CN102646307A - 输电线路杆塔防外力破坏监测装置 - Google Patents

Abstract

一种输电线路杆塔防外力破坏监测装置，倾斜检测单元由安装在杆塔上的倾斜传感器组成；敲击检测单元由安装在杆塔上的三轴加速度传感器组成；攀爬检测单元由安装在杆塔上的微波雷达传感器组成；通信单元由GSM芯片组成；并与所述远程系统中心进行数据通信。拍照单元由带红外夜视功能的CCD摄像头组成；上述倾斜检测单元、敲击检测单元、攀爬检测单元、通信单元、拍照单元以及语音单元均安装在杆塔上并分别与微处理器连接。本发明兼具杆塔倾斜、敲击和攀爬等多种实时在线监测手段，通过检测、拍照单元完成告警时拍照及远程控制拍照、语音单元对现场进行语言警告和现场声音采集，具有较高的可靠性、准确性和易用性。

Description

输电线路杆塔防外力破坏监测装置

技术领域

本发明涉及输电线路在线状态监测系统，具体涉及一种输电线路在线状态监测系统监测终端，尤其涉及一种兼具输电线路杆塔运行状态监测、预警，以及杆塔遭到外力破坏时的及时报警和处理装置。

背景技术

电力设施作为电力生产顺利进行的承载体，是电力在国民经济中发挥命脉作用的关键组成部分，是加快经济建设和维护公共安全的重要保障。电力设施安全保护是保障供用电安全和维护社会公共安全的主要内容，事关国家经济运行安全、社会稳定和人民生命财产安全。

输电线路具有面广、线长、高空、野外的特点，极易遭遇外力破坏。外力破坏已成为影响线路安全运行的最大隐患，反外破是一项长期的、艰苦的、复杂的工作。

由于输电线路分布在偏远地区、地形相对复杂的山区和城区交汇处，受交通、通信等限制维护十分困难，其运行情况只能靠管理人员巡检来获得，因此一旦发生事故造成停电时，运行人员无法及时获得准确的信息，也不能迅速赶到现场，只能等待用户反馈才能做出反应。这种落后的、被动的服务方式显然不能与当前自动化水平相匹配，也无从谈起提高服务水平和服务意识。并且由于铜、铝、铁等金属价格不断上涨，输配电线路和用户变压器因地处偏远，经常面临被盗的危险。一旦出现盗窃事件，给用户和供电部门造成极大的经济损失，甚至造成大面积停电事故，给电力系统的稳定运行带来极大的安全隐患。

保护电力设施，不仅要加大宣传力度，营造强大的舆论氛围;努力协调好与公安、司法等部门的关系，加大查处和打击盗窃、破坏电力设施违法行为的力度;做好人防工作，进一步建立和完善护线组织，提高专业护线队伍的整体素质，建立电力设施保护工作组织网络，组织护线队伍，加强巡视，明确责任，到点到位，及早发现问题，及时处理。此外，还要做好技防工作，加大科技投入，逐步推广和应用先进的防盗技术装置，不断提高电力设施的技防水平。科技的投入，技防水平的提高，不仅能够减少危及电力设施安全的隐患，同时还能够减员增效，必将成为电力企业当前和今后一个时期的一项重要任务。

