;但在长距离传输的 高压和超高压线路上,目前仅对部分现场参量和故障状态的检测进行了试点研究。从实施 效果看,当前高压线路监测的试点研究实现了对线路运行关键参量的监视和对部分故障的 检测,但对线路运行状态诸多参量的长期监测尚未见报道,即使在安装了检测装置的线路, 当发生断线、倒塔等严重故障时也不能及时正确地反应现场状况。[0003] 线路监测系统是具有远程传输能力的可分布监控、集中管理、即时通知型的智能 化电力系统监测和故障管理系统。在没有配置低压供电电路的高压、超高压线路的导线和 杆塔上,系统必须采用自给隔离式的供电方式。目前已实现的高压线路监测装置供电方式 主要有两类。[0004] 一类是安装于高压线路上的故障检测装置,采用的供电方式有感应供电、激光供 电和电池供电。采用感应供电时,因线路负荷变化范围大,造成装置电源部分过于复杂,成 本上升,可靠性差。采用激光供电时,首先电源装置成本极高,其次激光供电所传递的功率 和效率都很低,再次激光供电的发射组件要求具有可靠的电源,并不适合于超高压线路现 场使用。采用比较多的是电池供电,这种方式下,检测装置仅对特定的突发故障信号进行检 测并处理,在平时处于休眠状态以节省电能,这种方式的致命缺点是误报、漏报严重,对于 渐进式的故障变化无法监测,只能在故障突发后进行报告,而不能通过对参量变化的长期 监测以达到防患于未然,特别是对覆冰这类需要经过较长长时间积累演化的故障,上述方 式根本无法实现检测。[0005] 另一类有少量报道而尚未投入实用的方式是安装于输电线路杆塔上的监测装置, 采用太阳能进行供电,但其监测的参量主要是输电线路附近的温、湿度和风速等的气象参 数和杆塔倾角、晃动等外围状态,不能对输电线路短路、断路、接地、过载等故障进行检测, 无法满足对电力系统所关注的输电线路运行参量和故障监测的要求,实用意义不大。[0006] 在上述条件下,要对这些输电线路故障进行检测,就必须采用具有高绝缘强度的 传感器以保证高低压之间的隔离;随着输电线路电压等级的不断提高,高绝缘强度必须使 用庞大的结构和复杂的工艺来实现,直接造成超高的成本和制造难度。无论采用上述的哪 一种供电方式,高压线路监测装置都无法对高压、超高压输电线路的负载电流、导线温度等 直接运行状态参量和现场环境参量进行长期监测,不利于及时反映高压线路的状态趋势, 带有很大的局限性。发明内容[0007] 技术问题:本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术中高压线路监测装置在 对线路运行状态诸多参量进行长期监测时,供电问题难以解决这一现实,提供一种太阳能 发电的超高压线路监测系统。[0008] 技术方案:本发明的太阳能发电的超高压线路监测系统包括高压端太阳能供电电 源、高压线路监测装置、低压端太阳能供电电源、线路监测主机和远程无线智能监控系统; 高压端太阳能供电电源、高压线路监测装置、低压端太阳能供电电源、线路监测主机和远程 无线通信单元组成现场装置,监控系统主站为远程部分;其中:[0009] 所述高压端太阳能供电电源的供电输出端与高压线路监测装置连接,提供工作能 源;[0010] 所述高压线路监测装置通过电源控制接口连接高压端太阳能供电电源的第一电 源控制接口,相互通信;[0011] 所述低压端太阳能供电电源与线路监测主机和远程无线通信单元通过第一路供 电输出端连接,与远程无线通信单元通过第二路供电输出端连接,分别提供工作能源;[0012] 所述线路监测主机通过电源控制接口连接低压端太阳能供电电源的第二电源控 制接口,相互通信;[0013] 所述高压线路监测装置与线路监测主机之间通过其各自内置的近程数传单元进 行连接;[0014] 所述线路监测主机通过数据通信接口与远程无线通信单元连接;[0015] 所述远程无线通信单元通过无线网络与监控系统主站连接。[0016] 所述高压端太阳能供电电源包括第一太阳能电池组、第一电源管理单元和第一可 充电池,所述第一电源管理单元的两路电源输入端分别与第一太阳能电池组和第一可充电 池的电极连接;所述低压端太阳能供电电源包括第二太阳能电池组、第二电源管理单元和 第二可充电池,所述第二电源管理单元的两路电源输入端分别与第二太阳能电池组和第二 可充电池的电极连接。[0017] 所述太阳能电池组采用单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电 池、染料敏化太阳能电池中的一种以及两种或多种太阳能电池的组合。[0018] 所述可充电池采用铅酸蓄电池、镍氢电池、镍镉电池、锂铁电池中的一种以及两种 或多种电池的组合。