CN101603850A - 一种特高压输电线路在线监测系统 - Google Patents

一种特高压输电线路在线监测系统 Download PDF

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CN101603850A CNA2009101512379A CN200910151237A CN101603850A CN 101603850 A CN101603850 A CN 101603850A CN A2009101512379 A CNA2009101512379 A CN A2009101512379A CN 200910151237 A CN200910151237 A CN 200910151237A CN 101603850 A CN101603850 A CN 101603850A
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刘洪涛
郑永平
康励
高选
王钢
赵全江
李翔
明安特
郭先弼
祁利
杜勇
覃绍先
吴向东
伊仁图太
武军利
吴向阳
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Xi'an Simul Electric Co Ltd
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Xi'an Simul Electric Co Ltd
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Abstract

本发明提供特高压输电线路在线监测系统，包括：数据采集终端采集输电线路导线的综合荷载、导线温度、杆塔倾斜角度、绝缘子串倾斜角度、绝缘子串泄露电流、气象信息、输电导线振动和杆塔振动，将上述采集的各个信号发送至中央数据处理单元；中央数据处理单元对上述各个信号进行抗干扰处理后，打包通过无线通讯网络发送至后台分析装置；并在GIS电子地图上显示数据信息，后台分析装置根据上述各个信号并结合数学模型判断输电线路是否出现异常，当出现异常时，及时发出报警信息。本发明对采集的数据进行了抗干扰处理，可以屏蔽特高压强电磁场的干扰，准确监测特高压输电线路的工作状态。

Description

一种特高压输电线路在线监测系统
技术领域
本发明涉及特高压输电设备技术领域，特别涉及一种特高压输电线路在线监测系统。
背景技术
由于我国可开发的水电资源近2/3在西部，煤炭资源的2/3在山西、陕西和内蒙古；但是我国2/3的用电负荷却分布在东部沿海和京广铁路沿线以东的经济发达地区。这样，就需要把能源基地发电的电量输送至电力需求大的中东部地区。
为了减少输电损耗，提高输电质量，我国目前开始研制特高压输电技术。特高压交流输电，是指1000kV及以上电压等级的交流输电工程及相关技术。特高压输电技术具有远距离、大容量、低损耗和经济性等特点。
但是，特高压输电线路的电压等级很高，这样就需要监测特高压输电线路工作是否正常，以免发生输电故障。现有低电压等级的输电线路在线监测系统抗干扰能力差，不能直接应用在特高压输电线路中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种特高压输电线路在线监测系统，能够抵抗强电磁场的干扰，准确监测输电线路的运行状况。
本发明一种特高压输电线路在线监测系统，包括：数据采集终端、中央数据处理单元、无线通讯网络、后台分析装置和地理信息显示装置；
所述数据采集终端，用于采集输电线路导线的综合荷载、导线温度、杆塔倾斜角度、绝缘子串倾斜角度、绝缘子串泄露电流、气象信息、输电导线振动和杆塔振动，并将上述采集的各个信号发送至所述中央数据处理单元；
所述中央数据处理单元，用于对上述各个信号进行抗干扰处理后，打包通过所述无线通讯网络发送至所述后台分析装置；
所述后台分析装置，用于根据上述各个信号并结合数学模型判断输电线路是否出现异常，当出现异常时，及时发出报警信息；
所述地理信息显示装置将后台分析装置接收的数据显示在地理信息显示装置。
优选地，所述数据采集终端包括设置在杆塔横担的第一片绝缘子上的重力传感器，用于测量导线承担的综合荷载，发送所述综合荷载至所述中央数据处理单元。
优选地，所述数据采集终端包括设置在导线节点上的导线温度传感器，用于测量导线温度，发送所述温度至所述中央数据处理单元。
优选地，所述数据采集终端包括倾斜角传感器，用于监测杆塔或绝缘子串的倾斜角度，发送所述倾斜角度至所述中央数据处理单元。
优选地，所述数据采集终端包括设置在杆塔最后一片绝缘子上的泄露电流传感器，用于测量绝缘子串泄露电流，发送所述泄露电流至所述中央数据处理单元。
