CN104180852A - 一种输电线路覆冰在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种输电线路覆冰在线监测系统，包括相连接的输电线路覆冰在线监测装置和输电线路覆冰监控中心，其中，所述的输电线路覆冰在线监测装置包括传感器单元、主控制器单元、通信单元和供电单元，所述的供电单元分别连接传感器单元、主控制器单元和通信单元，所述的主控制器单元分别连接传感器单元和通信单元；所述的传感器单元包括拉力传感器、二维倾角传感器、三维超声波风速风向传感器和温湿度传感器，所述的拉力传感器设于输电线路铁塔与绝缘子串之间，所述的二维倾角传感器固定在拉力传感器上，所述的三维超声波风速风向传感器及温湿度传感器分别固定在输电线路的横担处。与现有技术相比，本发明具有监测精度高、可靠性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统在线监测技术，尤其是涉及一种输电线路覆冰在线监测系统。
背景技术
受微地形和微气象条件的影响，输电线路覆冰在我国比较广泛，特别是在我国湖南、贵州等南方地区，覆冰灾害造成的断线、倒塔、闪络等事故频繁发生。自上世纪50年代以来，我国输电线路已发生不同程度的覆冰事故上千次，而且，输电线路覆冰区通常位于山坡、垭口、高山分水岭、峡谷和江河水面等人员难以到达的地方，很难判断覆冰实际情况，出现问题时抢修难度极大，严重影响输电线路正常运行。
目前典型的覆冰监测系统多基于称重法，使用的风速风向传感器基于二维水平面采集风速风向，并不能准确采集实际的风速风向，因此不能准确求取水平风载荷和垂直风载荷对输电线路的影响，检测到的覆冰厚度误差较大。此外，由于覆冰监测装置多用于山坡、垭口、高山分水岭、峡谷等偏僻的山区输电线路，GPRS网络的信号在某些地方无法正常使用，难以保证监测系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种监测精度高、可靠性高的输电线路覆冰在线监测系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种输电线路覆冰在线监测系统，包括相连接的输电线路覆冰在线监测装置和输电线路覆冰监控中心，其中，
所述的输电线路覆冰在线监测装置包括传感器单元、主控制器单元、通信单元和供电单元，所述的供电单元分别连接传感器单元、主控制器单元和通信单元，所述的主控制器单元分别连接传感器单元和通信单元；
所述的输电线路覆冰监控中心包括相连接的GPRS通信主模块和监控中心主机，所述的GPRS通信主模块与通信单元连接；
所述的传感器单元包括拉力传感器、二维倾角传感器、三维超声波风速风向传感器和温湿度传感器，所述的拉力传感器设于输电线路铁塔与绝缘子串之间，所述的二维倾角传感器固定在拉力传感器上，所述的三维超声波风速风向传感器及温湿度传感器分别固定在输电线路的横担处；
主控制器单元接收传感器单元采集的输电线路状态，计算覆冰厚度，并依次通过通信单元、GPRS通信主模块传输给监控中心主机，当覆冰厚度超过设定阈值时发出警告信息。
所述的通信单元包括GPRS通信从模块和/或ZigBee通信模块，所述的GPRS通信从模块与GPRS通信主模块连接，多个所述的ZigBee通信模块连接组成ZigBee通信网络。
所述的供电单元包括依次连接的蓄电池、太阳能智能控制器和太阳能电池板。
所述的输电线路覆冰在线监测装置还包括TTL-485转换电路，该TTL-485转换电路连接在传感器单元和主控制器单元之间。
所述的输电线路覆冰在线监测装置还包括低功耗控制电路，该低功耗控制电路分别连接传感器单元、主控制器单元、供电单元和TTL-485转换电路。