[0019] 所述高压线路监测装置包括高压传感单元、高压数采单元和高压端近程数传单 元,高压数采单元的信号输入端与高压传感单元的信号输出端连接,高压数采单元与高压 端近程数传单元通过通信接口互连;[0020] 所述线路检测主机包括传感单元、数据采集单元、运算控制器、低压端近程数传单 元和数据存储单元,传感单元的信号输出端与数据采集单元的信号输入端连接,运算控制 器通过通信接口分别与数据采集单元、低压端近程数传单元和数据存储单元连接。[0021] 所述高压线路监测装置和线路检测主机通过其各自内置的近程数传单元进行连 接,使用的方式是工业、科学、医学频段的无线通信或数据光纤通信。[0022] 所述高压传感单元包括电流或导线温度传感器的一种以及两种传感器的组合,低压部分的传感单元包括泄漏电流、温度、湿度、风速、拉力、角度、图像、红外入侵和震动传感 器中的一种以及两种或多种传感器的组合;电流传感器采用具有磁芯的电流互感器、无磁 芯的罗氏线圈、霍尔传感器和光互感器的一种以及两种或多种传感器的组合;导线温度传 感器可采用热电偶、热电阻、红外和硅芯片温度传感器中的一种以及两种或多种传感器的组合。[0023] 所述远程无线通信单元包括通信控制器和无线通信模块,通信控制器与无线通信 模块通过通信接口互连。[0024] 所述无线通信模块采用支持全球移动通讯系统、通用无线分组业务、码分多址、第 三代数字通信、全球微波互联接入或无线保真的适用于远程无线网络连接的方式中的一种 以及两种或多种方式组合的设备。[0025] 所述监控系统主站包括通信前置机、数据库、应用服务器和用户终端,通信前置机 与数据库和应用服务器通过通信接口互连,应用服务器与用户终端互连。[0026] 所述现场装置安装于高压线路和电力杆塔上,线路监测主机采集和记录高压线路 监测装置和传感单元的数据,通过远程无线通信单元,将被监测线路和现场装置自身的数 据信息,借助无线网络发送至监控系统主站;监控系统主站安装于用户处,监控系统主站通 过无线网络,将命令发送至现场装置的远程无线通信单元,并转发至线路监测主机,线路监 测主机在解析命令后,根据命令向监控系统主站返回所需要的数据,并控制现场装置的工 作模式。[0027] 有益效果:实施本发明所述的太阳能发电的超高压线路监测系统,具有以下有益 效果:在本发明所述太阳能发电的超高压线路监测系统,所述现场装置安装于高压线路和 电力杆塔上,其高压监测装置通过高压端太阳能供电电源解决高压线上供电问题,并完全 与地电位隔离;其线路监测主机和远程无线通信单元通过低压端太阳能供电电源提供电 源,解决野外高压线路沿线没有低压供电电源的问题。与现有的感应供电、激光供电和电池 供电等方式相比,太阳能发电方式具有配置灵活、成本适当、可持续供电等优点,通过利用 太阳能供电,除了可以实现高压线路监测装置的长期在线运行,还可以使线路监测系统实 现供电自给并完全与地电位隔离,避免因绝缘问题而使用尺寸巨大的传感器,同时减少因 绝缘问题所导致的设备复杂度和故障点。[0028] 本发明所述的太阳能发电的超高压线路监测系统可以灵活地挂装在电力传输网 络上需要监测的位置,线路正常运行的情况下可以为电力系统提供快速和精确的电网运行 参数,并可通过多种测量手段采集线路信息,为故障预防提供依据;在线路出现短路故障、 接地故障、断电、线路覆冰、杆塔倾倒等情况时,系统可以将采集的报警和故障信息传送到 监测中心,大大提高电网故障定位和事故处理速度。本发明可以通过对输电线路运行状态、 故障和报警信息的监测,为电力系统实时动态安全分析和暂态控制提供技术保证,同时使 一些依赖高精度测量数据的电网技术得以向前发展,有助于提高输电可靠性,保证电力系 统的安全生产。[0029] 本发明所述的太阳能发电的超高压线路监测系统的现场装置还具有防盗报警定 位功能,可以有效防止人为破坏和偷窃,从而保障系统的可靠运行,保护用户财产安全。[0030] 对于已有线路电流监测装置的场合,可以只在现场装置中部署低压端太阳能供电 电源、线路监测主机和远程无线通信单元。这种部署方式可以以低复杂度和低成本的方式满足电网用户对输电线路覆冰监测和预警的使用要求。[0031] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。附图说明[0032] 图1是本发明所述一种太阳能发电的超高压线路监测系统的原理框图。[0033] 图2是本发明所述一种太阳能发电的超高压线路监测系统中高压端太阳能供电 电源1的原理框图。