CN101478180B

CN101478180B - 一种输电线路的数字化监测装置

Info

Publication number: CN101478180B
Application number: CN2009100736739A
Authority: CN
Inventors: 杨北革; 吕玉祥; 张雅明; 薛辉; 杨星; 孙帅
Original assignee: Datong Power Supply Co of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Datong Power Supply Co of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2029-01-19
Also published as: CN101478180A

Abstract

本发明涉及一种输电线路的数字化监测装置，主要结构包括主机箱、支架、风速传感器、风向传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器、线缆温度传感器、弧形支架、转动风杯、风向标、GPRS移动通讯天线、摄像机构、太阳能电池板、蓄电池、屏蔽电路箱、电路板、计算机处理器、打印机、信息传输器，通过各传感器摄取温度、湿度、风向、风速信息，通过摄像机构摄取线路运行情况，通过GPRS移动通讯天线传输主机箱、摄像机摄取的信息，并传输给地面计算机处理器进行程序化运算处理并打印，此装置集信息化、数字化、程序化技术于一身，实现全天候在线、远程、监控测量，安全、稳定、可靠、准确、迅速，填补了此类技术的科研空白。

Description

一种输电线路的数字化监测装置

技术领域

本发明涉及一种输电线路的数字化监测装置，属架空高压输电线路的远程在线监测设备的技术领域。

背景技术

架空高压输电线路是电力系统的重要组成部分，高压输电线缆是金属器件，由于气候冷热的变化、运行负荷承载的压力、线路本身的老化、连接部分的松动、触头间的变形、器件质量的好坏、安装调试压紧不足等都会引起高压线缆线芯的电阻增大，在高压电流通过时，温度升高，极易造成线缆及配套设备老化，绝缘下降，严重的还能触发电弧短路，甚至烧坏设备，扩大输电线路的损坏范围，降低使用寿命，尤其是输送容量较高线路的动静触头、主变线缆发热现象更为严重，故障率很高，事故频发；由于输电线路是高压带电设备，发热点不便检测、且难以发现，严重的影响了电力系统的安全运行和可靠供电。

目前，高压线路的检测方法主要是巡检人员定期用热像仪或点温仪对设备进行监视，此方法也只能测量当时的情况，不能实现实时检测，更不能告警，巡检时间间隔、测量角度、测量部位都难以掌握，而且测量数据的准确性更是难以辨别，极容易出现漏检、错检，使架空高压线路的检测成了一大难题，极大的影响了架空高压输电线路的正常运行。

发明内容

发明目的

本发明的发明目的就是针对背景技术的不足，设计一种架空高压输电线路的远程在线数字化监测装置，采用双屏蔽电路板、风速传感器、风向传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器、线缆温度传感器、摄像机、太阳能电池、GPRS移动通讯天线、信息传输器、计算机处理器、打印机，集信息采集、信息传输、信息处理于一体，对高压输电线路进行全天候的远程在线自动检测，以大幅度提高输电线路的监测质量和效率。

技术方案

本发明主要结构由：主机箱、支架、风速传感器、风向传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器、线缆温度传感器、弧形支架、GPRS移动通讯天线、风速杯、风向标、摄像机构、太阳能电池板、蓄电池、屏蔽电路箱、电路板、计算机处理器、打印机、信息传输器组成；在主机箱1的下部为支架2，主机箱1的上部中间位置设有主轴3，主轴3上部为风速传感器4，并由螺栓18固定，在风速传感器4的上部为风杯轴21，风杯轴21上设有三个凸凹形风速杯10；在主轴3的右侧部设有弧形支架6，并由支架座40固定，弧形支架6上部联接风向传感器5，并由支架座41固定；风向传感器5的上部为风标轴7，风标轴7上设有风向标8、风标锤9；在主机箱1的上部前面中间位置设有天线座14，天线座14上部为GPRS移动通讯天线13；在主机箱1的左侧部设有信息传输器34、摄像机接口20；在机箱1的右侧部并排设有五个接线座22；在主机箱1内部左侧设置屏蔽电路箱25，屏蔽电路箱25内设置电路板26及接线柱27，主机箱1内右侧设有蓄电池23及接线柱24，主机箱1内中间设有环境温度传感器28、环境湿度传感器29；支架2通过安装孔17与输电线塔固定联接；在主机箱1的左部平行位置摄像机构19；在主机箱1的右部线缆上设置线缆温度传感器11；在主机箱1的下部地面设置计算机处理器36；主机箱1、摄像机构19、线缆温度传感器11平行安装在架空输电线缆的架线塔及线缆上；摄像机构19通过导线与主机箱1上的摄像机接口20联接；线缆温度传感器11与主机箱1上的信息传输器34无线传输信息；主机箱1通过GPRS移动通讯天线13与地面的计算机处理器36无线传输信息；在主机箱1下部的支架2上设置避雷针42；主机箱1上角部设有吊耳15。

