CN101470014B - 送电线路综合在线监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

一种送电线路综合在线监测系统及方法，包括用于接收各种送电线路的传感器信号的若干个送电线路监测单元，用于发送数据到互联网络的主控制单元，用于给送电线路监测单元及主控制单元供电的供电装置，主控制单元由主控制模块和互联网通讯设备构成，送电线路监测单元上还连接有短距离无线通讯模块，主控制单元也连接有短距离无线通讯模块，并彼此组成短距离无线通讯网络，送电线路监测单元采集的传感器数据通过所述短距离无线通讯网络将数据传送给主控制单元统一经互联网通讯设备发送，本发明可以将各种送电线路在线监测功能融为一体，降低系统运行成本，解决安装在高压侧的监测单元与安装在杆塔接地侧的监测装置无法直接连线通讯的问题。

Description

送电线路综合在线监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及监测系统及监测方法，特别涉及一种送电线路综合在线监测系统及其监测方法。

背景技术

国内外的送电线路在线监测系统有如下几种：送电线路绝缘子泄漏电流在线监测系统、高压输电线路覆冰自动监测系统、电力输电线路防盗报警系统、输电线路远程视频监测系统、输电线路气象环境在线监测等等，它们有些是通过高压线感应取电，有些是通过太阳能加电池来供电。但是已知的送电线路在线监测系统都是单一功能的，每个系统上都有单独的GSM/GPRS/CDMA模块和电源控制器，单独传输数据到主站，因而其设备成本高、运行成本也高，造成设备重复投资过大。

目前，国内外还没有一种产品是将多种送电线路在线监测系统功能融为一体的送电线路综合在线监测系统，这有以下几个原因：

1.由于送电线路大多在野外，受功耗限制，大多数送电线路在线监测系统都是用单片机实现的，其功能开发受到限制，因此往往只能实现单一监测功能。

2.有些功能(如雷击在线监测、防盗在线监测、ADSS光缆电腐蚀在线监测等功能)只能在送电线路杆塔上(即接地端)安装；有些功能(如导线倾斜角在线监测、耐张塔引流板温度在线监测、导线温度监测等功能)只能在导线上(即高压端)安装；还有些功能既可以在送电线路杆塔上(即接地端)安装也可以在导线上(即高压端)安装。考虑到高压端与接地端的绝缘问题，传统的RS485网络或CANBUS总线等通讯方式(直接电缆连线方式)是无法实现的。因此，要在送电线路同一个杆塔上将各种在线监测组成一个综合在线监测系统存在着通讯方式上的困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有的技术存在的缺陷，提供一种将各种送电线路在线监测功能融为一体，大大降低系统运行成本的送电线路综合在线监测系统及其监测方法。

本发明的送电线路综合在线监测系统，包括：用于接收各种送电线路的传感器信号的至少一个送电线路监测单元，用于发送数据到互联网络的主控制单元，用于给送电线路监测单元及主控制单元供电的供电装置，主控制单元包括主控制模块(12)和互联网通讯设备(14)，其特征在于：送电线路监测单元上还连接有短距离无线通讯模块，主控制单元也连接有短距离无线通讯模块，并彼此组成短距离无线通讯网络，送电线路监测单元采集的传感器数据通过短距离无线通讯网络将数据传送给主控制单元统一经互联网通讯设备发送。

本发明的送电线路综合在线监测系统，其中短距离无线通讯网络采用433M无无线通讯网。

本发明的送电线路综合在线监测系统，其中互联网通讯设备采用GSM/GPRS模块或CDMA通讯模块或者无线宽带设备或电力猫。

本发明的送电线路综合在线监测系统，其中送电线路监测单元包括覆冰监测单元、导线舞动监测单元、气象环境监测单元、导线倾斜角监测单元、导线振动监测单元、导线张力监测单元、导线温度监测单元、绝缘子串风偏角监测单元、引流板接头温度监测单元、绝缘子泄漏电流监测单元、光缆电腐蚀监测单元、杆塔及线路雷击监测单元、杆塔及线路防盗报警监测单元和输电线路视频监测单元。

本发明的送电线路综合在线监测系统，其中供电装置是感应电源或者是太阳能电源，安装在杆塔接地端的各种监测单元(包括主监控单元)统一由太阳能电源供电，而安装在高压侧的各监测单元(包括主监控单元)则由独立的感应电源或太阳能电源供电。