[0034] 图3是本发明所述一种太阳能发电的超高压线路监测系统中高压线路监测装置2 的原理框图。[0035] 图4是本发明所述一种太阳能发电的超高压线路监测系统中低压端太阳能供电 电源3的原理框图。[0036] 图5是本发明所述一种太阳能发电的超高压线路监测系统中线路监测主机4的原 理框图。[0037] 图6是本发明所述一种太阳能发电的超高压线路监测系统中线路监测主机4的工 作流程框图。[0038] 图7是本发明所述一种太阳能发电的超高压线路监测系统中无线通信单元51的 原理框图。[0039] 图8是本发明所述一种太阳能发电的超高压线路监测系统中监控系统主站52的 原理框图。[0040] 图9是本发明所述一种太阳能发电的超高压线路监测系统对输电线路进行监测 的实施方式示意图。具体实施方式[0041] 如图1所示,高压端太阳能供电电源1、高压线路监测装置2、低压端太阳能供电电 源3、线路监测主机4和远程无线智能监控系统5中的远程无线通信单元51组成现场装置 100,实现高压超高压线路的在线监测;远程无线智能监控系统5的监控系统主站52作为本 发明的远程部分,提供用户应用界面。[0042] 所述高压端太阳能供电电源1的供电输出端14与高压线路监测装置2连接,提供 工作能源。[0043] 所述高压线路监测装置2通过电源控制接口 M连接高压端太阳能供电电源1的 第一电源控制接口 15,获取其工作状态并控制其工作模式。[0044] 所述低压端太阳能供电电源3与线路监测主机4的电源端通过第一路供电输出端 34连接,与远程无线通信单元51通过第二路供电输出端35连接,分别提供工作能源。[0045] 所述线路监测主机4通过电源控制接口 46连接低压端太阳能供电电源3的第二 电源控制接口 36,获取其工作状态并控制其工作模式。[0046] 所述高压监测装置2与线路监测主机4之间通过其各自内置的高压端近程数传单 元23和低压端近程数传单元44进行通信,通信的方式可以是采用ISM(工业、科学、医学) 频段的无线通信或数据光纤通信。[0047] 所述线路监测主机4与远程无线通信单元51通过通信接口连接,借助无线网络53将被监测线路和现场装置100自身的数据信息,发送至监控系统主站52。[0048] 监控系统主站52通过无线网络53,将命令发送至现场装置100的远程无线通信单 元51,并转发至线路监测主机4。[0049] 为节省能源消耗,现场装置100中的远程无线通信单元51可根据需要进入休眠状 态,根据无线通信单元51的工作方式,现场装置100具有两种工作模式,包括:[0050] 工作模式一:即时通信模式,现场装置100的各组成部分均正常工作,无线通信单 元51与监控系统主站52建立固定的通信连接,现场装置100可随时获取监控系统主站52 的命令并及时反馈相关数据。[0051] 工作模式二 :通信休眠模式,现场装置100的低压端太阳能供电电源3和线路监 测主机4正常工作,无线通信单元51进入休眠状态,此时监控系统主站52无法与现场装置 100进行通信;唤醒无线通信单元51有两种方法,一种是监控系统主站52向无线通信单元 51发送通信请求命令,无线通信单元51接收到通信请求命令后即与监控系统主站52建立 通信连接,同时通知线路监测主机4,现场装置100进入即时通信模式;第二种是线路监测 主机4检测到高压线路或现场装置100自身的故障,即向无线通信单元51发送报警通信命 令,无线通信单元51接收到通信请求命令后即与监控系统主站52建立通信连接,并发送报 警信息,同时现场装置100进入即时通信模式。[0052] 如图2所示,所述高压端太阳能供电电源1包括第一太阳能电池组11、第一电源管 理单元12和第一可充电池13,第一电源管理单元12的两路电源输入分别与第一太阳能电 池组11和第一可充电池13的电极连接,通过供电输出端14与高压线路监测装置2的电源 端连接并提供电源。[0053] 太阳光照射在第一太阳能电池组11,通过光伏作用转换得到的电能,由第一电源 管理单元12分配至第一可充电池13、供电输出端14。[0054] 第一太阳能电池组11可采用单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳 能电池、染料敏化太阳能电池的一种以及两种或多种太阳能电池的组合。[0055] 第一可充电池13可采用铅酸蓄电池、镍氢电池、镍镉电池、锂铁电池的一种以及 两种或多种电池的组合。[0056] 第一电源管理单元12具有负载输出控制、电池检测和电池保护功能。