CN103986618A - 采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统及方法，包括后台管理中心系统、采集终端电路、雨量传感器、风速传感器、电源电路、无线网络和摄像机，所述采集终端电路分别连接雨量传感器、风速传感器、电源电路和摄像机，所述后台管理中心系统通过无线网络同采集终端电路相连接，所述电源电路包括依次相连的太阳能电池板、控制电路、供电电路，所述供电电路连接采集终端电路，在所述控制电路上还设置有蓄电池。本发明设计合理，同步现场监测处理诸如雨量、风速等提前量信息，并利用采集终端电路进行处理，后台管理中心系统进行实时监控和备份，以达到监测数据的时效性，同时通过摄像头对现场的安全等状况进行监测。

Description

采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统及方法

技术领域

本发明涉及电力监测领域，具体的说，是采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统及方法。

背景技术

电力系统中，传输线作为重要的一种设施设备，其主要作用在于将电能源从一个地方传输到另一个地方，由于其主要为架空铺设和管道铺设，在积雪飘零或狂风暴雨的天气里，或者鼠蚁肆掠的情况下，很容易出现短路或断路状况，此种情况下，将严重影响到整个线路的其它设备的正常工作，从而造成大量的经济损失，为此就必须得有一整套设备来对输电线路进行实时监测，以防范输电线路短路或断路的情况发生，现有输电线路智能监测设备其监测量在对提前量的监测时，在处理数据的过程中，把诸如雨量、风速等提前量进行分电路、分系统的处理而后汇总，不能将各种诸如雨量、风速等提前量进行同步整合汇总，从而使监测数据的时效性不能得到很好的满足；在前端采集终端电路的供电上，采用锂电池供电，将牵涉到经常更换电池的情况发生，增加了维护成本，为此有的设计就直接采用线缆取电的方式供电，而此种方式供电会增加诸如变压设施、电表设施、空开、闸刀等设备设施，不光安装繁琐，而且增加使用和维护成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统及方法，同步现场监测处理诸如雨量、风速等提前量信息，并利用采集终端电路进行处理，后台管理中心系统进行实时监控和备份，以达到监测数据的时效性，同时通过摄像头对现场的安全等状况进行监测，在采集终端电路供电上采用太阳能全天候供电方式，避免锂电池需经常更换的麻烦和架设线缆需增加使用和维护成本的弊端，整个系统结构具有科学合理、方便使用等特点，在方法上利用采集终端电路同步完成诸如雨量和风力信息的提前量，并将预警信息通过无线传输的方式发往后台管理中心系统中进行后续处理，达到完成电力传输线路的监测目的。

本发明通过下述技术方案实现：一种采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统，包括后台管理中心系统、采集终端电路、雨量传感器、风速传感器、电源电路、无线网络和摄像机，所述采集终端电路分别连接雨量传感器、风速传感器、电源电路和摄像机，所述后台管理中心系统通过无线网络同采集终端电路相连接，所述电源电路包括依次相连的太阳能电池板、控制电路、供电电路，所述供电电路连接采集终端电路，在所述控制电路上还设置有蓄电池。

其工作原理及作用：电源电路对采集终端电路进行供电使得采集终端电路正常工作，置于电力传输线路监测区域内的雨量传感器将感测到的雨量大小等模拟信息转化为相应的数字电平信息而后传往采集终端电路进行存储、比对等处理，同时置于动力传输线路监测区域内的风速传感器将风速、风向等模拟信息转化为相应的数字电平信息传往采集终端电路进行存储、比对等处理，前端收集到的诸如风力信息、雨量信息所转换的电平信号进行存储，并同采集终端电路中预设的电平信号进行比对，出现超出预警电平的情况下将发出一串包含诸如雨量、风速等超出预警的指令信息通过无线网络传输都后台管理中心系统内，后台管理中心系统通过分析处理从而得出环境状况以及传输线路所处危险级别并直观的反应出来，以备后台工作人员通知传输线路管理或维修人员进行处理，在使用中摄像机可以现场将雨量积雪等视觉画面拍摄出来通过采集终端电路进行数据编码、压缩等一系列处理后通过无线网络传输到后台管理中心系统中进行存储备份和显示，让后台工作人员直观的看见传输线路两相线间是否即将较差或单相线是否即将被压断从而判断出传输线路是否即将或已经断路或短路，并确定故障点以及故障源。其中，电源电路的工作原理为：白天，太阳能电池板将太阳能转化为电能，并通过控制电路将一部分电能储存在蓄电池中，而另一部分通过控制电路经供电电路转换为采集终端电路所需要的正常的工作电压给采集终端电路供电；在夜晚，通过控制电路将蓄电池内存储的电能释放出来经供电电路转换为采集终端电路所需要的正常的工作电压给采集终端电路供电。