所述的主机箱1为矩形，用不锈钢材料制作、屏蔽设置，主机箱1内左部为屏蔽电路箱25，屏蔽电路箱25内为电路板26及接线柱27；主机箱1内右部为12V蓄电池23及接线柱24；主机箱1的中间位置设有环境温度传感器28、环境湿度传感器29，屏蔽电路箱25用金属铝、铜材料制作，电路板26在主机箱1、屏蔽电路箱25内形成内外双屏蔽保护结构。

所述的摄像机构19，下部为摄像座32，上部为摄像机30、摄像头31，摄像座32后上部为太阳能电池板12，摄像座32上设有避雷针43，摄像座32通过安装孔44与架线塔固定联接。

所述的计算机处理器36，下部为键盘37，右部为打印机39，左部为信息传输器35，之间通过导线38联接，通过信息传输器35、GPRS移动通讯天线与主机箱1无线传输监测信息。

所述的电路板26，由微计算机控制电路IC1、GPRS移动通讯数据传输电路IC2、电能输入电平转换电路IC3、电平转换电路IC4、电源管理电路IC5、信息存储电路IC6、复位电路IC7、时钟电路IC8、调试电路IC9、时钟供电电路IC10、数据采集传输接口电路IC11、视频采集传输电路IC12，电能输出电平转换电路IC13组成整体电路，各分电路由导线联接，电路板26在屏蔽箱内保护运行。

计算机控制电路IC1的微计算机处理器CPU的运行程序如下：

/^**--------------File Info-------------------------------------------------------------------------------