[0057] 当太阳光足够强烈时,第一电源管理单元12利用第一太阳能电池组11产生的电 能为第一可充电池13进行充电,其充电过程满足第一可充电池13的充电特性,可对充电电 压和电流进行控制,防止过流和过压,当第一可充电池13电量充满时停止充电。[0058] 当太阳光不足或阴天和夜间时,第一太阳能电池组11不能为高压监测装置2提供 足够的电源,第一可充电池13在第一电源管理单元12的控制下为供电输出14供电,其放 电过程满足第一可充电池13的放电特性,可对放电电流进行控制,防止过载和过放,当第 一可充电池13的电量即将放完时,第一电源管理单元12通过第一电源控制接口 15经高压 端近程数传单元23向线路监测主机4发出高压端停电报警信号,并在线路监测主机4的控 制下停止向供电输出14的供电。[0059] 当第一太阳能电池组11或第一可充电池13出现故障时,第一电源管理单元12通 过第一电源控制接口 15经高压端近程数传单元23向线路监测主机4发出高压端电池故障报警信号。[0060] 如图3所示,所述包括高压传感单元21、高压数采单元22、高压端近程数传单元 23,高压数采单元22的信号输入端与高压传感单元21的信号输出端连接,高压数采单元22 与高压端近程数传单元23通过通信接口互连。[0061] 根据对高压线路工作状态监测的要求,所述高压传感单元包括电流传感器和导线 温度传感器。电流传感器可采用具有磁芯的电流互感器、无磁芯的罗氏线圈、霍尔传感器和 光互感器的一种以及两种或多种传感器的组合。导线温度传感器可采用热电偶、热电阻、红 外和硅芯片温度传感器中的一种以及两种或多种传感器的组合。传感单元21用来将高压 线路工作状态和现场环境参量进行检测并转换为相应的电信号,使其符合高压数采单元22 的输入需要。[0062] 高压数采单元22将前述高压传感器单元输出的电信号进行采样和模拟-数字转 换,实现高压线路工作状态参量的数字化,并通过高压端近程数传单元23发送给线路监测 主机4。[0063] 高压端近程数传单元23可以将高压数采单元22采集到的高压线路工作状态参量 数据发送到线路监测主机,并将线路监测主机4发回的命令发送给高压数采单元22 ;高压 端近程数传单元23也可以通过电源控制接口 M接收电源管理单元12发出的高压端停电 报警信号和高压端电池故障报警信号,并将线路监测主机4发回的命令通过电源控制接口 24发送给电源管理单元12。[0064] 高压端近程数传单元23的通信方式可以是ISM(工业、科学、医学)频段的无线通 信或数据光纤通信,需要与线路监测主机4中的低压端近程数传单元44相匹配。[0065] 如图4所示,所述低压端太阳能供电电源3包括第二太阳能电池组31、第二电源管 理单元32和第二可充电池33。所述第二电源管理单元32的两组电源输入端分别与第二太 阳能电池组31和第二可充电池33的电极连接。由第二电源管理单元32将第二太阳能电 池组31的输出与第二可充电池33的充放电过程进行管理,通过第一路供电输出端34为线 路监测主机4提供电源,通过第二路供电输出35为无线通信单元51提供电源。[0066] 太阳光照射在第二太阳能电池组31,通过光伏作用转换得到的电能,由第二电源 管理单元32分配至第二可充电池33、第一路供电输出34和第二路供电输出35。[0067] 第二太阳能电池组31可采用单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳 能电池、染料敏化太阳能电池的一种以及两种或多种太阳能电池的组合。[0068] 第二可充电池33可采用铅酸蓄电池、镍氢电池、镍镉电池、锂电池的一种以及两 种或多种电池的组合。[0069] 第二电源管理单元32具有负载输出控制、电池检测和电池保护功能。[0070] 当太阳光足够强烈时,第二电源管理单元32利用第二太阳能电池组31产生的电 能为第二可充电池33进行充电,其充电过程满足第二可充电池33的充电特性,可对充电电 压和电流进行控制,防止过流和过压,当第二可充电池33电量充满时停止充电。[0071] 当太阳光不足或阴天和夜间时,第二太阳能电池组31不能为线路监测主机2提供 足够的电源,第二可充电池33在第二电源管理单元32的控制下为第一路供电输出34和第 二路供电输出35供电,其放电过程满足第二可充电池33的放电特性,可对放电电流进行控 制,防止过载和过放,当第二可充电池33的电量即将放完时,第二电源管理单元32通过第 二电源控制接口 36向线路监测主机装置4发出低压端停电报警信号,并在线路监测主机4的控制下停止向第一路供电输出34和第二路供电输出35的供电。