 杆塔作为架空输电线路的一个极其重要组成部分，其稳定运行直接关系到整个输电线路的安全，也是最容易受的自然外力以及人为外力破坏的主体，也是包括输电线被盗，塔上设备被盗的发起点，对其进行有效的监测，实时了解其运行状态极其重要，做到早发现、早预警、早预防，事发时有现场信息记录，便于事后的处理、追责。现阶段，国网公司在输电线路在线监测系统制定了一系列完善的标准，国内一些公司也生产了相应的设备对输电线路运行状态进行监测，具体对杆塔的监测有以下的手段和方法进行监测。输电线路杆塔倾斜在线监测，通过对杆塔横向倾斜、纵向倾斜、复合倾斜等数据的在线监测，结合线路设计参数给出杆塔倾斜的预警信息，通过预警，使运行部门及时掌握杆塔安全运行情况，减少因杆塔倾斜而引发的事故;协助运行部门查找杆塔故障点，并对故障类型进行判断。通过GPRS/EDGE /CDMA/3G将信息数据发送到监测中心，监测中心对横向倾斜、纵向倾斜等状态参数进行数据存储、显示、统计报表并结合杆塔自身设计参数进行分析，完成杆塔倾斜的多参数预警功能。远程视频监测，通过定时定点对杆塔进行监测，以及远程实时控制拍照，并通过通信模块将图片数据发送到监测中心，监控人员对现场图片进行判断分析，了解杆塔状态。这些方式能实现杆塔状态监测，但是存在以下几方面的不足，以上监测由不同设备完成，使用设备多，对攀爬杆塔，敲打、锯动、拆卸杆塔的人为破坏现象难判断，不能做到实时联动抓拍获取事发时的实时图片，及时进行远程报警，现场进行威慑警告等。

发明内容

针对上述不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种兼具杆塔倾斜、敲击、攀爬等在线监测手段的一种输电线路杆塔防外力破坏监测装置。

本发明的目的是这样实现的：一种输电线路杆塔防外力破坏监测装置，包括由计算机组成的远程系统中心，还具有，微处理器；

倾斜检测单元：与微处理器连接；由安装在杆塔上的倾斜传感器组成；

敲击检测单元：与微处理器连接；由安装在杆塔上的三轴加速度传感器组成；

攀爬检测单元：与微处理器连接；由安装在杆塔上的微波雷达传感器组成；

通信单元：由GSM芯片组成；通信单元安装在杆塔上，与微处理器连接，并与所述远程系统中心进行数据通信。

还具有，拍照单元：由带红外夜视功能的CCD摄像头组成；拍照单元安装在杆塔上，与所述微处理器连接；

语音单元：安装在杆塔上，与所述微处理器连接。

上述倾斜传感器的型号为SCA100T的双轴倾斜传感器，三轴加速度传感器的型号为MMA8451，微波雷达传感器的型号为HB100，语音单元由芯片HXJ9105和LS1扬声器组成。

上述微处理器为STM32微处理器。

还具有供电单元：由蓄电池及DC-DC转换器AOZ1014组成。

还具有充电单元：太阳能电池板与充电器连接，充电器与蓄电池连接。

为了实现杆塔倾斜监测，外力破坏监测，实时联动进行图片拍照功能。本发明采用的基本思路是：设置微处理器即中央处理模块以及与中央处理模块连接的

倾斜检测单元、振动检测单元、攀爬检测单元、拍照单元、通信单元、语音单元。事先设定告警条件与对应的控制策略。当发生倾斜越界的时候；敲击、锯动产生振动信号；攀爬杆塔及塔下活动产生的移动物体活动信号，都能联动启动拍照，获取现场图片和数据信息，控制启动相应的现场语音警告；然后向外部系统及时上报图片和数据信息；如果网络不通，可以把结果暂时缓存，待网络恢复后再进行上传。同时，也可以接受外部系统的控制来获取实时环境图片，获取终端信息。

所述充电管理单元对高效的太阳能电池板采集的电能、或者风力发电产生的电能进行管理，对蓄电池充电，为设备工作提供电能。

所述电源管理单元对蓄电池提供的电能进行管理，为装置中的各模块提供工作电源控制与分配管理，保证设备正常工作的情况下，实现低功耗，长时运行。

所述通信单元，通过GPRS/EDGE/CDMA/3G与外部系统连接，用于和外部系统通信，向外部系统发送实时数据信息，告警信息，以及图片信息；进行语音通信；接收外部系统发送的控制和设置指令并转发至中央处理模块。