进一步的，使用时，为了及时的将后台管理中心系统所分析得出的环境状况以及传输线路所处危险级别快速的短信通知相关管理人员，在本发明所述系统中还设置有手机，其结构如下：还包括手机，所述手机通过无线网络与后台管理中心系统相连接。 

进一步的，为了便于实时监测传输线路上的电压变化，在本发明所述系统中设置有电压传感器，其结构如下：还包括设置在采集终端电路上的电压传感器。置于传输线路上的电压传感器将线路上感应到的变化电压进行相应降压及电平转换后传输到采集终端电路中进行预留电平对比值比对后发出一个指令通过无线网络传输至后台管理中心系统进行分析、存储、显示等操作处理，后台工作人员根据预留存储值的比对从而确定传输线路是否出现故障。

进一步的，为了便于实时监测传输线路上的电流变化，在本发明所述系统中设置有电流传感器，其结构如下：还包括设置在采集终端电路上的电流传感器。置于传输线路上的电流传感器将线路上感应到的变化电流进行相应的电平转换后传输到采集终端电路中进行预留电平对比值比对后发出一个指令通过无线网络传输至后台管理中心系统进行分析、存储、显示等操作处理，后台工作人员根据预留存储值的比对从而确定传输线路是否出现故障。

进一步的，为更好的实现本发明所述系统，为了使感应到的雨量、风速、风向、电压、电流等信息在值比对中为危险级以上的情况快速有效的告知后台工作人员，特别的设置了一种当系统内出现上述信息为危险级以上的情况而自动触发报警的声光报警器，其结构如下：在所述后台管理中心系统上还设置有声光报警器。使用时，将雨量、风速、风向、电压、电流等信息在值比对设置为轻微级、中微级、高微级、轻危险级、危险级、中危险级、高危险级等级别，当值比对为危险级、中危险级、高危险级等级别时将自动触发声光报警器进行报警，立体的通知后台工作人员，前端现场现在处于何种危险级别，使得后台工作人员能够做出相应的应对措施。

进一步的，在本发明所述系统中，所述采集终端电路的主芯片采用型号为TMS320F28069的微处理器芯片。TMS320F28069微处理器是一款高效的32 位CPU，主频高达90MHZ，拥有16x16和32x32介质访问控制(MAC)运算以及16x16双MAC地址，具有快速中断响应处理功能，具有可编程平行加速器(CLA)，含32位浮点算术加速器，拥有Viterbi、复杂算术、循环冗余校验(CRC)单元（VCU），具有高达256KB闪存，高达100KBRAM，2KB一次性可编程(OTP) ROM，6通道DMA，采用3.3V单电源。在计时设置上：拥有两个内部零引脚振荡器，片载晶振振荡器/外部时钟输入，支持动态锁相环路(PLL) 比率变化，看门狗装置定时器模块以及丢失时钟检测电路。可支持所有外设中断的外设中断扩展(PIE) 模块；3个32位CPU定时器；高达8个增强型脉冲宽度调制器(ePWM)模块；三个输入捕获(eCAP)模块，高达4个高分辨路输入捕捉(HRCAP)模块，高达正交编码器(eQEP)模块，12位模数转换器(ADC)，双采样保持，高达3.46每秒一百万次采样，采用128位安全密钥/锁，在串行端口设置上：两个串行通信接口(SCI)[UART]模块，两个串行外设接口(SPI)模块，一个集成电路间(I2C)总线，一个多通道缓冲串行端口(McBSP)总线，一个增强型控制器局域网络(eCAN)，一个通用串行总线(USB) 2.0 模块并设有低功耗模式，多达54个具有输入滤波功能可单独编程的多路复用通用输入输出(GPIO)，在高级仿真特性上具有分析和断点功能以及借助硬件的实时调试功能，还具有片上温度传感器。结合采集终端电路中的别的电路能够很好的处理传感器所感应并转换为电平信号的雨量、风速、风向、电压、电流等信息以及视频信息等其他信息。