本发明的送电线路综合在线监测系统，其中太阳能电源是由电池板连接uc3906芯片与Im393芯片相应的管脚，组成太阳能电池供电装置，再连接AP1501芯片的相应管脚，形成电源输出端。

本发明的送电线路综合在线监测系统，其中主控制模块采用MEGA64单片机或MEGA128单片机，短距离无线通讯模块采用SPI接口并且由nRF905单片射频发射器芯片构成。

本发明的送电线路综合在线监测系统，其中互联网通讯设备与主控制模块采用RS-232标准通讯。

本发明的送电线路综合在线监测系统的工作方法，其中主控制单元执行如下方法步骤：

1)连接主控制单元和电源控制器、接通太阳能电源，初始化INTERNET网络设备与主站建立网络连接；

2)初始化短距离无线模块；

3)主控制模块判断是否到定时的一分钟时间，若是则转下一步，若否则转步骤5)；

4)通过nRF905无线通讯模块，按照监测单元个数依次召唤各监测单元监测数据，若收到该模块发回的数据则召唤下一个模块的数据，若没收到返回数据，则重新召唤该监测单元数据，最多召唤3次，若仍然收不到返回数据，则将该检测单元数据最高位置1，转招下一个监测单元的数据，直至召唤完毕；

5)判断所召唤的数据是否越限而需要报警？如果是，则打包越限参数数据，通过SIMENSMC55 GPRS模块将数据发往主站，执行下一步；如果否，直接下一步；

6)是否到向主站发送数据时间？若是则打包数据，执行下一步，若否，则转步骤8)；

7)通过所述INTERNET网络向主站发送数据，主站接收该数据；

8)是否收到主站召唤数据命令，若是，则执行下一步，若否则转步骤10)；

9)通过所述SIMENS MC55 GPRS模块和INTERNET网络向主站发送数据，主站接收该数据；

10)返回第3)步。

本发明的送电线路综合在线监测系统的工作方法，其中各监测单元执行如下步骤：

1)连接某监测单元和电源控制器、nRF905无线通讯模块、传感器，接通太阳能电源和/或高压线感应电源，启动监测单元并进行初始化；

2)是否到达采集数据时间，若是，则读取传感器数据并转下一步，若否，则直接转步骤3)；

3)判断数据是否越限，若是则转下一步，若否则判断转步骤5)；

4)通过无线通讯模块向主模块发送报警数据；

5)判断是否收到主控制单元发来的召唤数据命令？若是则转下一步，若否则转步骤7)；

6)通过nRF905无线传输模块，向主控制单元主动发送报警数据；

7)判断没收到主控制单元召唤数据命令的持续时间是否超过2分钟，若是则执行下一步，若否，则转步骤8)；

8)重新初始化nRF905无线通讯模块；

9)返回步骤2)。

本发明提供的送电线路综合在线监测系统及其监测方法的优点在于：由于采用无线短距离通讯方式，解决了各监测单元相互间不等电位所造成的不能直接连线通讯的问题，从而将各种送电线路在线监测功能融为一体；系统配置也更加灵活，可以任意增减系统的各种监测子单元。由于只设有一套INTERNET网络设备，在同一线路杆塔端(接地侧)的部分监测装置可以公用太阳能及电源控制器，因此可以使用户的系统运行成本大大降低，这是同类产品无法替代的。

下面结合实施例参照附图进行详细说明，以求对本发明的目的、特征和优点得到更深入的理解。

附图说明

图1是本发明送电线路综合在线监测系统框图；

图2是本发明实施例的方框图；

图3是本发明电源供电装置；

图4是本发明电源供电装置的输出端；

图5是本发明电源供电装置的插头和其降雨检测模块；

图6是本发明主控制器模块；

图7是本发明监测模块；

图8是本发明实施例主监控单元的系统框图；

图9是本发明实施例各监控单元的系统框图；

图10是本发明中主控制单元的数据流程图；

图11是本发明中各监测单元的数据流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明实施例。

参见图1，本发明的实施例中包括若干个不同的监测单元1和一主控制单元2，主控制单元2与各监测单元1相连并分别设有由太阳能电源或高压线感应电源构成的电源控制器13，主控制单元2设有主控制模块12，主控制单元2通过INTERNET网络通讯设备14与主站相连，还包括一短距离无线通讯网3。各监测单元1和主控制单元2分别设有短距离无线模块11，各监测单元1与主控制模块12之间通过短距离无线模块11无线相连。各主控制单元2设有INTERNET网络设备14，INTERNET网络设备14可以是GSM/GPRS/CDMA通讯模块，也可以是无线宽带设备或电力猫。主控制单元通过GSM/GPRS/CDMA通讯模块和NTERNET网络与主站相连。安装在杆塔接地端的各种监测单元(包括主监控单元)统一由太阳能电源(13)供电，而安装在高压侧的各监测单元(包括主监控单元)则由独立的感应电源或太阳能电源供电。