所述倾斜检测单元，采用高精度双轴倾斜传感器和微电子控制技术设计，对杆塔在顺线路和横线路方向的倾角进行实时测量，及时准确地监测电力线路杆塔工作状态。

所述振动检测单元，振动传感器通过沿杆塔横向和纵向两个方向,监测杆塔被敲打、锯动的振动信号，主动上传报警信息。

 所述攀爬检测单元，采用多普勒雷达检测是否有人员靠近杆塔或攀爬上塔。雷达布置于杆塔上，监控杆塔四面的攀爬行为，并根据配置进行报警。

所述拍照单元，采用具有红外夜视功能的CCD传感器摄像头。根据报警状态（敲击、盗锯杆塔、人员攀爬、倾斜等）自动拍照，上传至管理中心。系统设计为定时上传图像、召唤式上传图像和异常情况主动上传图像三种工作方式。

所述语音单元，在报警产生时，使用预录威慑声音进行播放，实现声音威慑；通过手机拨打设备电话号码，可实现喊话功能，可实时监听现场声音功能。

所述微处理器接收倾斜检测单元采集的杆塔倾斜信号；振动检测单元采集的杆塔被敲打、锯动的振动信号；攀爬检测单元采集到的攀爬及杆塔下活动的信号；数据传输单元转发的由外部系统发送的查询、控制和设置指令；微处理器完成上述信号的数据分析处理，启动外设执行相应的报警，联动启动摄像机拍照，启动现场语音警告；执行查询、控制和设置命令；及时通过通信单元将告警信息、图片数据、实时采集数据上传由计算机组成的远程系统中心。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将现场的倾斜度监测、振动检测、攀爬检测、视频拍照有效地结合起来，很好的解决了传统的倾斜度监测装置功能单一和视频监测在外力破坏时不能实时抓拍现场图片，攀爬及人为破坏杆塔设施不能进行判断报警带来的可靠性和易用性方面存在的问题，具有良好的可靠性和易用性，可很好的满足输电线路杆塔防外力破坏的使用要求。

附图说明

图1是输电线路杆塔防外力破坏监测装置及电源部分的结构框图。

图2是图1所示输电线路杆塔防外力破坏监测装置部分的结构框图。

图3是图2所示微处理器的接线图。

图4是图2所示倾斜检测单元电路图。

图5是图2所示敲击检测单元电路图。

图6是图2所示攀爬检测单元电路图。

图7是图2所示拍照单元电路图。

图8是图2所示语音单元电路图。

图9是图2所示通信单元接口图。

图10是本装置的充电管理单元的电路图。

图11是本装置的电源供电图。

具体实施方式

为了便于对发明的进一步理解，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1中，提供了输电线路杆塔防外力破坏监测装置的硬件系统结构以及数据的传输方向，下面结合图2的实施例对输电线路杆塔防外力破坏监测装置的硬件系统工作过程进行说明。

输电线路杆塔防外力破坏监测装置包括微处理器以及与微处理器连接的通信单元、倾斜检测单元、振动检测单元、攀爬检测单元、拍照单元、语音单元（均安装在杆塔上）。

电源管理单元（由充电单元和供电单元组成）作为工作电源为整个终端运行提供稳定的电力，并接受微处理器的控制，管理外部采集传感器的电源，使整个终端设备达到低功耗运行，在图2的实施例中已绘出。

倾斜检测单元用于监测杆塔当前的倾斜度，倾斜检测单元与微处理器连接，利用双轴倾传感器采集杆塔在双轴方向上的倾斜角度参数，利用高速SPI接口同微处理器连接，将杆塔的倾斜信息传送给微处理器。在图2的实施例中采用了双轴倾斜传感器。

敲击检测单元用于监测杆塔受到外力入侵时产生的振动信息，敲击检测单元与微处理器连接，利用三轴加速度传感器采集杆塔在受到外力敲打、锯动、拆卸时在纵向、横向、垂直三个方向产生的振动信号，通过高速I2C总线接口同中央处理器连接，将杆塔受到的振动信号传送给微处理器。在图2的实施例中采用了三轴加速度传感器作为敲击信息的获取模块。

攀爬监测单元用于监测有人或者动物攀爬杆塔以及在杆塔下面活动产生的物体移动信号，攀爬检测单元与微处理器连接，利用多普勒雷达原理设计的微波移动物体探测器对攀爬或者在杆塔下的人员或物体移动进行监测，采集到的信号进行放大，滤波处理，再传送到微处理器。在图2的实施例中采用了微波雷达传感器获取攀爬信息。