进一步的，为更好的实现本发明所述系统，所述雨量传感器采用NJS1-JDZ05-1雨量传感器。NJS1-JDZ05-1雨量传感器是一款具有承雨口内径为Φ200＋0.60，外刃口角度45°；仪器分辨力达0.5mm；降雨强度测量范围为0.01～4mm/min（毫米／分）；翻斗计量误差为≤±4%（在0.01～4mm/min雨强范围）；输出信号方式为磁钢——干簧管式接点通断信号；开关接点容量为DC V≤12V，I≤120mA；接点工作次数为1×107次；工作环境温度为–10～+50℃；工作环境湿度为≤98%RH（40℃凝露）；仪器体积为直径×高为210mm×610mm的雨量传感器能够很好的满足不同雨量天气的需要，并进行精准的测试。

进一步的，为更好的实现本发明所述系统，所述风速传感器采用CSAT3 三维超声风速风向传感器。CSAT3 三维超声风速风向传感器具备10cm的垂直测量路径，采用声学脉冲测量模式，可以抵御恶劣天气环境的影响，仪器测量三个正交风（Ux，Uy，Uz），声速（C），最大输出频率60Hz。可以提供模拟输出和两种类型的数字输出。能够很好的完成风速、风向等数据值的测试。

一种采用无线通信对电力传输线路进行监测的方法，包括以下步骤：

步骤A：启动供电，电源电路对采集终端电路供电；

步骤B：信息收集，风速传感器、雨量传感器、摄像机收集诸如风力信息、雨量信息、现场实拍图像的信息并进行电平转换发往采集终端电路；

步骤C：信息比对、存储并传输预警指令，前端收集到的诸如风力信息、雨量信息、现场实拍图像的信息所转换的电平信号进行存储，并同采集终端电路中预设的电平信号进行比对，出现超出预警电平的情况下将发出一串包含诸如雨量、风速等超出预警的指令信息及现场的监控图像信息通过无线网络传输都后台管理中心系统内；

步骤D：后台处理，后台管理中心系统通过分析处理从而得出环境状况以及传输线路所处危险级别并直观的反应出来，以备后台工作人员通知传输线路管理或维修人员进行处理，同时后台管理中心系统通过监控画面直观的看见现场的图像信息。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1、本发明同步现场监测处理诸如雨量、风速等提前量信息，并利用采集终端电路进行处理，后台管理中心系统进行实时监控和备份，以达到监测数据的时效性，同时通过摄像头对现场的安全等状况进行监测，在采集终端电路供电上采用太阳能全天候供电方式，避免锂电池需经常更换的麻烦和架设线缆需增加使用和维护成本的弊端，整个系统结构具有科学合理、方便使用等特点，在方法上利用采集终端电路同步完成诸如雨量和风力信息的提前量，并将预警信息通过无线传输的方式发往后台管理中心系统中进行后续处理，达到完成电力传输线路的监测目的。

2、本发明所述采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统结构简单，采用太阳能电源供电方式能够使整个系统处于24小时不间断工作，从而能够不间断的对监测区域内的现场数据进行采集。

