CN102564365A - 基于容错技术的输电线路覆冰监测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于容错技术的输电线路覆冰监测方法，包括：步骤一，围绕输电线路设置多个超声波收发器，并将其与一主控模块相连接；多个超声波收发器位于输电线路径向截面上的同一圆周上，该圆周的中心位于输电线路的轴线上；步骤二，主控模块对超声波进行编码并选定超声波的频率P为P0；步骤三，主控模块依次控制每一个超声波收发器发射超声波并在规定时间t’内接收超声波并确认该超声波，同时记录每一个超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间；步骤四，主控模块根据记录的每一个超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间计算该超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值。该方案有效提高了输电线路覆冰监测厚度检测的精确性和准确性。

Description

基于容错技术的输电线路覆冰监测方法

技术领域

本发明属于线缆监测领域，尤其涉及一种基于容错技术的输电线路覆冰监测方法。

背景技术

我国气象环境多变，冰灾事故时有发生，冻结在输电线路上的冰雨或冰雪，会在输电线路上逐渐形成一种横截面近似于椭圆形或蛋形的冰壳。输电线路的覆冰是在特定的自然环境下才能形成，当空气的温、湿度各达到一定的条件才可能形成覆冰，而当温度和湿度满足条件以后，形成覆冰的量取决于风速，当无风或是微风时，只能形成极薄的冰，当风速达到一定速度后，线路上的冰才会越积越厚。严重的覆冰会导致输电线路的损害，甚至是输电的中断，严重影响电网的安全运行。为了保证电网的安全运行，需要对输电线路的覆冰情况进行监测并实时获取输电线路上的覆冰厚度值，为后续的处理提供基本数据。

目前，监测输电线路覆冰的一种方法为超声波监测方法，主要通过在输电线路的周围设置超声波收发器，然后发送并接收超声波来测量以获得输电线路的覆冰数据。超声波监测输电线路覆冰厚度的方法过程简便，监测装置的安装也比较简单，但是缺点是因输电线路周围需要设置多个超声波收发器，多个超声波收发器安装完成后，在输电线路覆冰厚度的监测过程中容易产生超声波信号的相互干扰，甚至监测设备也会受到外来超声波设备的干扰，造成不能精确监测输电线路的覆冰厚度。因此现有的超声波监测输电线路覆冰厚度的方法抗干扰能力差，精确性低。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中超声波监测输电线路覆冰厚度方法抗干扰能力差，精确性低的技术问题，提供一种基于容错技术的输电线路覆冰监测方法，有效提高利用超声波监测输电线路覆冰厚度的精确性，并有效提高整个监测方法的抗干扰性。

本发明提供一种基于容错技术的输电线路覆冰监测方法，包括以下步骤：

步骤一，围绕所述输电线路设置多个超声波收发器，并将其与一主控模块相连接；所述多个超声波收发器位于输电线路径向截面上的同一圆周上，该圆周的中心位于所述输电线路的轴线上；

步骤二，主控模块对超声波进行编码并选定超声波的频率P为P0；

步骤三，主控模块依次控制每一个超声波收发器发射超声波并在规定时间t’内接收超声波并确认该收到的超声波为超声波收发器所发出的超声波，同时记录每一个超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间；

步骤四，主控模块根据记录的每一个超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间计算该超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值。

优选地，在所述步骤一中，所述第一超声波收发器、第二超声波收发器、……、第N超声波收发器均布于所述圆周上。

优选地，每个超声波收发器包括一个用于根据主控模块的控制指令发射超声波的超声波发射器和一个接收超声波的超声波接收器。

优选地，所述步骤三具体包括：

S100，主控模块控制每一个超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，在规定时间t’内收到超声波并记录该超声波收发器的超声波接收器接收到超声波的时间；若在规定时间t’内未收到超声波，则表明装置安装错误，重新安装后重复S100。

S200，判断接收到的所述超声波的频率是否为P0；若是，则进入S300；否则，

若接收到的超声波的频率＜70KHz，则主控模块将发出超声波的频率P增加5KHz再发射并返回S100，

若接收到的超声波的频率P≥70KHz，则主控模块将发出超声波的频率P调整为P0再发射并返回S100；

S300，主控模块对该超声波收发器的超声波接收器收到的超声波进行解码，并判断是否是该超声波收发器的超声波发射器发出的超声波，若是，则进入步骤四；若否则返回S100；

优选地，所述步骤四具体包括：

主控模块根据记录的每一个超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间及公式S=R-V*t/2可分别计算得到每一个超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值；

其中，S是超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值，t为主控模块记录的该超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间，V为超声波在空气中的传播速度， R为该超声波收发器到输电线路外表面的距离。