优选地，所述数据采集终端包括振动传感器，用于测量输电导线振动和杆塔振动，发送振动信号至所述中央数据处理单元。
优选地，所述中央数据处理单元，用于对上述各个信号进行抗干扰处理后，打包通过所述无线通讯网络发送至所述后台分析装置，具体为：采用纠错功能的数据编码技术对信号进行数据编码，采用数据压缩技术对信号进行打包，采用路由探测技术选择合适的数据群发时间。
优选地，所述数据采集终端还包括摄像机，用于拍摄输电线路杆塔、导线、绝缘子串及金具，将拍摄的图像发送至所述后台分析装置，并以三维的方式展显在GIS电子地图上。
优选地，所述传感器的信号传输线采用双层屏蔽线；其中，
所述双层屏蔽线的外层屏蔽在输电铁塔的绝缘子的铁头处接地；
所述双层屏蔽线的内层屏蔽在传感器位置接地。
所述数据采集终端包括环境温度传感器、风向传感器和风速传感器，用于测量气象信息，将所述气象信息发送至所述中央数据处理单元。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的特高压输电线路在线监测系统，数据采集终端可以同时监测输电线路的综合荷载、导线温度、杆塔倾斜角度、绝缘子串倾斜角度、绝缘子串泄露电流、气象信息、输电导线振动和杆塔振动情况，并且发送所述数据至中央数据处理单元，中央数据处理单元对数据进行抗干扰处理后，打包发送至后台分析系统，后台分析系统结合数学模型判断输电线路是否出现异常，如果出现异常则及时报警。同时，本发明还设置了地理信息监测系统，能够同步将数据采集终端采集的数据比较直观的显示在GIS电子地图上，全方位的掌握输电线路的运行情况。本发明对采集的数据进行了抗干扰处理，因此可以屏蔽特高压强电磁场的干扰，准确监测特高压输电线路的工作状态。
附图说明
图1是本发明特高压输电线路在线监测系统第一实施例结构图；
图2是本发明特高压输电线路在线监测系统第二实施例结构图；
图3是本发明特高压输电线路导线监测系统电源原理图；
图4是本发明特高压输电线路导线监测系统微处理器芯片图；
图5是本发明特高压输电线路导线监测系统时钟电路图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图1，该图为本发明特高压输电线路在线监测系统第一实施例结构图。
本发明第一实施例提供的特高压输电线路在线监测系统包括：数据采集终端101、中央数据处理单元102、无线通讯网络103、后台分析装置104和地理信息显示装置105。
所述数据采集终端101，用于采集输电线路导线的综合荷载、导线温度、杆塔倾斜角度、绝缘子串倾斜角度、绝缘子串泄露电流、气象信息、输电导线振动和杆塔振动，并将上述采集的各个信号发送至所述中央数据处理单元102。
所述中央数据处理单元102，用于对上述各个信号进行抗干扰处理后，打包通过所述无线通讯网络发送至所述后台分析装置103。
所述无线通讯网络包括全球移动通讯系统(GSM，Global System forMobile Communications)、码分多址(CDMA，Code-Division Multiple Access)或通用分组无线业务(GPRS，General Packet Radio Service)。
所述中央数据处理单元102对上述各个信号进行抗干扰处理具体为：采用纠错功能的数据编码技术对信号进行数据编码，采用数据压缩技术对信号进行打包，采用路由探测技术选择合适的数据群发时间。
所述后台分析装置103，用于根据上述各个信号并结合数学模型判断输电线路是否出现异常，当出现异常时，及时发出报警信息。
所述地理信息显示装置(GIS，Geographic Information System)104接收所述后台分析装置103处理后的数据，并以电子污区图、电子冰区图，并在数据信息足够的情况下，能够建立三维显示界面显示所述数据。
本发明提供的特高压输电线路在线监测系统，数据采集终端可以同时监测输电线路的综合荷载、导线温度、杆塔倾斜角度、绝缘子串倾斜角度、绝缘子串泄露电流和杆塔振动情况，并且发送所述数据至中央数据处理单元，中央数据处理单元对数据进行抗干扰处理后，打包发送至后台分析系统，后台分析系统结合数学模型判断输电线路是否出现异常，如果出现异常则及时报警。同时，本发明还设置了地理信息监测系统，能够同步将数据采集终端采集的数据比较直观的显示在GIS电子地图上，全方位的掌握输电线路的运行情况，比如电子污区图、电子冰区图、在数据信息足够的情况下，能够建立三维显示界面，并支持多窗口并行的图像及视频显示方式。本发明对采集的数据进行了抗干扰处理，因此可以屏蔽特高压强电磁场的干扰，准确监测特高压输电线路的工作状态。
下面结合图2详细介绍数据采集终端是如何实现数据采集的。
参见图2，该图为本发明特高压输电线路在线监测系统第二实施例结构图。
