CN105471112B - 一种用于电力塔杆的智能监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电力塔杆的智能监测装置及方法，智能监测装置包括控制器、输出单元、远程通信模块和电子式六轴陀螺仪；电子式六轴陀螺仪设置在电力塔杆上；所述的电子式六轴陀螺仪用于检测电力塔杆的倾斜角度；所述的输出单元用于控制电力塔杆上的断路器的合闸或跳闸；远程通信模块用于向调度站发送报警信息；控制器通过电子式六轴陀螺仪检测到电力塔杆的倾斜角度大于预设阈值时，通过远程通信模块向调度中心发送报警信息，或通过输出单元控制断路器跳闸以避免触电事故或电网事故扩大。该用于电力塔杆的智能监测装置及方法易于实施，有利于保障电力塔杆的安全性，避免安全事故发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电力塔杆的智能监测装置及方法。
背景技术
配电自动化是提高供电可靠性的必要手段，国家电网公司已在省会城市全面开展配电自动化建设，并明确要求2020年所属315个地市公司城市市区及县公司实现配电自动化全覆盖。
终端设备是配电自动化系统的基础设备，用于配电开关、配变等配电设备的监控。配电自化系统根据实际网架结构、设备状况和应用需求配置相应的二遥或三遥终端。
配电自动化是在电气一次设备智能化的基础上，配置相应的配电自动化终端，通过该终端采集一次设备模拟量、开关量并上传至配调主站供监控。
由于目前使用的配电自动化技术实用化时间并不长，几乎所有配电自动化终端仅仅实现了一次系统的电气相关量的采集，对自身运行情况、环境情况和自我保护等方面缺乏研究和设计。
柱上配电自动化终端均安装在带有柱上断路器或变压的杆上，该杆通常为耐张或终端杆，长期承受不平衡张力，在覆冰或大风时尤为明显；而变压器、断路器重量为几百千克到几吨重，极大的提高了水泥杆的重心，助增了杆塔所受不平衡张力；是配电线路杆塔发生倾覆的主要原因之一。
长期以来，电力系统缺乏对这种重要杆塔的监测能力，而变压器和断路器是电力系统的最重要的两种设备，这也导致很多本可以避免的停电事故的发生。
目前柱上配电自动化终端缺陷如下：
1.现阶段的配电自动化终端仅仅实现了一次系统的电气相关量的采集，无法检测所在杆塔的运行情况，严重影响了电网的正常运行和早期事故预警。
2.配电自动化终端遭受外力破坏拆解或盗取，杆塔初现倾斜或倒杆无法预警或报警。
3.发生故障或事故时由于无法报告，影响停电恢复时间，造成经济损失和负面社会影响。
因此，有必要设计一种新型的用于电力塔杆的智能监测装置及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于电力塔杆的智能监测装置及方法，该用于电力塔杆的智能监测装置及方法易于实施，有利于保障电力塔杆的安全性，避免安全事故发生。
发明的技术解决方案如下：
一种用于电力塔杆的智能监测装置，包括控制器、输出单元、远程通信模块和电子式六轴陀螺仪；所述的输出单元、远程通信模块和电子式六轴陀螺仪均与控制器相连；电子式六轴陀螺仪设置在电力塔杆上；
所述的电子式六轴陀螺仪用于检测电力塔杆的倾斜角度；
所述的输出单元用于控制电力塔杆上的断路器的合闸或跳闸；
远程通信模块用于向调度站发送报警信息；
控制器通过电子式六轴陀螺仪检测到电力塔杆的倾斜角度大于预设阈值时，通过远程通信模块向调度中心发送报警信息，或通过输出单元控制断路器跳闸以避免触电事故或电网事故扩大。输出单元也称为DO输出板。
所述的用于电力塔杆的智能监测装置还包括与控制器相连的接入端口，控制器通过接入端口与电力塔杆的电力状态信息采集模块相连；所述的电力状态信息采集模块用于采集以下信息的至少一种：(1)断路器、负荷开关或变压器的电流、电压信息，(2)断路器或负荷开关的位置信息及工况信息，(3)变压器的工况信息。
电子式六轴陀螺仪为串口式电子式六轴陀螺仪。
控制器为嵌入式处理器。
输出单元和接入端口均通过总线与控制器相连。
远程通信模块包括支持以太网、EPON的光纤模块和无线模块中的至少一种；
所述的无线模块为GPRS通信模块、3G或4G通信模块。
所述的用于电力塔杆的智能监测装置还包括与控制器相连的声光报警模块。
电子式六轴陀螺仪向控制器发出报警信息时，控制器也向声光报警模块发出报警，通过灯光闪烁或蜂鸣器等方式报警，提醒民众注意或提醒维护人员尽快处理。
电子式六轴陀螺仪还检测倾斜速度信息和自身加速度信息；
若电子式六轴陀螺仪检测到倾斜角大于5°，则向控制器发“杆塔倾斜报警”信息；
若电子式六轴陀螺仪检测到倾斜角大于45°或倾斜变化角速度ω≥π/6s，则向控制器发“杆塔倾覆”信息；