优选地，在所述步骤三之前还包括步骤：所述主控模块初始化并控制所有的超声波收发器停止工作。

优选地，在所述步骤四之后还包括：主控模块通过一通讯模块将所述覆冰厚度值发送给一远程监控模块。

优选地，还包括，主控模块根据覆冰厚度值S1、S2、……、Sn绘制输电线路的覆冰切面图，并将该覆冰切面图通过所述通讯模块传送到监控模块。

优选地，所述t’为1S，所述P0为40KHZ。

以上所述技术方案，在利用超声波监测输电线路的覆冰时，首先对超声波进行编码并选定频率，然后通过接收相同频率的超声波并解码的方式确认所受到的超声波是之前发出的超声波，通过此种方式进一步排除其他超声波对该超声波检测系统的干扰，有效提高了输电线路覆冰监测厚度检测的精确性和准确性，增强了整个超声波监测输电线路覆冰的防干扰性。

附图说明

图1是本发明一种实施例的超声波收发器与输电线路的位置关系图。

图2是本发明一种实施例的基于容错技术的输电线路覆冰监测系统的结构图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

结合图1和图2所示， 本发明所提供一种输电线路覆冰监测方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，围绕所述输电线路设置多个超声波收发器，并将其与一主控模块相连接；所述多个超声波收发器位于输电线路径向截面上的同一圆周上，该圆周的中心位于所述输电线路的轴线上；

步骤二，主控模块对超声波进行编码并选定超声波的频率P为P0；

步骤三，主控模块依次控制每一个超声波收发器发射超声波并在规定时间t’内接收超声波并确认该超声波，同时记录每一个超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间；

步骤四，主控模块根据记录的每一个超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间计算该超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值。

在所述步骤一中，所述多个超声波收发器包括第一超声波收发器、第二超声波收发器、……、第N超声波收发器，其中N为自然数。优选地，所述第一超声波收发器、第二超声波收发器、……、第N超声波收发器均布于所述圆周上，该种设置方式可以更加全面的监测输电线路1的覆冰厚度，即每个超声波传感器用于监测其所对应处的输电线路1的覆冰厚度，所述超声波收发器的数量越多其最终监测到的输电线路1的覆冰厚度越全面，得到分析结果也就越精确。所述每个超声波收发器包括一个用于根据主控模块200的控制指令发射超声波的超声波发射器和一个接收超声波的超声波接收器。所述输电线路1的径向截面为垂直于输电线路轴线即长度方向的截面。

所述主控模块200优选为控制芯片，可以控制每个超声波收发器的工作，而且该芯片具有扩展接口，用于连接并控制其他的外接设备，如可控制一通讯模块300进行通讯工作。该主控模块200同时具有计时功能，或者通过其扩展接口接入一计时器进行计时工作。

为了能够进一步增强系统的监测精度，主控模块200需要在系统工作前对超声波进行编码并选定超声波的频率P为P0，这里P0优选为40KHZ。这里所谓的编码是指主控模块200对超声波进行编码后，其码段包括身份信息，以便在接收到超声波时对该超声波进行解码校对。

所述步骤三具体包括：S100，主控模块200控制每一个超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，在规定时间t’内收到超声波并记录该超声波收发器的超声波接收器接收到超声波的时间；若在规定时间t’内未收到超声波，则表明装置安装错误，重新安装后重复S100。

S200，判断所述超声波的频率是否为P0；若是，则进入S300；否则，

若超声波的频率P＜70KHz，则主控模块将超声波的频率P增加5KHz并返回S100，

若超声波的频率P≥70KHz，则主控模块将超声波的频率P调整为P0并返回S100；

S300，主控模块200对该超声波收发器的超声波接收器收到的超声波进行解码，并判断是否是该超声波收发器的超声波发射器发出的超声波，若是，则进入步骤四；若否则返回S100；

在S200中，因预先选定了超声波的频率P0，由于监测系统在工作过程中种种原因在出现了程序错误或者其他错误导致所接收的超声波的频率超出预先设定的频率时，系统能够自动根据内部的控制策略调整所发出的超声波的频率，从而使得当接收到的超声波的频率满足预先设定的条件时，才会进入S300，因此系统采用以上所述的容错技术，可以时刻调整监测系统的工作状态，使系统能够连续正常运行，从而保证了监测数据的准确性。

优选地，第一步，主控模块200控制第一超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，若在规定时间t’内第一超声波收发器的超声波接收器接收到超声波则对该进行确认，并记录第一超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间t1；若在规定时间t’内未收到超声波，则表明装置安装错误，重新安装后重复第一步直到装置安装正确。

第二步，判断所述超声波的频率是否为P0；若是，则进入第三步；否则，

若超声波的频率P＜70KHz，则主控模块200将超声波的频率P增加5KHz并返回第一步；

若超声波的频率P≥70KHz，则主控模块200将超声波的频率P调整为P0并返回第一步。

第三步，主控模块对第一超声波收发器的超声波接收器收到的超声波进行解码，并判断是否是该超声波收发器的超声波发射器发出的超声波，通过核对超声波的身份信息可以确定是否为该超声波收发器的超声波发射器发出的；若是，则进入上面所述的步骤四；若否则返回上述第一步；