3、本发明所述采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统中不光后台管理中心系统能够及时显示、存储、处理及得的现场数据，而且能够在当采集的数据值对比高于危险级的时候能通过声光报警器，立体的让工作人员知晓，并且能够一应信息短信发送给相应的管理人员知晓，使得其作出及时的应对措施。

4、本发明所述采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统所用的主处理芯片以及雨量传感器、风速传感器皆为现有成熟产品，能够使系统稳定有效的运行，从而达到准确的监测传输线路。

附图说明

图1为本发明所述系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

一种采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统，如图1所示，包括后台管理中心系统、采集终端电路、雨量传感器、风速传感器、电源电路、无线网络和摄像机，所述采集终端电路分别连接雨量传感器、风速传感器、电源电路和摄像机，所述后台管理中心系统通过无线网络同采集终端电路相连接，所述电源电路包括依次相连的太阳能电池板、控制电路、供电电路，所述供电电路连接采集终端电路，在所述控制电路上还设置有蓄电池。

其工作原理及作用：电源电路对采集终端电路进行供电使得采集终端电路正常工作，置于电力传输线路监测区域内的雨量传感器将感测到的雨量大小等模拟信息转化为相应的数字电平信息而后传往采集终端电路进行存储、比对等处理，同时置于动力传输线路监测区域内的风速传感器将风速、风向等模拟信息转化为相应的数字电平信息传往采集终端电路进行存储、比对等处理，前端收集到的诸如风力信息、雨量信息所转换的电平信号进行存储，并同采集终端电路中预设的电平信号进行比对，出现超出预警电平的情况下将发出一串包含诸如雨量、风速等超出预警的指令信息通过无线网络传输都后台管理中心系统内，后台管理中心系统通过分析处理从而得出环境状况以及传输线路所处危险级别并直观的反应出来，以备后台工作人员通知传输线路管理或维修人员进行处理，在使用中摄像机可以现场将雨量积雪等视觉画面拍摄出来通过采集终端电路进行数据编码、压缩等一系列处理后通过无线网络传输到后台管理中心系统中进行存储备份和显示，让后台工作人员直观的看见传输线路两相线间是否即将较差或单相线是否即将被压断从而判断出传输线路是否即将或已经断路或短路，并确定故障点以及故障源。其中，电源电路的工作原理为：白天，太阳能电池板将太阳能转化为电能，并通过控制电路将一部分电能储存在蓄电池中，而另一部分通过控制电路经供电电路转换为采集终端电路所需要的正常的工作电压给采集终端电路供电；在夜晚，通过控制电路将蓄电池内存储的电能释放出来经供电电路转换为采集终端电路所需要的正常的工作电压给采集终端电路供电。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，使用时，为了及时的将后台管理中心系统所分析得出的环境状况以及传输线路所处危险级别快速的短信通知相关管理人员，在本发明所述系统中还设置有手机，如图1所示，其结构如下：还包括手机，所述手机通过无线网络与后台管理中心系统相连接。 

实施例3：

本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为了便于实时监测传输线路上的电压变化，在本发明所述系统中设置有电压传感器，如图1所示，其结构如下：还包括设置在采集终端电路上的电压传感器。置于传输线路上的电压传感器将线路上感应到的变化电压进行相应降压及电平转换后传输到采集终端电路中进行预留电平对比值比对后发出一个指令通过无线网络传输至后台管理中心系统进行分析、存储、显示等操作处理，后台工作人员根据预留存储值的比对从而确定传输线路是否出现故障。

实施例4：

本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为了便于实时监测传输线路上的电流变化，在本发明所述系统中设置有电流传感器，如图1所示，其结构如下：还包括设置在采集终端电路上的电流传感器。置于传输线路上的电流传感器将线路上感应到的变化电流进行相应的电平转换后传输到采集终端电路中进行预留电平对比值比对后发出一个指令通过无线网络传输至后台管理中心系统进行分析、存储、显示等操作处理，后台工作人员根据预留存储值的比对从而确定传输线路是否出现故障。