[0072] 当第二太阳能电池组31或第二可充电池33出现故障时,第二电源管理单元32通 过第二电源控制接口 36向线路监测主机4发出高压端电池故障报警信号。[0073] 如图5所示,所述线路监测主机4包括传感单元41、数据采集单元42、运算控制器 43、低压端近程数传单元44和数据存储单元45,传感单元41的信号输出端与数据采集单元 42的信号输入端连接,运算控制器43通过通信接口分别与数据采集单元42、低压端近程数 传单元44和数据存储单元45连接。[0074] 根据高压线路工作状态和现场环境条件监测的要求,传感单元41包括泄漏电流、 温度、湿度、风速、拉力、角度、图像、红外入侵和震动传感器中的一种以及两种或多种传感 器的组合,如微型湿度传感器(中国专利CN03131859. 2)和采用多晶硅温度二极管的集成 风速计(中国专利CN02112524. 4)。传感单元41用来将高压线路工作状态和现场环境参量 进行检测并转换为相应的电信号,使其符合数据采集单元42的输入需要。[0075] 数据采集单元42将前述电信号进行采样和模拟-数字转换,实现高压线路工作状 态和现场环境参量的数字化,并可供运算控制器43读取。[0076] 运算控制器43读取通过低压端近程数传单元44转发的高压监测装置2的高压线 路工作数据以及数据采集单元42提供的高压线路现场环境参量数据和高压端太阳能供电 电源1的工作状态,结合从电源控制接口 46获得的低压端太阳能供电电源3的工作状态和 从数据通信接口 27获得的后台控制命令,进行运算和分析,将各类数据储存于数据存储单 元45。运算控制器43也可以通过低压端近程数传单元44调整和控制高压端太阳能供电电 源1的工作模式,通过电源控制接口 46调整和控制低压端太阳能供电电源3的工作模式, 并通过数据通信接口 27使用远程无线通信单元51与监控系统主站52进行通信。[0077] 低压端近程数传单元44的通信方式可以是ISM(工业、科学、医学)频段的无线通 信或数据光纤通信,需要与高压监测装置2中的高压端近程数传单元23相匹配。[0078] 如图6所示,所述线路监测主机4读取传感器检测的参量数据,经过运算后进行分 析判断,如果超过规定的限定值,则认定为出现报警事件,保存报警记录并向监控系统主站 52发送报警信息;如果未超过规定的限定值,则认为现场状况正常,将监测数据储存于数 据存储单元45。当从远程无线通信模块51传来监控系统主站52的命令时,根据命令种类 进行处理,如果是控制命令,则根据命令调整现场装置100的运行模式;如果是数据读取命 令,则将现场检测数据通过远程无线通信模块51发送到监控系统主站52。对于不同的情 况,具体方法如下:[0079] 高压超高压线路工作状态和现场环境参量的监测通过如下方式实现:运算控制器 43通过低压端近程数传单元44读取高压监测装置2的数据,可得到高压线路负载电流的数 值和波形以及导线温度,并可对超限值和谐波进行分析,实现高压线路负载状况的持续监 测以及对短路、断路、接地、过载等故障的检测,当出现故障时运算控制器43通过远程无线 通信单元51向监控系统主站52发送报警信息;运算控制器43通过读取数据采集单元42 提供的泄漏电流数据,可以得到线路绝缘破坏和杆塔遭受雷击的状况;运算控制器43通过 读取数据采集单元42提供的温度、湿度、风速数据,可以得到高压超高压线路监测点的局 部气象数据;运算控制器43通过读取数据采集单元42提供的拉力和角度数据,可以得到杆 塔受力和倾斜的状况;运算控制器43通过读取数据采集单元42提供的图像数据并由远程无线通信单元51发送至监控系统主站52,可以得到现场图像数据,使使用者观测到导线覆 冰、舞动等现场情况;当高压超高压线路沿线发生地震、滑坡、泥石流等地质灾害时运算控 制器43通过读取数据采集单元42提供的震动数据,结合拉力和角度数据,可以为地质灾害 损伤监测提供依据。[0080] 太阳能供电电源监测功能通过如下方式实现:当高压端太阳能供电电源1的第一 太阳能电池组11或第一可充电池13出现故障时,第一电源管理单元12通过第一电源控制 接口 15经高压端近程数传单元23向线路监测主机4发出高压端电池故障报警信号,运算 控制器43接收到低压端近程数传单元44转发的高压端电池故障报警信号后,将报警记录 存储于数据存储单元45,并由远程无线通信单元51发送至监控系统主站52。