各监测单元1可以是覆冰监测单元、导线舞动监测单元、气象环境监测单元(包括风向、风速、温度、湿度、落雨状况)、导线倾斜角监测单元、导线振动监测单元、导线张力监测单元、导线温度监测单元、绝缘子串风偏角监测单元、引流板接头温度监测单元、绝缘子泄漏电流监测单元、光缆电腐蚀监测单元、杆塔及线路雷击监测单元、杆塔及线路防盗报警监测单元和输电线路视频监测单元等。

以高压送电线路导线覆冰与舞动监测系统为实例来说明。

参见图2，导线覆冰与舞动在线监测系统由几个子系统构成：主控制单元2、覆冰及舞动监测单元101、气象环境监测单元102、视频监测单元103及导线倾斜角监测单元104五个部分。主控制单元2、覆冰及舞动监测单元101、气象环境监测单元102、视频监测单元103安装在送电线路杆塔上(即接地端)，它们可以一起由太阳能板、电池及电源控制器来完成供电；而导线倾斜角监测单元104由于受测量传感器的限制只能安装在导线上(即高压端)，其电源通过感应电源方式来完成供电。本例中除导线倾斜角监测单元104采用感应电源以外，主控制单元2和其它监测单元均采取太阳能电源供电。

由于导线倾斜角监测单元通过感应取电得到的电源与高压线是等电位的，所以不能通过直接连线方式(如传统的RS485网络或CANBUS总线网络)完成与主控制单元的通讯。由于同样原因在高压线不同相位(A、B或C相，A、B和C相间的感应电源也不是等电位的)的导线上安装的监测单元也不能直接连线进行通讯。其电源和通讯问题是首先要解决的问题。所以，本发明采用了短距离无线通讯模块来实现导线倾斜角监测单元与主控制模块的通讯功能。

本实施例只在主控制单元上带有一个GSM/GPRS/CDMA通讯模块，用于综合监测装置与主站的INTERNET网络通讯。

以下结合附图说明和具体实施例对本发明的监测方法做进一步的详细描述。

参见图3、图4、图5，各部分的电源供电可由太阳能电池来完成，它通过连接uc3906芯片与Im393芯片相应的管脚，组成太阳能电池供电装置1301，通过连接1501芯片，2576芯片的相应管脚，形成电源输出端1303，再通过连接插头1304的管脚与太阳能电源的输出端1303的相应管脚来为用电器供电。通过电源的插头1304用导线把电源和主控制单元和监测单元中的电源插头连接起来为各个单元供电。通过相应的管脚把降雨检测模块1302与该电源模块相连。参见图2，除了导线倾斜角监测单元104由于受测量传感器的限制只能安装在导线上(即高压端)，其电源通过感应电源方式来完成供电外，主控制单元2、覆冰及舞动监测单元101、气象环境监测单元102、视频监测单元103安装在送电线路杆塔上(即接地端)，因此在同一杆塔上的主控制单元2、覆冰及舞动监测单元101、气象环境监测单元102、视频监测单元103便可以用同一个太阳能电池来供电，这个太阳能电池通过多个插头接将相应的各个监测单元和主控制单元连接起来。

参见图6，主控制单元中的主控制模块用MEGA64或MEGA128单片机1201与nFR905模块1101，MC55的GSM/GPRS模块1401的相应的管脚连接起来。它通过插头与电源插头用导线连接供电。并且在其中插入SIM卡5。其中nRF905 1101是单片射频发射器芯片，可以自动完成处理字头和CRT(循环冗余码校验)的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与主控制器模块的SPI接口相连，用来发送接收数据。nRF905 1101采用VLSIShockBurst技术，ShockBurst技术使nRF905 1101能够提供高速的数据传输，通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内，nRF905 1101提供给应用的微控制器一个SPI接口，速率由微控制器自己设定的接口速度决定。nRF905 1101通过ShockBurst工作模式在RF以最大速率进行连接时降低数字应用部分的速度来降低在应用中的平均电流消耗。ANT1和ANT2输出脚给天线提供稳定的RF输出。这两个脚必须有连接到VDD PA的直流通路，通过RF扼流圈，或者通过天线双极的中心点。