^**File name： main.c

^**Last Version： 1.0

^**Descriptions： The main()function

*************************************************************************/

#include ″config.h″

void PowerManagement(uint8 BatType)；

void DataCollect(void)；

void SendData(void)；

void SendPic(void)；

void RingDeal(void)；

void SMSDeal(void)；

void GPRSDeal(void)；

#define IID 0

#define VERION_1 1

#define VERION_2 2

_align(4) uint8 para[PARANUM]＝{

IID， //ID

VERION_1，VERION_2，//Verion

5， //Period_collect

12， //Period_send

60， //Period_pic

1， //Preset_enable

′1′，′3′，′4′，′5′，′3′，′1′，′0′，′1′，′4′，′8′，′1′，//number_phone

′s′，′x′，′h′，′c′，′d′，′q′，′.′，′g′，′i′，′c′，′p′//IpAddress

，′.′，′n′，′e′，′t′，′:′，′3′，′0′，′0′，′0′，0

}；

uint8 ^*ID＝para；

uint8 ^*Verion＝para+1；

uint8 ^*Period_collect＝para+3；

uint8 ^*Period_send＝para+4；

uint8 ^*Period_pic＝para+5；

uint8 ^*Preset_enable＝para+6；

uint8 ^*number_phone＝para+7；

uint8 ^*IpAddress＝para+18；

_align(4) uint8 Databuffer[20000]；

uint8 time[6]＝{9，1，1，0，0，0}；

uint8 Sensorbuffer[10000]；

uint8 CollectTimes＝0；//实际的采集次数，可能小于Period_send

uint16 Sensor_count＝0；

const uint8 Sensor_select＝(1＜＜0)|(1＜＜1)|(1＜＜2)；

volatile uint8 SMS_EN＝0；

volatile uint8 MSG_GPRS＝0；

volatile uint8 MSG_SMS＝0；

volatile uint8 MSG_RING＝0；

volatile uint8 MSG_IGNORE＝0；

volatile uint8 MSG_MINUTE＝0；

volatile uint8 MSG_COLLECT＝0；

volatile uint8 MSG_SEND＝0；

volatile uint8 MSG_PIC＝0；

volatile uint8 MSG_LOWBAT＝0；

volatile uint8 Timecount_collect＝0；

volatile uint8 Timecount_send＝0；

volatile uint8 Timecount_pic＝0；

volatile uint8 Period_autoread＝0；

volatile uint8 Period_autoshut＝0；

volatile uint8 Pic_BackupIndex＝0；

volatile uint8 Pic_BackupNum＝0；

uint8 cmd_response[60]；

void LPC2368Ini(void)

{

PCONP ＝(1＜＜3)|(1＜＜4)|(1＜＜9)；

IO1DIR |＝CAMERA|OBLIQUITY|WIND；

IO1CLR |＝ CAMERA|OBLIQUITY |WIND； //关闭摄像机电源

FIO2DIR |＝(1＜＜12)|(1＜＜13)；

FIO2CLR |＝(1＜＜13)；

FIO2SET |＝(1＜＜12)；

para_restore(Databuffer，PARANUM)；

if((VERION_1！＝Databuffer[1])‖(VERION_2！＝Databuffer[2]))

{

para_store(para，PARANUM)；

}

para_restore(para，PARANUM)；

mc55_ignite()；

UART0_Ini(115200)；

Uart0_SendString(″at\r\n″)；

Delay(100)；

RTC_Ini()；

RTC_Read(Databuffer)；

if(Databuffer[0]＜9‖Databuffer[0]＞15) //如果是上电复位，则重设时钟

{

RTC_Set(time)；

}

watchdog_ini()； //启动看门狗

U0IER＝1；

IRQEnable()； //向量中断使能

}

/***********************************************************************************

**********************

^**函数名称：main

^**函数功能：

***********************************************************************************

**********************/

int main(void)

{

LPC2368Ini()；

Databuffer[0]＝1；

while(1)

{

WireTemp_measure(Databuffer)；

Delay(1000)；

}

while(1)

{

while(1＝＝MSG_MINUTE) //一分钟间隔到来？

{

MSG_MINUTE＝0；

PowerManagement(PICEN)；

U0IER＝0；

if(1＝＝MSG_COLLECT) //采集周期到？

{

MSG_COLLECT＝0；

DataCollect()；

}

if((1＝＝MSG_SEND)&&(Sensor_select)) //发送周期到，且有传感器工作？

{

MSG_SEND＝0；

SendData()；

}

if((1＝＝MSG_PIC)&&(Sensor_select&(1＜＜7))) //图片采集周期到？

{

MSG_PIC＝0；

SendPic()；

}

U0IER＝1；

}

while(1＝＝MSG_RING) //有来电？

{

MSG_RING＝0；

RingDeal()；

U0IER＝1；

}

while(1＝＝MSG_SMS) //SMS相关消息

{

MSG_SMS＝0；

SMSDeal()；

U0IER＝1；

}

while(1＝＝MSG_GPRS) //GPRS相关消息

{

MSG_GPRS＝0；

GPRSDeal()；

U0IER＝1；

}

if(1＝＝MSG_IGNORE)

{

MSG_IGNORE＝0；

MSG_GPRS＝1；

} //若还需要一个循环

else

{

PCON＝1；

}

watchdog_feed()；

}

return(0)；

所述的输电线路的数字化监测装置，实施监测运行程序如下：

(1)主机箱、蓄电池、电路板、环境温度传感器、环境湿度传感器、线缆温度传感器、风速传感器、风向传感器、转动风杯、风向标、GPRS移动通讯天线、摄像机构、太阳能电池板、计算机处理器、打印机均处于准工作状态；