停止第一超声波收发器的工作，按照上述的第一步、第二步和第三步的控制过程，主控模块200控制第二超声波收发器进行工作，并记录时间t2……；

直到停止第N-1超声波收发器的工作，按照上述的第一步、第二步和第三步的控制过程，主控模块200控制第N超声波收发器进行工作，并记录时间tn。优选地，所述t’为1S，所述P0为40KHZ。

以上技术方案中，在下一个超声波收发器开始工作的时候，需要关闭上一个超声波收发器，防止上一个超声波收发器发射的超声波而对下一个超声波收发器的工作带来干扰，进一步增强系统的稳定性和数据测量的精确性；而且在每次控制一个超声波收发器进行工作时，需要对接收到的超声波进行频率和身份信息的验证，以保证该超声波收发器的超声波接收器收到的超声波为该超声波收发器的超声波发生器所发出的。

优选地，所述步骤四具体包括：主控模块根据记录的每一个超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间及公式S=R-V*t/2可分别计算得到每一个超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值；

其中，S是超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值，t为主控模块记录的该超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间，V为超声波在空气中的传播速度， R为该超声波收发器到输电线路外表面的距离。

具体的根据上面所述的实施例，主控模块200根据上述记录的时间t1、t2、……、tn，分别计算得到每一个超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值S1=R-V*t1/2、S2=R-V*t2/2、……、Sn=R-V*tn/2。 

通过以上对输电线路的覆冰厚度监测方法可以最终得到输电线路上的覆冰厚度。

下面结合图1中的实施例对上述输电线路的覆冰厚度监测方法作进一步的说明。

图1示出了利用四个超声波收发器监测输电线路1的覆冰2的厚度值，

首先将该四个超声波收发器101、102、103、104均布设置在输电线路1的周围，所述四个超声波收发器位于同一圆周3上，该圆周3的中心位于输电线路1的轴线上。

主控模块200首先对超声波进行编码并选定超声波的频率P为P0；

然后主控模块200依次控制每一个超声波收发器发射超声波并在规定时间t’内接收超声波并确认该超声波，同时记录每一个超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间。具体为：S100，主控模块200控制超声波收发器101的超声波发射器发射超声波并开始计时，在规定时间t’内超声波收发器101的超声波接收器接收到超声波则对该进行确认，并记录第一超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间t1；若在规定时间t’内未收到超声波，则表明装置安装错误，重新安装后重复第一步直到装置安装正确。

S200，判断所述超声波的频率是否为P0；若是，则进入S300；否则，

若超声波的频率P＜70KHz，则主控模块将超声波的频率P增加5KHz并返回S100，

若超声波的频率P≥70KHz，则主控模块将超声波的频率P调整为P0并返回S100；

S300，主控模块200对超声波收发器101的超声波接收器收到的超声波进行解码，并判断是否是该超声波收发器101的超声波发射器发出的超声波，若是，则进入上述的步骤四；若否则返回S100；

同理，主控模块200依次控制超声波收发器102、超声波收发器103及超声波收发器104进行工作，并分别记录时间t2、t3和t4。

主控模块200根据记录的时间t1就能得到超声波收发器101距离覆冰2外边缘的距离L=V*t1/2，其中V为主控模块200所测得的超声波在该环境中的实际传播速度；因此可以得到超声波收发器101所对应的此处输电线路的覆冰厚度值S=R-L=R- V*t1/2。同理可以分别计算得到超声波收发器102、超声波收发器103及超声波收发器104所对应处的输电线路1的覆冰厚度值。

可以看出，以上所述技术方案中，所设置的超声波收发器的个数越多，所监测到的输电线路的覆冰厚度的点位就越多，对输电线路周围覆冰厚度的监测数据越精确，得到数据范围就越全面，因此在实际操作中可以根据实际的安装环境尽可能多的设置超声波收发器的数量。

以上所述实施例的覆冰监测方法中，由于采用容错技术，大大提高了输电线路覆冰监测数据的精确度，有效降低了误差；即主控模块200首先对超声波进行编码并选定超声波的频率，然后主控模块控制每个超声波收发器进行发射超声波，然后超声波收发器接收到反射回来的超声波并判断该超声波的频率是否与预先设定的一致，如果一致则进行下一步的解码操作，如果不一致则对所发出的超声波进行调整后重新控制超声波收发器重新发送超声波。通过这种容错技术可以排除外来超声波的干扰或者这因系统故障带来的测量误差，有效提高了测量精度。