若检测到自身加速度大于0.5G，G为重力加速度，则向控制器发“外力破坏”信息，此时由控制器通过输出单元控制断路器跳闸。并对相关预警信息(包括倾斜角、自身加速度和倾斜变化角速度以及具体预警判断信息(如杆塔倾覆等))进行记录和保存。
一种用于电力塔杆的智能监测方法，其特征在于，采用前述的用于电力塔杆的智能监测装置，通过在电力塔杆设置的电子式六轴陀螺仪检测电力塔杆的状态信息，并基于检测到的状态信息向调度站发出报警或通过输出单元控制断路器跳闸以避免触电事故或电网事故扩大。
电子式六轴陀螺仪还检测倾斜速度信息和自身加速度信息；
若电子式六轴陀螺仪检测到倾斜角大于5°，则向控制器发“杆塔倾斜报警”信息；
若电子式六轴陀螺仪检测到倾斜角大于45°或倾斜变化角速度较大ω≥π/6s，则向控制器发“杆塔倾覆”信息；
若检测到自身加速度大于0.5G，G为重力加速度，则向控制器发“外力破坏”信息。
陀螺仪为电子式六轴陀螺仪，它能检测到杆塔倾斜角度、倾斜的速度以及自身位置变化的情况。
若检测到一定的倾斜角，则通过自带串口传输至嵌入式处理单元，发“杆塔倾斜报警”信息；
若检测到倾斜角大于45°或倾斜变化角速度较大(即或倾斜变化角速度ω≥π/6s)，则通过自带串口传输至嵌入式处理单元，发“杆塔倾覆”信息；
若检测到自身加速度大于0.5G，则通过自带串口传输至嵌入式处理单元，发“外力破坏”信息；
以上信息通过处理、记录后，可通过光纤模块接入配电自动化EPON网络传输至调度(即调度站，或称为调度中心)，或通过无线模块用GPRS等网络传输至调度。
检测到杆塔倾覆(满足倾斜角大于45°或倾斜变化角速度ω≥π/6s)时，可通过嵌入式处理单元校验后，通过总线DO输出板对断路器开关进行跳闸，防止人身触电或电网事故扩大。
DI接入模块是配电自动化终端的模拟量和数字量输入模块，完成对柱上断路器或负荷开关的电流、电压采集，断路器位置及工况采集；
DO模块是执行CPU命令的输出单元，为空接点输出，可控制断路器跳闸、远方储能(断路器操作机构在调度室遥控储能)等；
总线采用标准工业总线，如CAN总线等，是CPU、主板和各模块的传输纽带；
嵌入式处理单元为系统的中央处理器，通过自带的串行接口可接入其他外设，如图示的报警模块、支持以太网、EPON的光纤模块、支持GPRS等的无线模块，同时，以串行的方式接入本发明所述的“串口六轴电子陀螺仪”，经处理后实现前述的监控、报警功能。
EPON(Ethernet Passive Optical Network，以太网无源光网络)，顾名思义，是基于以太网的PON技术。它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。EPON技术由IEEE802.3EFM工作组进行标准化。2004年6月，IEEE802.3EFM工作组发布了EPON标准--IEEE802.3ah(2005年并入IEEE802.3-2005标准)。在该标准中将以太网和PON技术结合，在物理层采用PON技术，在数据链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现以太网接入。因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本、高带宽、扩展性强、与现有以太网兼容、方便管理等。
有益效果：
本发明的智能监测装置是一种配电自动化终端，能对杆塔倾斜预警、倾覆报警，并对预警报警信息加以处理、记录保存、远传，还能对自身遭受外力破坏或移除进行报警，并对自身空间位置变动加以记录。
与现有的技术比较，本发明的优点是：
1、目前六轴电子陀螺仪带串口、蓝牙的价格只要几十元，实施成本低，加装陀螺仪模块后，能对杆塔运行情况进行在线监测，提高了供电可靠性。
2、加装陀螺仪模块后，能对配电自动化终端自身运行情况进行在线监测，自身可靠性和在线率提高。
3、检测到杆塔倾覆时，可对断路器开关进行跳闸，防止人身触电或电网事故扩大，具备显著的效益和重大的社会效益。
附图说明
图1为用于电力塔杆的智能监测装置及方法的总体结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
如图1，一种用于电力塔杆的智能监测装置，包括控制器、输出单元、远程通信模块和电子式六轴陀螺仪；所述的输出单元、远程通信模块和电子式六轴陀螺仪均与控制器相连；电子式六轴陀螺仪设置在电力塔杆上；
所述的电子式六轴陀螺仪用于检测电力塔杆的倾斜角度；
所述的输出单元用于控制电力塔杆上的断路器的合闸或跳闸；
远程通信模块用于向调度站发送报警信息；