所述的GPRS通信主模块和监控中心通过RS232通信连接。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
(1)通过三维超声波风速风向传感器准确采集横向、纵向和垂直三维方向的风速参数，并可通过垂直坐标或者极坐标方式输出，根据拉力与二维倾角参数，可计算得到水平风载荷，根据水平风载荷、水平风速及垂直风速之间关系可计算得到垂直风载荷，实现准确计算输电线路水平风载荷和垂直风载荷目的，克服了现有二维风向传感器只测量水平风载荷忽略垂直风载荷导致的误差，避免经验参数所带来的风载荷计算误差，提高覆冰厚度监测精度。
(2)通过ZigBee和GPRS两种通信方式相结合，能可靠稳定监测位于山坡、垭口、高山分水岭、峡谷等GPRS网络的信号无法正常使用的偏僻山区的输电线路覆冰情况，提高了在线监测系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明输电线路覆冰在线监测装置的结构示意图；
图3为本发明TTL-485转换电路的具体电路图；
图4为本发明低功耗控制电路的具体电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，一种输电线路覆冰在线监测系统，包括相连接的输电线路覆冰在线监测装置1和输电线路覆冰监控中心2，其中，输电线路覆冰在线监测装置包括传感器单元3、主控制器单元4、通信单元5和供电单元6，供电单元6分别连接传感器单元3、主控制器单元4和通信单元5，为各单元提供电源，主控制器单元分别连接传感器单元3和通信单元5。输电线路覆冰监控中心2包括相连接的GPRS通信主模块8和监控中心主机7，GPRS通信主模块8与通信单元5连接。主控制器单元4接收传感器单元3采集的输电线路状态，根据均匀覆冰厚度计算模型或非均匀覆冰厚度计算模型可计算输电线路均匀覆冰厚度或非均匀覆冰厚度及不均匀度，并依次通过通信单元5、GPRS通信主模块8传输给监控中心主机7，当覆冰厚度超过设定阈值时发出警告信息，同时监控中心主机7可以根据实际需要，进行输电线路在线监测装置1的参数设置。
如图2所示，传感器单元3包括拉力传感器31、二维倾角传感器32、三维超声波风速风向传感器33和温湿度传感器34，拉力传感器31设于输电线路铁塔与绝缘子串之间，以检测绝缘子串轴向拉力；二维倾角传感器32固定在拉力传感器31上，以检测输电线路导线风偏角和绝缘子串倾斜角；三维超声波风速风向传感器33及温湿度传感器34通常固定在横担处，三维超声波风速风向传感器33用于采集横向、纵向和垂直三维方向的风速参数，并可通过垂直坐标或者极坐标方式输出，通过风载荷计算模型可准确计算得到输电线路水平风载荷和垂直风载荷，温湿度传感器34用于采集大气温度和大气湿度。另外，为进一步减小信号传输过程中受强电磁场干扰，传感器与输电线路覆冰在线监测装置之间均采用航空插头和双层屏蔽电缆线，并在靠近绝缘子串接头处和输电线路覆冰在线监测装置屏蔽盒处分别有效接地。
主控制器单元4主要负责采集拉力传感器31、二维倾角传感器32、三维超声波风速风向传感器33和温湿度传感器34的信息并计算处理，利用覆冰相关理论模型来分析被监测输电线路的覆冰情况，并控制通信单元6与监测中心的GPRS通信主模块8通过GPRS无线通信方式进行信息交互，GPRS通信主模块8与监控中心主机7通过RS232进行信息交互。
本发明的实施例中，通信单元5包括用于与输电线路覆冰监控中心2通信的GPRS通信从模块51。本发明的另一实施例中，通信单元5还包括ZigBee通信模块52，在GPRS信号弱的情况下，几套覆冰在线监测系统协同工作，多个ZigBee通信模块连接组成ZigBee通信网络，将信息传给GPRS信号强的装置再发给监控中心，同时监控中心主机可以根据实际需要，进行输电线路监测装置的参数设置。GPRS信号弱的装置可不采用GPRS通信从模块而只采用ZigBee通信模块。