(2)主机箱及其上部的各部件置于高压输电线缆的架线塔上；摄像机构及太阳能电池板平行主机箱架设在架线塔上，并对准输电线缆；线缆温度传感器置于输电线缆上；计算机处理器置于地面控制室内；

(3)在地面控制室内，计算机处理器通过GPRS移动通讯天线指令主机箱开机运行，电路板实时电路运行，并发出各功能指令，环境温度、环境湿度、线缆温度、风向、风速传感器传输数字信息；

(4)摄像机构在太阳能电池板供电状态下，对准输电线路摄取线缆运行情况及表面状态，并把信息传输给地面计算机处理器；

(5)地面计算机处理器把主机箱摄取的环境温度、环境湿度、线缆温度、风向、风速信息进行数字化程序化运算，并指令打印机打印监控测量数据，从而完成了全天候的远程、在线、无线通讯传输、计算机处理测量的全过程。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，它是根据架空高压输电线路的线路长、架空、高压、温度、湿度、风力环境恶劣的实际情况，设计的一种在线、远程、信息化、数字化监测装置，GPRS移动通讯天线与地面计算机处理器联网，计算机处理器通过程序化数字化信息处理，并指令打印机打印出监测数据，供监控人员判断处理，此装置设置布局合理，可远距离、同步、在线全天候的监测架空高压输电线路的运行情况、故障情况，并通过GPRS移动通讯天线联网传输输电线路信息，实现了信息化、数字化监控，安全、稳定、可靠、准确，信息传输快、数字化计算误差小，摄像监控同步迅速，是十分理想的架空高压输电线路的全天候的远程在线数字化监控装置，此装置填补了此类技术的科研空白。

附图说明

图1为监测装置整体结构及周边布置图

图2为图1的主机箱的A-A剖面图

图3为摄像机构结构图

图4为计算机处理器布置图

图5为电路板电路图

图中所示，附图标记清单如下：

1、主机箱，2、支架，3、主轴，4、风速传感器，5、风向传感器，6、弧形支架，7、风标轴，8、风向标，9、风标锤，10、凸凹形风杯，11、线缆温度传感器，12、太阳能电池板，13、GPRS移动通讯天线，14、天线座，15、吊耳，16、螺栓，17、安装孔，18、螺栓，19、摄像机构，20、摄像机接口，21、风杯轴，22、接线座，23、蓄电池，24、接线柱，25、屏蔽电路箱，26、电路板，27、接线柱，28、环境温度传感器，29、环境湿度传感器，30、摄像头，31、摄像孔，32、摄像机座，33、信息传输器，34、信息传输器，35、信息传输器，36、计算机处理器，37、键盘，38、导线，39、打印机，40、支架座，41、支架座，42、避雷针，43、避雷针，44、安装孔。

IC1、微计算机控制电路，IC2、GPRS移动通讯天线数据传输电路，IC3、电能输入电平转换电路，IC4、电平电路，IC5、电源管理电路，IC6、信息存储电路，IC7、复位电路，IC8、时钟电路，IC9、调试电路，IC10、时钟供电电路，IC11、数据采集传输接口电路，IC12、视频采集传输电路，IC13、电能输出电平转换电路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1所示，为主机箱整体结构及周边布置图。

主机箱1是本装置的主体，用不锈钢材料制作，安装固定在高空高压输电线塔上，环境恶劣，要强度好、耐腐蚀，还可起到屏蔽保护作用，主机箱1内置放的蓄电池23为12V高能固体电池，供控制电路及传感器使用；电路板26设置在屏蔽箱25内，屏蔽箱用铝、铜制作，对电路板26起到了保护作用，使电路板不受雷电风雨雪袭击；主机箱1内的环境温度传感器28、环境湿度传感器29是测量高压线塔周边环境的温度湿度情况的。