数据采集终端包括重力传感器201、导线温度传感器202、倾斜角传感器203、泄露电流传感器204和振动传感器205。
重力传感器201安装在绝缘子串第一片绝缘子串上面替代原来的球头挂环，用于测量导线的综合荷载，发送所述综合荷载至所述中央数据处理单元。
重力传感器201采用全不锈钢和特殊结构设计，在结构方面采用单耳和双耳的设计方式，机械性能遵从1000kV相关设计的国家标准，具有耐老化、耐腐蚀、抗变形的功能。重力传感器201采用剪应力测量方式，可承受重力和压力，并且输出对称性好，结构紧凑，安装方便。
重力传感器201承担的综合荷载主要包括：自荷载(绝缘子串的重量、导线的重量、金具的重量)、冰荷载和风荷载。
后台专家分析系统根据安装线路的相关参数，以及该地区的历史气象参数，通过相关计算，并充分考虑无冰时的风荷载，覆冰时的风荷载，得到估算的标准覆冰厚度或近似冰密覆冰厚度。
设置在导线节点上的导线温度传感器，用于测量导线温度，发送所述温度至所述中央数据处理单元。
倾斜角传感器203，用于监测杆塔或绝缘子串的倾斜角度，发送所述倾斜角度至所述中央数据处理单元。
倾斜角传感器203采用了微机械结构技术，集成磁敏电阻芯片以及单片机信号处理技术，能够精确测量倾斜角的大小和跟踪倾斜角的变化。微机械技术的采用很好地解决了一般倾斜角传感器抗振性差的缺陷。集成磁敏电阻芯片采用非接触的方式感应角度的变化，大大提高了产品的可靠性和频响性能。单片机可以对倾斜角传感器203测量的角度进行温度补偿，从而使高温使用时的温度漂移量减小。
设置在杆塔最后一片绝缘子上的泄露电流传感器204，用于测量绝缘子串的泄露电流，发送所述泄露电流至所述中央数据处理单元。
泄漏电流传感器204采用优质丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的三元共聚物(ABS，Acrylonitrile Butadiene Styrene)工程塑料，具有耐老化、耐腐蚀和抗变形的功能。
利用泄漏电流沿表面流过的原理，在绝缘子串靠近铁塔侧的最后一片绝缘子上安装泄漏电流传感器，将泄漏电流通过双层屏蔽线引入到安装于铁塔中部的中央数据处理单元。
泄漏电流传感器204安装在靠近铁塔侧的最后一片绝缘子表面，它离绝缘子的钢帽只有1～2cm，能采集到绝缘子串中的几乎全部泄漏电流而且不影响绝缘子的绝缘性能和输电线路安全运行。
振动传感器205，用于测量输电导线振动和杆塔振动，发送振动信号至所述中央数据处理单元。
振动传感器205采用圆柱形形状，外型尺寸长为50mm，直径为30mm。采用锑化铟薄膜磁敏电阻作为敏感元件，配以放大整形线路，输出信号为准正弦波的交变电压信号。
振动传感器205的底座固定在杆塔的三脚架的交叉处，安装面垂直于振动方向，使被测振动方向与传感器的监测方向一致，振动传感器205所测的信号通过双层屏蔽线发送至中央数据处理单元。
气象传感器206用于测量环境的气象信息，包括环境温度传感器、环境湿度传感器、气压传感器、日照传感器、雨量传感器、风向传感器和风速传感器，上述传感器测量的信息发送至所述中央数据处理单元，中央数据处理单元结合这些信息来验证测量输电线路状况的传感器的测量结构是否准确。
需要说明的是，上述传感器除了导线温度传感器以外其它采集终端都是由太阳能+蓄电池供电。所述蓄电池由太阳能电池板充电。由于导线温度传感器安装在导线节点或金具上，因此导线温度传感器不能采用蓄电池供电，本实施例的导线温度传感器利用导线取电装置。所述导线取电装置安装在导线上，直接从导线上取电来为导线温度传感器供电。
需要说明的是，所述导线温度传感器外设有屏蔽盒，用于避免特高压强电磁场的干扰。
所述数据采集终端还包括摄像机，用于拍摄输电线路的运行状况，将拍摄的图像发送至后台分析系统上，并以三维的方式直观的显示GIS电子地图上。
参见图3，该图为本发明特高压输电线路导线监测系统电源原理图。
电源转换芯片的管脚1和管脚2短接后分别连接电容C17的一端和接地，管脚3和管脚4短接后分别连接电容C17的另一端和供电电源正极BAT+，管脚5、管脚6和管脚7短接后分别连接滤波电容C19的一端和VCC，滤波电容C19的另一端接地。
将供电电源BAT+转化为特高压输电线路导线测温监测系统需要的电压量，为特高压输电线路导线测温监测系统提供一个稳定的工作电压，并减少外界干扰对装置的影响。
参见图4，该图为本发明特高压输电线路导线监测系统微处理器芯片图。
本发明实施例采用的微处理器优选MSP430芯片。
MSP430是具有超低功耗特点的16位单片机，本实施例优选MSP430F149，其功耗电流达到了mA级。