实施例5：

本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明所述系统，为了使感应到的雨量、风速、风向、电压、电流等信息在值比对中为危险级以上的情况快速有效的告知后台工作人员，特别的设置了一种当系统内出现上述信息为危险级以上的情况而自动触发报警的声光报警器，如图1所示，其结构如下：在所述后台管理中心系统上还设置有声光报警器。使用时，将雨量、风速、风向、电压、电流等信息在值比对设置为轻微级、中微级、高微级、轻危险级、危险级、中危险级、高危险级等级别，当值比对为危险级、中危险级、高危险级等级别时将自动触发声光报警器进行报警，立体的通知后台工作人员，前端现场现在处于何种危险级别，使得后台工作人员能够做出相应的应对措施。

实施例6：

本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，在本发明所述系统中，所述采集终端电路的主芯片采用型号为TMS320F28069的微处理器芯片。TMS320F28069微处理器是一款高效的32 位CPU，主频高达90MHZ，拥有16x16和32x32介质访问控制(MAC)运算以及16x16双MAC地址，具有快速中断响应处理功能，具有可编程平行加速器(CLA)，含32位浮点算术加速器，拥有Viterbi、复杂算术、循环冗余校验(CRC)单元（VCU）,具有高达256KB闪存，高达100KBRAM，2KB一次性可编程(OTP) ROM，6通道DMA，采用3.3V单电源。在计时设置上：拥有两个内部零引脚振荡器，片载晶振振荡器/外部时钟输入，支持动态锁相环路(PLL) 比率变化，看门狗装置定时器模块以及丢失时钟检测电路。可支持所有外设中断的外设中断扩展(PIE) 模块；3个32位CPU定时器；高达8个增强型脉冲宽度调制器(ePWM)模块；三个输入捕获(eCAP)模块，高达4个高分辨路输入捕捉(HRCAP)模块，高达正交编码器(eQEP)模块，12位模数转换器(ADC)，双采样保持，高达3.46每秒一百万次采样，采用128位安全密钥/锁，在串行端口设置上：两个串行通信接口(SCI)[UART]模块，两个串行外设接口(SPI)模块，一个集成电路间(I2C)总线，一个多通道缓冲串行端口(McBSP)总线，一个增强型控制器局域网络(eCAN)，一个通用串行总线(USB) 2.0 模块并设有低功耗模式，多达54个具有输入滤波功能可单独编程的多路复用通用输入输出(GPIO)，在高级仿真特性上具有分析和断点功能以及借助硬件的实时调试功能，还具有片上温度传感器。结合采集终端电路中的别的电路能够很好的处理传感器所感应并转换为电平信号的雨量、风速、风向、电压、电流等信息以及视频信息等其他信息。

实施例7：

本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明所述系统，所述雨量传感器采用NJS1-JDZ05-1雨量传感器。NJS1-JDZ05-1雨量传感器是一款具有承雨口内径为Φ200＋0.60，外刃口角度45°；仪器分辨力达0.5mm；降雨强度测量范围为0.01～4mm/min（毫米／分）；翻斗计量误差为≤±4%（在0.01～4mm/min雨强范围）；输出信号方式为磁钢——干簧管式接点通断信号；开关接点容量为DC V≤12V，I≤120mA；接点工作次数为1×107次；工作环境温度为–10～+50℃；工作环境湿度为≤98%RH（40℃凝露）；仪器体积为直径×高为210mm×610mm的雨量传感器能够很好的满足不同雨量天气的需要，并进行精准的测试。

实施例8：

本实施例是在实施例1的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明所述系统，所述风速传感器采用CSAT3 三维超声风速风向传感器。CSAT3 三维超声风速风向传感器具备10cm的垂直测量路径，采用声学脉冲测量模式，可以抵御恶劣天气环境的影响，仪器测量三个正交风（Ux，Uy，Uz），声速（C），最大输出频率60Hz。可以提供模拟输出和两种类型的数字输出。能够很好的完成风速、风向等数据值的测试。