主机箱1上部的主轴3上设置风速传感器4及凸凹形风速杯10，中间为轴承，风速传感器4可把风速杯转动的速度信息传输给电路板26。

在主机箱1上部主轴3上装有弧形支架6，弧形支架6上设置风向传感器5、风向标8，风向标8为叶片形，便于风吹动、对称设有风标锤，中间为轴承，便于在风标轴7上转动灵活，风向传感器可把风向信息传输给电路板26。

电路板26通过接线座22、导线与风速、风向、环境温度、环境湿度传感器联接。

在输电线缆上设置线缆温度传感器11，通过无线通讯把温度信息传输给主机箱1的电路板26。

在主机箱1上设有GPRS移动通讯天线13，可把高压输电线塔线缆周边的温度、湿度、风速、风向及图像信息传输给地面的计算机处理器36。

摄像机构19与主机箱1平行安装在架线塔上，并通过摄像接口20联接，可把输电线路的风向、风速及周边环境进行摄像，并通过GPRS移动通讯天线发射给地面计算机处理器36，太阳能电池板12向上倾斜，对准太阳。

本装置为低功耗设计，以节省电能。

在支架2上设置避雷针42，在摄像机构19上设置避雷针43，并接地，以防雷击。

图2所示，为主机箱1内部结构图，左部为屏蔽电路箱25，中间为环境温度传感器28、环境湿度传感器29、右部为蓄电池23；电路板26装在屏蔽电路箱25内，屏蔽电路箱25又装在主机箱1内，均是用金属导电材料制作，形成内外双层屏蔽保护，使电路板26更加安全，不受雷电雨雪风袭击，运行更加稳定可靠。

图3所示，为摄像机构19结构图，在摄像机座32上设置摄像机30、摄像头31、侧部设置信息传输器33，机座32上部设有太阳能电池板12，太阳能电池的电能供摄像机使用，还可通过导线供主机箱1的蓄电池23蓄存电能，在摄像机座32上设有避雷针43，摄像机构19通过导线与主机箱1上的摄像机接口20联接，也可进行无线传输，摄像头31对准输电线路摄取线缆温度变化及覆冰情况。

图4所示，为地面室内设置的计算机处理器及布置图，计算机处理器36左侧部设有信息传输器35、右部通过导线联接打印机39、前部为键盘37、计算机处理器36通过GPRS移动通讯天线与输电线塔上的主机箱1联通，并把传输回的风向、风速、温度、湿度、摄像信息进行数字化程序运算处理，并指令打印成文，从而及时获得架空高压输电线路的各种信息，并做出判断，实现全天候远程、在线、信息、数字化监测。

图5所示，为电路板26的电路图，以计算控制电路IC1以微计算机处理器CPU为中心，控制各分电路，各分电路协调配合，组成整体电路，此电路是监测装置的主体，各部位置要正确，联接关系要合理，电路板26置于双重屏蔽箱内，安全稳定可靠，IC1的微计算机CPU处理器采用计算机程序处理，源程序编制要正确、合理、符合编程逻辑。