拍照单元用于对杆塔下面及周边进行拍照，实现现场视频监控，拍照单元与微处理器连接，利用上述的倾斜传感器、振动传感器、攀爬传感器检测到的信息，经中央处理器分析处理，符合报警条件的产生报警信息，联动启动摄像头，对杆塔现场进行拍照；另外接受远程控制，实时进行现场拍照，并将视频图像传送给微处理器，实现信息存储，并上传。在图2的实施例中采用了拍照单元获取图片信息。

通信单元通过RS232总线与微处理器连接，用于和外部系统通讯，向外部系统发送各种报警信息，图片数据，实时数据，或者接收外部系统发出控制和设置指令。采用无线通信方式实现监测终端与远程系统中心的数据通信，语音通信。在图2的实施例中通信单元采用GPRS/EDGE作为远程通信实现模块。

语音单元与微处理器和通信单元连接，用于杆塔现场出现人为入侵事件时的语音威慑警示，以及通过通信单元采集现场声音，了解现场情况。在图2的实施例中采用语音单元作为现场声音采集与放送语音模块。

微处理器与上述各个单元连接，发送、接收、处理相关信息，控制上述各个单元的工作。微处理器实时读取倾斜度数据获取模块的纵轴、横轴方向的倾斜参数；实时读取振动传感器数据获取模块的纵轴、横轴、垂直方向的振动参数；实时读取微波雷达传感器的数据获取模块的移动物体参数，并通过通信模块发送至外部系统。微处理器内部可设定并存放倾斜、振动、攀爬告警的门限，以及相对应的联动策略。在图2的实施例中，微处理器采用STM32处理器。当采集到的倾斜、振动、攀爬参数超过了预先设定的门限值，微处理器会根据内部存放的联动策略来开启相应的开关量接口，控制摄像机起动，对现场进行拍照；同时，通过语音单元启动现场语音威慑警示；通过无线通信接口向外部系统发送告警消息或者图片数据。外部系统通过无线通信接口发送控制指令至STM32处理器，可方便的对系统进行设置，如设置倾斜度门限值、振动门限值、移动门限值相关的联动策略等等。

在图2的实施例中，倾斜传感器由图4中U3（SCA100T）倾斜传感器构成。STM32处理器通过SPI总线（图3中的PB12~PB15）分别与图4中的CSB/SCK/MISO/MOSI连接）控制SCA100T进行倾斜度转换，并获取来自SCA100T的转换结果。经过由STM32处理器内部的计算程序计算出当前的倾斜度。STM32处理器分析后确定是否启动报警，联动控制拍照。敲击检测的振动传感器由图5中U4（MMA8451）加速度传感器构成，STM32处理器通过I2C总线（图3中的PB10~PB11）分别与图5中的SCL、SDA连接）控制MMA8451进行加速度转换，并获取来自MMA8451的转换结果。经过由STM32处理器内部的计算程序计算出当前的振动信号。STM32处理器分析后确定是否启动报警，联动控制拍照。攀爬检测的微波雷达传感器由图6中J8（HB100）微波雷达传感器构成，STM32处理器通过ADC输入端（图3中的PB0~PB1）分别与图6中的Radar_sig、Radar_POWC连接）控制HB100进行转换，并获取来自HB100的转换结果。经过由STM32处理器内部的计算程序计算出当前的振动信号。STM32处理器分析后确定是否启动报警，联动控制拍照，启动语音威慑警示。拍照单元由图7中J7连接的带红外夜视功能的CCD摄像头构成，STM32处理器通过RS232串行接口（图3中的PA2~PA3）分别与图7中U8的TXD2,RXD2连接，经U8进行232接口转换）控制摄像头，在传感器产生报警信息时联动启动拍照，或者接受外部系统命令，启动拍照，以及设置参数，通过RS232接口把图片数据传送给STM32处理器，存储并上传。语音单元由图8中U13（HXJ9105）数字功放、CON2(LS1扬声器)构成。STM32处理器通过DAC0（图3中的PA4）与图8中U13连接），控制报警时的预录语音放送，以及控制启动通信单元的远程喊话。