当第一可充 电池13的电量即将放完时,第一电源管理单元12通过第一电源控制接口 15经高压端近程 数传单元23向线路监测主机4发出高压端停电报警信号,运算控制器43接收到低压端近 程数传单元44转发的高压端停电报警信号后,将报警记录存储于数据存储单元45,并由远 程无线通信单元51发送至监控系统主站52,同时通过低压端近程数传单元44向高压端线 路监测装置2发出停电停机命令,使其进入停机状态。当低压端太阳能供电电源3的第二 太阳能电池组31或第二可充电池33出现故障时,第二电源管理单元32通过第二电源控制 接口 36向线路监测主机4发出低压端电池故障报警信号,运算控制器43接收到电源控制 接口 46传来的低压端电池故障报警信号后,将报警记录存储于数据存储单元45,并由远程 无线通信单元51发送至监控系统主站52。当第二可充电池33的电量即将放完时,第二电 源管理单元32通过第二电源控制接口 36向线路监测主机4发出低压端停电报警信号,运 算控制器43接收到电源控制接口 46传来的低压端停电报警信号后,将报警记录存储于数 据存储单元45,并由远程无线通信单元51发送至监控系统主站52,同时通过低压端近程数 传单元44向高压端线路监测装置2发出停电停机命令,使其进入停机状态,然后使线路监 测主机4自身和远程无线通信单元进入停机状态。[0081] 防盗报警定位的功能通过如下方式实现:运算控制器43通过读取数据采集单元 42提供的红外入侵和震动数据,可以在有人攀爬和破坏杆塔时由远程无线通信单元51发 送至监控系统主站52报警;当随后发生角度超限,说明有人强拆设备,此时运算控制器43 通过远程无线通信单元51发送报警信息至监控系统主站52,并根据远程无线通信单元51 与通信基站的关系进行跟踪定位并不断将定位信息发送至监控系统主站52,监控系统主站 52可以根据其移动基站码把目标锁定在100米范围内。以上信息都可以通过监控系统主站 52布防、撤防,并储存报警记录。[0082] 如图7所示,所述无线通信单元51包括通信控制器511和无线通信模块512,两者 通过通信接口互连。[0083] 所述无线通信模块512可采用支持GSM (GlcAal System for MobileCommunications,全球移云力通讯系统),GPRS(General Packet Radio Service,通用 无线分组业务)、CDMA (Code-Division Multiple Access,码分多址)、3G (3rdGeneration, 第三代数字通信)、WIMAX(Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess,全球微波 互联接入)以及WIFI (Wireless Fidelity,无线保真)等适用于远程无线网络连接的方式 中的一种以及两种或多种方式组合的设备。[0084] 通信控制器511通过数据接口 513与线路监测主机4相连,将线路检测主机4采集的高压线路工作状态和现场环境参量数据以及现场装置100自身的工作状态参数借助 无线通信模块512发送至监控系统主站52,并将监控系统主站52发送的命令信息通过数据 通信接口 513转发至线路检测主机4。[0085] 当现场装置100处于通信休眠模式时,远程无线通信单元51处于休眠状态以节省 能源;可通过监控系统主站52向远程无线通信单元51发送通信请求命令,或线路监测主机 4向远程无线通信单元51发送报警通信命令,将远程无线通信单元51唤醒并与监控系统主 站52建立通信连接,现场装置100进入即时通信模式。[0086] 如图8所示,所述监控系统主站52包括通信前置机521、数据库522、应用服务器 523和用户终端524,通信前置机521与数据库522和应用服务器523通过通信接口互连, 应用服务器523与用户终端5M互连。[0087] 所述无线通信模块512可采用支持GSM (GlcAal System for MobileCommunications,全球移云力通讯系统),GPRS(General Packet Radio Service,通用 无线分组业务)、CDMA (Code-Division Multiple Access,码分多址)、3G (3rdGeneration, 第三代数字通信)、WIMAX(Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess,全球微波 互联接入)以及WIFI (Wireless Fidelity,无线保真)等适用于远程无线网络连接的方式 中的一种以及两种或多种方式组合的设备。