供电单元6包括依次连接的蓄电池61、太阳能智能控制器62和太阳能电池板63。
本发明实施例提供的输电线路覆冰在线监测系统，能够精确而可靠地在线监测输电线路覆冰情况，并将监测信息传输给监控中心，当覆冰厚度超过一定阈值后发出警告信息，避免由于输电线路覆冰而导致输电铁塔倾斜甚至倒塌以及线路断线，有效提高电网防冰抗冰能力，将冰灾消灭在萌芽阶段。
实施例2
本实施例中的输电线路覆冰在线监测装置1还包括TTL-485转换电路10，TTL-485转换电路10的具体电路图如图3所示，为现有的电路模块。该TTL-485转换电路10连接在传感器单元3和主控制器单元4之间，传感器单元3各传感器通过RS485总线与TTL-485转换电路10连接，TTL-485转换电路10与主控制器单元4连接，用于实现主控制器与传感器之间TTL与RS485通信电平及方式的转换，并具有防雷功能，通过RS485通信方式与传感器进行信息交互，提高系统抗干扰性能。其余同实施例1。
实施例3
本实施例中的输电线路覆冰在线监测装置1还包括低功耗控制电路9，低功耗控制电路9的具体电路图如图4所示，为现有的电路模块。该低功耗控制电路9分别连接传感器单元3、主控制器单元4、供电单元6和TTL-485转换电路10，低功耗控制电路10用于优化系统供电，当传感器单元3不工作时关断CMOS管CSD15571Q2关闭传感器单元3和TTL-485转换电路10的电源，降低系统功耗，延长工作时间。其余同实施例2。
Claims (6)
1.一种输电线路覆冰在线监测系统，其特征在于，包括相连接的输电线路覆冰在线监测装置和输电线路覆冰监控中心，其中，
所述的输电线路覆冰在线监测装置包括传感器单元、主控制器单元、通信单元和供电单元，所述的供电单元分别连接传感器单元、主控制器单元和通信单元，所述的主控制器单元分别连接传感器单元和通信单元；
所述的输电线路覆冰监控中心包括相连接的GPRS通信主模块和监控中心主机，所述的GPRS通信主模块与通信单元连接；
所述的传感器单元包括拉力传感器、二维倾角传感器、三维超声波风速风向传感器和温湿度传感器，所述的拉力传感器设于输电线路铁塔与绝缘子串之间，所述的二维倾角传感器固定在拉力传感器上，所述的三维超声波风速风向传感器及温湿度传感器分别固定在输电线路的横担处；
主控制器单元接收传感器单元采集的输电线路状态，计算覆冰厚度，并依次通过通信单元、GPRS通信主模块传输给监控中心主机，当覆冰厚度超过设定阈值时发出警告信息。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路覆冰在线监测系统，其特征在于，所述的通信单元包括GPRS通信从模块和/或ZigBee通信模块，所述的GPRS通信从模块与GPRS通信主模块连接，多个所述的ZigBee通信模块连接组成ZigBee通信网络。
3.根据权利要求1所述的一种输电线路覆冰在线监测系统，其特征在于，所述的供电单元包括依次连接的蓄电池、太阳能智能控制器和太阳能电池板。
4.根据权利要求1所述的一种输电线路覆冰在线监测系统，其特征在于，所述的输电线路覆冰在线监测装置还包括TTL-485转换电路，该TTL-485转换电路连接在传感器单元和主控制器单元之间。
5.根据权利要求4所述的一种输电线路覆冰在线监测系统，其特征在于，所述的输电线路覆冰在线监测装置还包括低功耗控制电路，该低功耗控制电路分别连接传感器单元、主控制器单元、供电单元和TTL-485转换电路。
6.根据权利要求1所述的一种输电线路覆冰在线监测系统，其特征在于，所述的GPRS通信主模块和监控中心通过RS232通信连接。
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