作为本发明的另一个实施例，能够方便远程监控输电线路的覆冰情况，优选地，在所述步骤四之后还包括：主控模块200通过一通讯模块300将所监测到的输电线路的覆冰厚度值发送给一远程监控模块400，以便于相关人员进行远程监控，进一步增强对输电线路覆冰厚度监测的便利性。

进一步地，为了提高系统的工作稳定性和对输电线路覆冰厚度的监测精确性，在所述步骤三之前还包括步骤：所述主控模块200初始化并控制所有的超声波收发器停止工作。这样就能保证在主控模块200控制任何一个超声波收发器工作的时候不会误接收到其他超声波收发器发射的超声波，保证了系统工作的稳定性，提高了覆冰厚度的监测精度。

作为本方案更优选的一种实施例，为了能够得到输电线路的覆冰截面图，在主控模块200计算得到输电线路各点的覆冰厚度值值时，主控模块200根据覆冰厚度值S1、S2、……、Sn得到输电线路1的覆冰2的切面图，并将该切面图通过通讯模块300传送到监控模块400。该切面图的绘制可通过对输电线路周围每一点的覆冰厚度值进行测量，并通过图示的方式在输电线路1的周围按照得到的每一点的覆冰厚度值进行标示，最后将每一点通过平滑曲线连接成一个封闭的曲线，该曲线与电线1边缘之间形成的区域即为覆冰区域，这样就得到了输电线路的覆冰切面图，主控模块200通过通讯模块300不仅能够把覆冰厚度值传送给监控模块400，而且可以把绘制的覆冰切面图一同传送给监控模块400，增加了输电线路覆冰厚度的直观性和可视性，有利于更加方便的了解导线的覆冰状况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于容错技术的输电线路覆冰监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，围绕所述输电线路设置多个超声波收发器，并将其与一主控模块相连接；所述多个超声波收发器位于输电线路径向截面上的同一圆周上，该圆周的中心位于所述输电线路的轴线上；

步骤二，主控模块对超声波进行编码并选定超声波的频率P为P0；

步骤三，主控模块依次控制每一个超声波收发器发射超声波并在规定时间t’内接收超声波并确认该收到的超声波是超声波收发器所发出的超声波，同时记录每一个超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间；

步骤四，主控模块根据记录的每一个超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间计算该超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值。

2.根据权利要求1所述的基于容错技术的输电线路覆冰监测方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述第一超声波收发器、第二超声波收发器、……、第N超声波收发器均布于所述圆周上。

3.根据权利要求2所述的基于容错技术的输电线路覆冰监测方法，其特征在于，每个超声波收发器包括一个用于根据主控模块的控制指令发射超声波的超声波发射器和一个接收超声波的超声波接收器。

4.根据权利要求3所述的基于容错技术的输电线路覆冰监测方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：

S100，主控模块控制每一个超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，在规定时间t’内收到超声波并记录该超声波收发器的超声波接收器接收到超声波的时间；若在规定时间t’内未收到超声波，则表明装置安装错误，重新安装后重复S100。

5.S200，判断接收到的所述超声波的频率是否为P0；若是，则进入S300；否则，

若接收到的超声波的频率＜70KHz，则主控模块将发出超声波的频率P增加5KHz再发射并返回S100，

若接收到的超声波的频率P≥70KHz，则主控模块将发出超声波的频率P调整为P0再发射并返回S100；

S300，主控模块对该超声波收发器的超声波接收器收到的超声波进行解码，并判断是否是该超声波收发器的超声波发射器发出的超声波，若是，则进入步骤四；若否则返回S100；

根据权利要求1所述的基于容错技术的输电线路覆冰监测方法，其特征在于，所述步骤四具体包括：

主控模块根据记录的每一个超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间及公式S=R-V*t/2可分别计算得到每一个超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值；

其中，S是超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值，t为主控模块记录的该超声波收发器从发出超声波到接收到超声波的时间，V为超声波在空气中的传播速度， R为该超声波收发器到输电线路外表面的距离。

6.根据权利要求1所述的基于容错技术的输电线路覆冰监测方法，其特征在于，在所述步骤三之前还包括步骤：所述主控模块初始化并控制所有的超声波收发器停止工作。

7.根据权利要求1所述的基于容错技术的输电线路覆冰监测方法，其特征在于，在所述步骤四之后还包括：主控模块通过一通讯模块将所述覆冰厚度值发送给一远程监控模块。

8.根据权利要求7所述的基于容错技术的输电线路覆冰监测方法，其特征在于，还包括，主控模块根据覆冰厚度值S1、S2、……、Sn绘制输电线路的覆冰切面图，并将该覆冰切面图通过所述通讯模块传送到监控模块。

9.根据权利要求1或4所述的基于容错技术的输电线路覆冰监测方法，其特征在于，所述t’为1S，所述P0为40KHZ。

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