通信单元由图9中的U5（MC75）移动GSM单元构成，STM32处理器通过RS232总线（图3中的PA2~PA3）分别与图9中的RXD0、TXD0连接）,控制MC75的工作模式，工作进程。利用MC75的EDGE（Enhanced Data Rate for GSM Evolution 的缩写，即增强型数据速率GSM演进技术，基于现有的GSM/GPRS网络的GPRS增强版本，理论最高速率从GPRS的171.2KB/S提高到384Kbps）同远程系统中心按UDP/IP方式进行数据通信，实时快速将现场获取的图片数据、实时状态数据、报警信息上传系统中心，接收远程系统中心的各种数据，传送给STM32中央处理器，设置终端的参数，控制终端的运行模式等。支持通过短消息进行终端参数设置，也支持通过GSM的语音通话方式采集现场声音，对现场进行喊话。

充电单元由图10中（充电单元结构为：太阳能电池板与充电器连接，充电器与蓄电池连接）的J3输入太阳能电池采集的电能或者风力发电采集的电能经Q12开关控制，对后级的蓄电池进行充电。STM32中央处理器，随时监视外部风光互补采集的电能电压，以及蓄电池的电压，按照预设的智能充电模式对蓄电池进行充电控制，使蓄电池随时处于最佳工作状态。供电单元（供电单元：由蓄电池及DC-DC转换器AOZ1014组成）由图11中U11（AOZ1014）高效率DC-DC转换器提供中央处理器及整个主板电路所需3.3V电源、U12（AOZ1014）高效率DC-DC转换器提供外挂的摄像头、雷达所需的5V电源。Q8负荷控制开关控制通信的电源供给，在STM32微处理器的控制下，为通信单元提供电源。Q9、Q10、Q11负荷控制开关在STM32微处理器的控制下分别为摄像头、雷达提供电源，使外部设备在需要时提供电源，使整个终端处于低功耗运行状态，保证终端在阴天和无风能长时间运行。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述发明的各单元（或称电路）或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们集中在单个的计算装置上，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，将它们中的多个单元或步骤制作成单个集成电路单元来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，即使对各个步骤的执行顺序进行了改变，都属于本发明的保护范围。熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种输电线路杆塔防外力破坏监测装置，包括，由计算机组成的远程系统中心，其特征是，还具有，微处理器；

倾斜检测单元：与微处理器连接；由安装在杆塔上的倾斜传感器组成；

敲击检测单元：与微处理器连接；由安装在杆塔上的三轴加速度传感器组成；

攀爬检测单元：与微处理器连接；由安装在杆塔上的微波雷达传感器组成；

通信单元：由GSM芯片组成；通信单元安装在杆塔上，与微处理器连接，并与所述远程系统中心进行数据通信。

2.根据权利要求1所述的输电线路杆塔防外力破坏监测装置，其特征是，还具有，

拍照单元：由带红外夜视功能的CCD摄像头组成；拍照单元安装在杆塔上，与所述微处理器连接；

语音单元：安装在杆塔上，与所述微处理器连接。

3.根据权利要求2所述的输电线路杆塔防外力破坏监测装置，其特征是，所述倾斜传感器的型号为SCA100T的双轴倾斜传感器，三轴加速度传感器的型号为MMA8451，微波雷达传感器的型号为HB100，语音单元由芯片HXJ9105和LS1扬声器组成。

4.根据权利要求3所述的输电线路杆塔防外力破坏监测装置，其特征是，所述微处理器为STM32微处理器。

5.根据权利要求1～4任一权利要求所述的输电线路杆塔防外力破坏监测装置，其特征是，还具有供电单元：由蓄电池及DC-DC转换器AOZ1014组成。

6.根据权利要求5所述的输电线路杆塔防外力破坏监测装置，其特征是，还具有充电单元：太阳能电池板与充电器连接，充电器与蓄电池连接。

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