[0088] 通信前置机521可以根据计划任务,向现场装置100发送命令,设置其工作模式, 并收取现场装置100发送的数据信息,提取、解释相关资料并保存于数据库522。[0089] 数据库522用来保存现场装置100的配置信息、工作状态及其监测对象的工作参 数和环境参量。[0090] 应用服务器523通过读取数据库522中的内容,借助用户终端5M与使用者进行 交互,根据使用者的要求将被监测高压和超高压线路的工作状态和现场环境参量进行显 示;使用者还可以提出立即执行命令,应用服务器523直接通过通信前置机521向现场装置 100发送命令并即时获取现场数据,并通过用户终端5M显示。[0091] 如图9所示,对于本发明的现场实施,可在一条高压超高压输电线路或一片区域 安装多台现场装置100,现场装置100直接安装于输电线路上并采集线路的运行状态和环 境参量,通过一台监控系统主站52对这多台现场装置100进行管理和通信,使用者即可利 用这多点分布的监测数据,随时获得这一条高压超高压输电线路或一片区域上各监测点的 实时信息并进行分析,从而掌握高压超高压输电线路的运行状态和现场环境情况。[0092] 对于已有线路电流监测装置的场合,可以只在现场装置100中部署低压端太阳能 供电电源3、线路监测主机4和远程无线通信单元51。这种部署方式可以以低复杂度和低 成本的方式满足电网用户对输电线路覆冰监测和预警的使用要求。[0093] 在高压超高压线路正常运行时,每台现场装置中的线路监测主机4收集高压线路 监测装置2采集的负载电流、导线温度等输电线路的工作状态数据以及自身采集的现场温 度、湿度、风速数据,运算、记录并通过远程无线通信单元51传送至监控系统主站52进行处 理、分析和显示,实现对高压线路运行状态和局部气象状况的持续监测。[0094] 当高压超高压线路发生短路、断路、接地故障时,每台现场装置中的线路监测主机 4通过对高压线路监测装置2采集的负载电流数据进行计算,通过对超限值和谐波的分析, 发现故障现象的发生,记录并通过远程无线通信单元51向监控系统主站52发送故障报警信息,实现对高压线路故障和异常运行状态的监测。[0095] 当高压超高压线路沿线发生绝缘子绝缘失效和雷击现象时,线路监测主机可以通 过对泄露电流的监测,发现其异常状况并通过远程无线通信单元51向监控系统主站52发 送报警信息,实现对高压线路绝缘子故障和雷击的监测。[0096] 当高压超高压线路附近发生大风天气或导线发生覆冰现象时,线路监测主机通过 采集环境温度、拉力和角度数据,可以得到杆塔受力和倾斜的状况,通过将上述数据和现场 图像由远程无线通信单元51发送至监控系统主站52,可以得到使使用者观测到导线覆冰、 舞动等现场情况,实现对导线覆冰和舞动这类可能引发输电线路严重故障的状况进行实时 监测。[0097] 当高压超高压线路沿线发生地震、滑坡、泥石流等地质灾害时,线路监测主机通过 采集震动、拉力和角度数据,记录并通过将上述数据和现场图像由远程无线通信单元51发 送至监控系统主站52,可以为地质灾害损伤监测提供依据。[0098] 防盗报警定位的功能通过如下方式实现:有人攀爬和破坏杆塔时,线路监测主机 4通过检测红外入侵和震动数据,通过远程无线通信单元51向监控系统主站52报警;当有 人强拆设备时,线路监测主机4通过会检测到角度超限,并通过远程无线通信单元51向监 控系统主站52报警;当现场装置被拆下并移动时,线路监测主机4会持续通过远程无线通 信单元51发送定位信息至监控系统主站52,监控系统主站52可以根据远程无线通信单元 51的移动基站码把目标锁定在100米范围内。以上信息都可以通过监控系统主站52布防、 撤防,并储存报警记录。

Claims (10)

1. 一种太阳能发电的超高压线路监测系统,其特征在于该监测系统包括高压端太阳能 供电电源(1)、高压线路监测装置O)、低压端太阳能供电电源(3)、线路监测主机(4)和远 程无线智能监控系统(5);高压端太阳能供电电源(1)、高压线路监测装置O)、低压端太阳 能供电电源(3)、线路监测主机(4)和远程无线通信单元(51)组成现场装置(100),监控系 统主站(5¾为远程部分;其中:所述高压端太阳能供电电源⑴的供电输出端(14)与高压线路监测装置(2)连接,提 供工作能源;所述高压线路监测装置(¾通过电源控制接口 04)连接高压端太阳能供电电源(1) 的第一电源控制接口(15),相互通信;所述低压端太阳能供电电源C3)与线路监测主机(4)的电源端通过第一路供电输出端 (34)连接,与远程无线通信单元(51)通过第二路供电输出端(3¾连接,分别提供工作能 源;所述线路监测主机(4)通过电源控制接口 06)连接低压端太阳能供电电源(3)的第 二电源控制接口(36),相互通信;所述高压线路监测装置⑵与线路监测主机⑷之间通过其各自内置的近程数传单元 进行连接;所述线路监测主机(4)通过数据通信接口 G7)与远程无线通信单元(51)连接;所述远程无线通信单元(51)通过无线网络(53)与监控系统主站(52)连接。