实施例9：

一种采用无线通信对电力传输线路进行监测的方法，包括以下步骤：

步骤A：启动供电，电源电路对采集终端电路供电；

步骤B：信息收集，风速传感器、雨量传感器、摄像机收集诸如风力信息、雨量信息、现场实拍图像的信息并进行电平转换发往采集终端电路；

步骤C：信息比对、存储并传输预警指令，前端收集到的诸如风力信息、雨量信息、现场实拍图像的信息所转换的电平信号进行存储，并同采集终端电路中预设的电平信号进行比对，出现超出预警电平的情况下将发出一串包含诸如雨量、风速等超出预警的指令信息及现场的监控图像信息通过无线网络传输都后台管理中心系统内；

步骤D：后台处理，后台管理中心系统通过分析处理从而得出环境状况以及传输线路所处危险级别并直观的反应出来，以备后台工作人员通知传输线路管理或维修人员进行处理，同时后台管理中心系统通过监控画面直观的看见现场的图像信息。

本发明同步现场监测处理诸如雨量、风速等提前量信息，并利用采集终端电路进行处理，后台管理中心系统进行实时监控和备份，以达到监测数据的时效性，同时通过摄像头对现场的安全等状况进行监测，在采集终端电路供电上采用太阳能全天候供电方式，避免锂电池需经常更换的麻烦和架设线缆需增加使用和维护成本的弊端，整个系统结构具有科学合理、方便使用等特点，在方法上利用采集终端电路同步完成诸如雨量和风力信息的提前量，并将预警信息通过无线传输的方式发往后台管理中心系统中进行后续处理，达到完成电力传输线路的监测目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统，其特征在于：包括后台管理中心系统、采集终端电路、雨量传感器、风速传感器、电源电路、无线网络和摄像机，所述采集终端电路分别连接雨量传感器、风速传感器、电源电路和摄像机，所述后台管理中心系统通过无线网络同采集终端电路相连接，所述电源电路包括依次相连的太阳能电池板、控制电路、供电电路，所述供电电路连接采集终端电路，在所述控制电路上还设置有蓄电池。

2.根据权利要求1所述的采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统，其特征在于：还包括手机，所述手机通过无线网络与后台管理中心系统相连接。

3.根据权利要求1所述的采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统，其特征在于：还包括设置在采集终端电路上的电压传感器。

4.根据权利要求1所述的采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统，其特征在于：还包括设置在采集终端电路上的电流传感器。

5.根据权利要求1所述的采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统，其特征在于：在所述后台管理中心系统上还设置有声光报警器。

6.根据权利要求1所述的采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统，其特征在于：所述采集终端电路的主芯片采用型号为TMS320F28069的微处理器芯片。

7.根据权利要求1所述的采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统，其特征在于：所述雨量传感器采用NJS1-JDZ05-1雨量传感器。

8.根据权利要求1所述的采用无线通信对电力传输线路进行监测的系统，其特征在于：所述风速传感器采用CSAT3 三维超声风速风向传感器。

9.一种采用无线通信对电力传输线路进行监测的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A：启动供电，电源电路对采集终端电路供电；

步骤B：信息收集，风速传感器、雨量传感器、摄像机收集诸如风力信息、雨量信息、现场实拍图像的信息并进行电平转换发往采集终端电路；

步骤C：信息比对、存储并传输预警指令，前端收集到的诸如风力信息、雨量信息、现场实拍图像的信息所转换的电平信号进行存储，并同采集终端电路中预设的电平信号进行比对，出现超出预警电平的情况下将发出一串包含诸如雨量、风速等超出预警的指令信息及现场的监控图像信息通过无线网络传输都后台管理中心系统内；

步骤D：后台处理，后台管理中心系统通过分析处理从而得出环境状况以及传输线路所处危险级别并直观的反应出来，以备后台工作人员通知传输线路管理或维修人员进行处理，同时后台管理中心系统通过监控画面直观的看见现场的图像信息。