Claims

1.一种输电线路的数字化监测装置，其特征在于：主要结构由：主机箱、支架、风速传感器、风向传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器、线缆温度传感器、弧形支架、GPRS移动通讯天线、风速杯、风向标、摄像机构、太阳能电池板、蓄电池、屏蔽电路箱、电路板、计算机处理器、打印机、信息传输器组成；在主机箱(1)的下部为支架(2)，主机箱(1)的上部中间位置设有主轴(3)，主轴(3)上部为风速传感器(4)，并由螺栓(18)固定，在风速传感器(4)的上部为风杯轴(21)，风杯轴(21)上设有三个凸凹形风速杯(10)；在主轴(3)的右侧部设有弧形支架(6)，并由支架座(40)固定，弧形支架(6)上部联接风向传感器(5)，并由另外的支架座(41)固定；风向传感器(5)的上部为风标轴(7)，风标轴(7)上设有风向标(8)、风标锤(9)；在主机箱(1)的上部前面中间位置设有天线座(14)，天线座(14)上部为GPRS移动通讯天线(13)；在主机箱(1)的左侧部设有信息传输器(34)、摄像机接口(20)；在主机箱(1)的右侧部并排设有五个接线座(22)；在主机箱(1)内部左侧设置屏蔽电路箱(25)，屏蔽电路箱(25)内设置电路板(26)及接线柱(27)，主机箱(1)内右侧设有蓄电池(23)及接线柱(24)，主机箱(1)内中间设有环境温度传感器(28)、环境湿度传感器(29)；支架(2)通过安装孔(17)与架空输电线缆的架线塔固定联接；在主机箱(1)外的左部平行设置摄像机构(19)；在主机箱(1)外的右部线缆上设置线缆温度传感器(11)；在主机箱(1)的下部地面设置计算机处理器(36)；主机箱(1)、摄像机构(19)、线缆温度传感器(11)平行安装在架空输电线缆的架线塔及线缆上；摄像机构(19)通过导线与主机箱(1)上的摄像机接口(20)联接；线缆温度传感器(11)与主机箱(1)上的信息传输器(34)无线传输信息；主机箱(1)通过GPRS移动通讯天线(13)与地面的计算机处理器(36)无线传输信息；在主机箱(1)下部的支架(2)上设置避雷针(42)；主机箱(1)上角部设有吊耳(15)。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路的数字化监测装置，其特征在于：所述的主机箱(1)为矩形，用不锈钢材料制作、屏蔽设置，主机箱(1)内右侧设置的所述电池(23)为12V蓄电池；屏蔽电路箱(25)用金属铝、铜材料制作，电路板(26)在主机箱(1)、屏蔽电路箱(25)内形成内外双屏蔽保护结构。

3.根据权利要求1所述的一种输电线路的数字化监测装置，其特征在于：所述的摄像机构(19)，下部为摄像座(32)，上部为摄像机(30)、摄像头(31)，摄像座(32)后上部为太阳能电池板(12)，摄像座(32)上设有避雷针(43)，摄像座(32)通过安装孔(44)与架空输电线缆的架线塔固定联接。

4.根据权利要求1所述的一种输电线路的数字化监测装置，其特征在于：所述的计算机处理器(36)，下部为键盘(37)，右部为打印机(39)，左部为信息传输器(35)，计算机处理器(36)、打印机(39)、信息传输器(35)之间通过导线(38)联接，通过计算机处理器(36)左部的信息传输器(35)、主机箱(1)上的GPRS移动通讯天线与主机箱无线传输监测信息。

5.根据权利要求1所述的一种输电线路的数字化监测装置，其特征在于：所述的电路板(26)，由微计算机控制电路(IC1)、GPRS移动通讯数据传输电路(IC2)、电能输入电平转换电路(IC3)、电平转换电路(IC4)、电源管理电路(IC5)、信息存储电路(IC6)、复位电路(IC7)、时钟电路(IC8)、调试电路(IC9)、时钟供电电路(IC10)、数据采集传输接口电路(IC11)、视频采集传输电路(IC12)，电能输出电平转换电路(IC13)组成整体电路，各分电路由导线联接，电路板(26)在屏蔽电路箱内保护运行。

6.根据权利要求1所述的一种输电线路的数字化监测装置，其特征在于：所述的输电线路的数字化监测装置，实施监测运行程序如下：

(1)主机箱、蓄电池、电路板、环境温度传感器、环境湿度传感器、线缆温度传感器、风速传感器、风向传感器、风速杯、风向标、GPRS移动通讯天线、摄像机构、太阳能电池板、计算机处理器、打印机均处于准工作状态；

(2)主机箱及其上部的各部件置于架空输电线缆的架线塔上；摄像机构及太阳能电池板平行主机箱架设在架线塔上，并对准输电线缆；线缆温度传感器置于输电线缆上；计算机处理器置于地面控制室内；