MSP430是功能强大的CPU内核：16位CPU和高效的RISC指令系统，无外扩的数据地址总线，在8MHz时可达到125ns的指令周期，具有16个快速响应中断，能及时处理各种紧急事件。并且MSP430具有丰富的功能模块：12位的A/D转换器。芯片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。在实际应用环境中，系统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：在监测中发现线路有异常情况时提高工作频率。
正常模式：此模式说明系统工作一切正常，监测的线路无异常情况发生。
低功耗模式：系统处于自动保护模式。
参见图5，该图为本发明特高压输电线路导线监测系统时钟电路图。
本发明实施例还为特高压输电线路导线监测系统提供了时钟电路，为系统提供一个时间基准。
如图5所示，时钟芯片的管脚1连接电源VCC，管脚2和管脚3分别连接振荡器的两端，管脚4接地。
时钟芯片的管脚5、管脚6、管脚7分别连接图4微处理器的管脚17、管脚18管脚22。
本发明实施例提供的特高压输电线路在线监测系统，能够对恶劣环境中运行的输电线路的运行状况进行全天候、实时监测。包括气象信息、图像、泄漏电流、杆塔倾斜角度及振动信息、绝缘子串倾斜角度、导线综合荷载及覆冰情况、导线温度等信息的监测。并将采集到的信息通过双层屏蔽线引入到中央数据处理单元。中央数据处理单元进行存储、打包，并通过GSM、GPRS或CDMA实时地传送到后台分析装置。后台分析装置根据以上采集信息结合数学模型进行分析处理，并将所有数据通过GIS显示给用户。当出现异常情况时，系统会以多种方式发出预报警信息，提示管理人员应对报警点予以重视或采取必要的预防措施。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1、一种特高压输电线路在线监测系统，其特征在于，包括：数据采集终端、中央数据处理单元、无线通讯网络、后台分析装置和地理信息显示装置；
所述数据采集终端，用于采集输电线路导线的综合荷载、导线温度、杆塔倾斜角度、绝缘子串倾斜角度、绝缘子串泄露电流、气象信息、输电导线振动和杆塔振动，并将上述采集的各个信号发送至所述中央数据处理单元；
所述中央数据处理单元，用于对上述各个信号进行抗干扰处理后，打包通过所述无线通讯网络发送至所述后台分析装置；
所述后台分析装置，用于根据上述各个信号并结合数学模型判断输电线路是否出现异常，当出现异常时，及时发出报警信息；
所述地理信息显示装置将后台分析装置接收的数据显示在地理信息显示装置。
2、根据权利要求1所述的特高压输电线路在线监测系统，其特征在于，所述数据采集终端包括设置在杆塔横担的第一片绝缘子上的重力传感器，用于测量导线承担的综合荷载，发送所述综合荷载至所述中央数据处理单元。
3、根据权利要求1所述的特高压输电线路在线监测系统，其特征在于，所述数据采集终端包括设置在导线节点上的导线温度传感器，用于测量导线温度，发送所述温度至所述中央数据处理单元。
4、根据权利要求1所述的特高压输电线路在线监测系统，其特征在于，所述数据采集终端包括倾斜角传感器，用于监测杆塔或绝缘子串的倾斜角度，发送所述倾斜角度至所述中央数据处理单元。
5、根据权利要求1所述的特高压输电线路在线监测系统，其特征在于，所述数据采集终端包括设置在杆塔最后一片绝缘子上的泄露电流传感器，用于测量绝缘子串泄露电流，发送所述泄露电流至所述中央数据处理单元。
6、根据权利要求1所述的特高压输电线路在线监测系统，其特征在于，所述数据采集终端包括振动传感器，用于测量输电导线振动和杆塔振动，发送振动信号至所述中央数据处理单元。
7、根据权利要求1所述的特高压输电线路在线监测系统，其特征在于，所述中央数据处理单元，用于对上述各个信号进行抗干扰处理后，打包通过所述无线通讯网络发送至所述后台分析装置，具体为：采用纠错功能的数据编码技术对信号进行数据编码，采用数据压缩技术对信号进行打包，采用路由探测技术选择合适的数据群发时间。
8、根据权利要求1所述的特高压输电线路在线监测系统，其特征在于，所述数据采集终端还包括摄像机，用于拍摄输电线路杆塔、导线、绝缘子串及金具，将拍摄的图像发送至所述后台分析装置，并以三维的方式展显在GIS电子地图上。
9、根据权利要求2至7任一项所述的特高压输电线路在线监测系统，其特征在于，所述传感器的信号传输线采用双层屏蔽线；其中，
所述双层屏蔽线的外层屏蔽在输电铁塔的绝缘子的铁头处接地；
所述双层屏蔽线的内层屏蔽在传感器位置接地。
10、根据权利要求1所述的特高压输电线路在线监测系统，其特征在于，所述数据采集终端包括环境温度传感器、环境湿度传感器、气压传感器、日照传感器、雨量传感器、风向传感器和风速传感器，用于测量气象信息，将所述气象信息发送至所述中央数据处理单元。
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