参见图7，监测单元中的监测模块用MEGA8芯片105把NRF905 106相应的管脚连接起来，使之通过NRF905模块106与主控制器单元相互通讯。参见图1，主控制单元与各个监测单元之间均是通过NRF905模块进行通讯的，多个NRF905模块可以组成一个短距离无线通讯网3。在这个网络中的各个监测单元均可以与主控制单元进行通讯。由于采用无线短距离通讯方式，解决了各监测单元相互间不等电位所造成的不能直接连线通讯的问题，参见图2，除了导线倾斜角监测单元104由于受测量传感器的限制只能安装在导线上(即高压端)，其电源通过感应电源方式来完成供电外，主控制单元2、覆冰及舞动监测单元101、气象环境监测单元102、视频监测单元103安装在送电线路杆塔上(即接地端)，它们之间的电位是不等的，不能直接连线进行通讯，因此使用短距离无线通讯方式，从而将各种送电线路在线监测功能融为一体，系统配置也更加灵活，可以任意增减系统的各种监测子单元。

参见图8，MEGA64单片机1201通过RS-232标准与Internet网络通讯设备8连接。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。其中，当使用MC55芯片时，利用GSM/GPRS模块是使用异步接口遵照ITU-TV.24协议完成数据传输。并且MEGA64单片机1201通过SPI与短距离无线通讯模块11进行连接，主控制器模块通过太阳能电池来供电，而太阳能电池通过太阳能板4接收太阳能，接收到的太阳能储存到电池组6，再通过DC/DC模块7来供电。

参见图9，在各个监测单元内，监测系统通过各种传感器107获得模拟信号，模拟信号通过A/D转换器来进行数据转换，转换的数字信号通过MEGA8单片机105来处理，MEGA8单片机105通过SPI与Nrf905模块106相连。而它的供电是通过太阳能电池来供电，而太阳能电池通过太阳能板4接收太阳能，接收到的太阳能储存到电池组6，再通过DC/DC模块7完成的。

参见图10，主控制单元采用MEGA64CPU，INTERNET网络设备采用SIMENS MC55GPRS模块，无线通讯模块采用nRF905无线通讯模块，电源控制器采用太阳能电源。

主控制单元执行如下步骤：

1)连接主控制单元和电源控制器、接通太阳能电源，初始化INTERNET网络设备与主站建立网络连接；

2)初始化短距离无线模块；

3)主控制模块判断是否到定时的一分钟时间，若是则转下一步，若否则转步骤5)；

4)通过nRF905无线通讯模块，按照监测单元个数依次召唤各监测单元监测数据，若收到该模块发回的数据则召唤下一个模块的数据，若没收到返回数据，则重新召唤该监测单元数据，最多召唤3次，若仍然收不到返回数据，则将该检测单元数据最高位置1，转招下一个监测单元的数据，直至召唤完毕；

5)判断所召唤的数据是否越限而需要报警？如果是，则打包越限参数数据，通过SIMENSMC55 GPRS模块将数据发往主站，执行下一步；如果否，直接下一步；

6)是否到向主站发送数据时间？若是则打包数据，执行下一步，若否，则转步骤8)；

7)通过所述INTERNET网络向主站发送数据，主站接收该数据；

8)是否收到主站召唤数据命令，若是，则执行下一步，若否则转步骤10)；

9)通过所述SIMENS MC55 GPRS模块和INTERNET网络向主站发送数据，主站接收该数据；

10)返回第3)步。

参见图11，各监测单元采用MEGA8 CPU，无线通讯模块采用nRF905无线通讯模块，电源采用太阳能电源或感应电源。

各监测单元执行如下步骤：

1)连接某监测单元和电源控制器、nRF905无线通讯模块、传感器，接通太阳能电源和/或高压线感应电源，启动监测单元并进行初始化；

2)是否到达采集数据时间，若是，则读取传感器数据并转下一步，若否，则直接转步骤3)；

3)判断数据是否越限，若是则转下一步，若否则判断转步骤5)；

4)通过无线通讯模块向主模块发送报警数据；

5)判断是否收到主控制单元发来的召唤数据命令？若是则转下一步，若否则转步骤7)；

6)通过nRF905无线传输模块，向主控制单元主动发送报警数据；

7)判断没收到主控制单元召唤数据命令的持续时间是否超过2分钟，若是则执行下一步，若否，则转步骤8)；

8)重新初始化nRF905无线通讯模块；

9)返回步骤2)。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (4)