2.根据权利要求1所述太阳能发电的超高压线路监测系统,其特征在于,所述高压端 太阳能供电电源(1)包括第一太阳能电池组(11)、第一电源管理单元(1¾和第一可充电 池(13),所述第一电源管理单元(1¾的两路电源输入端分别与第一太阳能电池组(11)和 第一可充电池(1¾的电极连接;所述低压端太阳能供电电源C3)包括第二太阳能电池组 (31)、第二电源管理单元(3¾和第二可充电池(33),所述第二电源管理单元(3¾的两路电 源输入端分别与第二太阳能电池组(31)和第二可充电池(3¾的电极连接。
3.根据权利要求2所述太阳能发电的超高压线路监测系统,其特征在于,所述太阳能 电池组采用单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、染料敏化太阳能电 池中的一种或多种太阳能电池的组合。
4.根据权利要求2所述太阳能发电的超高压线路监测系统,其特征在于,所述可充电 池采用铅酸蓄电池、镍氢电池、镍镉电池、锂铁电池中的一种或多种电池的组合。
5.根据权利要求1所述太阳能发电的超高压线路监测系统,其特征在于,所述高压线 路监测装置(¾包括高压传感单元(21)、高压数采单元0¾和近程数传单元(23),高压数 采单元0¾的信号输入端与高压传感单元的信号输出端连接,高压数采单元02)与 高压端近程数传单元通过通信接口互连;所述线路监测主机(4)包括传感单元Gl)、数据采集单元0¾、运算控制器、低压 端近程数传单元G4)和数据存储单元(45),传感单元的信号输出端与数据采集单元 (42)的信号输入端连接,运算控制器通过通信接口分别与数据采集单元(42)、低压端 近程数传单元(44)和数据存储单元0¾连接。所述高压线路监测装置(¾和线路检测主机(4)通过其各自内置的近程数传单元进行 连接,使用的方式是工业、科学、医学频段的无线通信或数据光纤通信。
6.根据权利要求5所述太阳能发电的超高压线路监测系统,其特征在于,所述高压传 感单元包括电流或导线温度传感器的一种以及两种传感器的组合,低压部分的传感 单元Gl)包括泄漏电流、温度、湿度、风速、拉力、角度、图像、红外入侵和震动传感器中的 一种以及两种或多种传感器的组合;电流传感器采用具有磁芯的电流互感器、无磁芯的罗 氏线圈、霍尔传感器和光互感器的一种以及两种或多种传感器的组合;导线温度传感器可 采用热电偶、热电阻、红外和硅芯片温度传感器中的一种或多种传感器的组合。
7.根据权利要求1所述太阳能发电的超高压线路监测系统,其特征在于,所述远程无 线通信单元(51)包括通信控制器(511)和无线通信模块(512),通信控制器(511)与无线 通信模块(51¾通过通信接口互连。
8.根据权利要求7所述太阳能发电的超高压线路监测系统,其特征在于,所述无线通 信模块(51¾采用支持全球移动通讯系统、通用无线分组业务、码分多址、第三代数字通 信、全球微波互联接入或无线保真的适用于远程无线网络连接的方式中的一种或多种方式 组合的设备。
9.根据权利要求1所述太阳能发电的超高压线路监测系统,其特征在于,所述监控系 统主站(5¾包括通信前置机(521)、数据库(52¾、应用服务器(52¾和用户终端(524),通 信前置机(521)与数据库(52¾和应用服务器(52¾通过通信接口互连,应用服务器(523) 与用户终端(524)互连。
10.根据权利要求1所述太阳能发电的超高压线路监测系统,其特征在于所述现场装 置(100)安装于高压线路和电力杆塔上,线路监测主机(4)采集和记录高压线路监测装置 (2)和传感单元Gl)的数据,通过远程无线通信单元(51),将被监测线路和现场装置自身 的数据信息,借助无线网络(53)发送至监控系统主站(52);监控系统主站(52)安装于用 户处,监控系统主站(5¾通过无线网络(53),将命令发送至现场装置的远程无线通信单元 (51),并转发至线路监测主机G),线路监测主机(4)在解析命令后,根据命令向监控系统 主站(52)返回所需要的数据,并控制现场装置(100)的工作模式。
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