1.一种送电线路综合在线监测系统，包括：用于接收各种送电线路的传感器信号的至少一个送电线路监测单元(1)，用于发送数据到互联网络的主控制单元(2)，用于给所述送电线路监测单元(1)及主控制单元(2)供电的供电装置(13)，所述主控制单元(2)包括主控制模块(12)，所述送电线路监测单元(1)上还连接有短距离无线通讯模块(11)，所述主控制单元(2)也连接有短距离无线通讯模块(11)，并彼此组成短距离无线通讯网络(3)，所述送电线路监测单元(1)采集的传感器数据通过所述短距离无线通讯网络(3)将数据传送给主控制单元(2)统一经互联网通讯设备(14)发送，其特征在于：所述的送电线路监测单元(1)包括覆冰监测单元、导线舞动监测单元、气象环境监测单元、导线倾斜角监测单元、导线振动监测单元、导线张力监测单元、导线温度监测单元、绝缘子串风偏角监测单元、引流板接头温度监测单元、绝缘子泄漏电流监测单元、光缆电腐蚀监测单元、杆塔及线路雷击监测单元、杆塔及线路防盗报警监测单元和输电线路视频监测单元，所述的供电装置(13)是感应电源或者是太阳能电源，安装在杆塔接地端的各种监测单元统一由太阳能电源(13)供电，而安装在高压侧的各监测单元则由独立的感应电源或太阳能电源供电，所述的太阳能电源(13)采用型号为uc3906的芯片和型号为AP1501的芯片构成，所述的主控制模块(12)采用MEGA64单片机或MEGA128单片机，所述的短距离无线通讯模块(11)采用SPI接口并且由nRF905单片射频发射器芯片构成。

2.根据权利要求1所述的送电线路综合在线监测系统，其特征在于所述的互联网通讯设备(14)与主控制模块(12)采用RS-232标准通讯。

3.采用如权利要求1或2任一所述的送电线路综合在线监测系统的监测方法，其特征在于所述的主控制单元执行如下步骤：

1)连接主控制单元和电源控制器、接通太阳能电源，初始化短距离无线通讯网络设备与主站建立网络连接；

2)初始化短距离无线通讯模块；

3)主控制模块判断是否到定时的一分钟时间，若是则转下一步，若否则转步骤5)；

4)通过短距离无线通讯模块，按照监测单元个数依次召唤各监测单元监测数据，若收到该模块发回的数据则召唤下一个模块的数据，若没收到返回数据，则重新召唤该监测单元数据，最多召唤3次，若仍然收不到返回数据，则将该检测单元数据最高位置1，转招下一个监测单元的数据，直至召唤完毕；

5)判断所召唤的数据是否越限而需要报警？如果是，则打包越限参数数据，通过短距离无线通讯网络将数据发往主站，执行下一步；如果否，直接下一步；

6)是否到向主站发送数据时间？若是则打包数据，执行下一步，若否，则转步骤8)；

7)通过所述短距离无线通讯网络向主站发送数据，主站接收该数据；

8)是否收到主站召唤数据命令，若是，则执行下一步，若否则转步骤10)；

9)通过所述短距离无线通讯网络向主站发送数据，主站接收该数据；

10)返回第3)步。

4.如权利要求3所述的送电线路综合在线监测系统的监测方法，其特征在于所述的各监测单元执行如下步骤：

1)连接某监测单元和电源控制器、短距离无线通讯模块、传感器，接通太阳能电源和/或高压线感应电源，启动监测单元并进行初始化；

2)是否到达采集数据时间，若是，则读取传感器数据并转下一步，否则直接转步骤3)；

3)判断数据是否越限，若是则转下一步，若否则判断转步骤5)；

4)通过短距离无线通讯模块向主控制单元发送报警数据；

5)判断是否收到主控制单元发来的召唤数据命令？若是则转下一步，若否则转步骤7)；

6)通过短距离无线通讯模块，向主控制单元主动发送报警数据；

7)判断没收到主控制单元召唤数据命令的持续时间是否超过2分钟，若是则执行下一步，若否，则转步骤8)；

8)重新初始化短距离无线通讯模块；

9)返回步骤2)。

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