控制器通过电子式六轴陀螺仪检测到电力塔杆的倾斜角度大于预设阈值时，通过远程通信模块向调度中心发送报警信息，或通过输出单元控制断路器跳闸以避免触电事故或电网事故扩大。输出单元也称为DO输出板。
所述的用于电力塔杆的智能监测装置还包括与控制器相连的接入端口，控制器通过接入端口与电力塔杆的电力状态信息采集模块相连；所述的电力状态信息采集模块用于采集以下信息的至少一种：(1)断路器、负荷开关或变压器的电流、电压信息，(2)断路器或负荷开关的位置信息及工况信息，(3)变压器的工况信息。
电子式六轴陀螺仪为串口式电子式六轴陀螺仪。
控制器为嵌入式处理器。
输出单元和接入端口均通过总线与控制器相连。
远程通信模块包括支持以太网、EPON的光纤模块和无线模块中的至少一种；
所述的无线模块为GPRS通信模块、3G或4G通信模块。
所述的用于电力塔杆的智能监测装置还包括与控制器相连的声光报警模块。
电子式六轴陀螺仪向控制器发出报警信息时，控制器也向声光报警模块发出报警，通过灯光闪烁或蜂鸣器等方式报警，提醒民众注意或提醒维护人员尽快处理。
电子式六轴陀螺仪还检测倾斜速度信息和自身加速度信息；
若电子式六轴陀螺仪检测到倾斜角大于5°，则向控制器发“杆塔倾斜报警”信息；
若电子式六轴陀螺仪检测到倾斜角大于45°或倾斜变化角速度ω≥π/6s，则向控制器发“杆塔倾覆”信息；
若检测到自身加速度大于0.5G，G为重力加速度，则向控制器发“外力破坏”信息，此时由控制器通过输出单元控制断路器跳闸。并对相关预警信息(包括倾斜角、自身加速度和倾斜变化角速度以及具体预警判断信息(如杆塔倾覆等))进行记录和保存。
一种基于电力塔杆的智能监测装置的智能监测方法，通过在电力塔杆设置的电子式六轴陀螺仪检测电力塔杆的状态信息，并基于检测到的状态信息向调度站发出报警或通过输出单元控制断路器跳闸以避免触电事故或电网事故扩大。
电子式六轴陀螺仪还检测倾斜速度信息和自身加速度信息；
若电子式六轴陀螺仪检测到倾斜角大于5°，则向控制器发“杆塔倾斜报警”信息；
若电子式六轴陀螺仪检测到倾斜角大于45°或倾斜变化角速度较大ω≥π/6s，则向控制器发“杆塔倾覆”信息；此时使得断路器跳闸，以避免发生人身事故或防止电力事故的扩大。
若检测到自身加速度大于0.5G，G为重力加速度，则向控制器发“外力破坏”信息。
Claims (10)
1.一种用于电力塔杆的智能监测装置，其特征在于，包括控制器、输出单元、远程通信模块和电子式六轴陀螺仪；所述的输出单元、远程通信模块和电子式六轴陀螺仪均与控制器相连；电子式六轴陀螺仪设置在电力塔杆上；
所述的电子式六轴陀螺仪用于检测电力塔杆的倾斜角度、倾斜速度和自身加速度信息；
所述的输出单元用于控制电力塔杆上的断路器的合闸或跳闸；
远程通信模块用于向调度站发送报警信息；
控制器通过电子式六轴陀螺仪检测到电力塔杆的倾斜角度、倾斜速度或电子式六轴陀螺仪自身的加速度大于预设阈值时，通过远程通信模块向调度站发送报警信息，或通过输出单元控制断路器跳闸以避免电网事故扩大。
2.根据权利要求1所述的用于电力塔杆的智能监测装置，其特征在于，还包括与控制器相连的接入端口，控制器通过接入端口与电力塔杆的电力状态信息采集模块相连；所述的电力状态信息采集模块用于采集以下信息的至少一种：(1)断路器、负荷开关或变压器的电流、电压信息，(2)断路器或负荷开关的位置信息及工况信息，(3)变压器的工况信息。
3.根据权利要求1所述的用于电力塔杆的智能监测装置，其特征在于，电子式六轴陀螺仪为串口式电子式六轴陀螺仪。
4.根据权利要求1所述的用于电力塔杆的智能监测装置，其特征在于，控制器为嵌入式处理器。
5.根据权利要求2所述的用于电力塔杆的智能监测装置，其特征在于，输出单元和接入端口均通过总线与控制器相连。
6.根据权利要求1所述的用于电力塔杆的智能监测装置，其特征在于，远程通信模块包括支持以太网、EPON的光纤模块和无线模块中的至少一种；所述的无线模块为GPRS通信模块、3G或4G通信模块。
7.根据权利要求1所述的用于电力塔杆的智能监测装置，其特征在于，还包括与控制器相连的声光报警模块。
8.根据权利要求1-7任一项所述的用于电力塔杆的智能监测装置，其特征在于，
若电子式六轴陀螺仪检测到倾斜角大于5°，则向控制器发“杆塔倾斜报警”信息；若电子式六轴陀螺仪检测到倾斜角大于45°或倾斜变化角速度ω≥π/6s，则向控制器发“杆塔倾覆”信息；
若检测到自身加速度大于0.5G，G为重力加速度，则向控制器发“外力破坏”信息，此时由控制器通过输出单元控制断路器跳闸。
9.一种用于电力塔杆的智能监测方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的用于电力塔杆的智能监测装置，通过在电力塔杆设置的电子式六轴陀螺仪检测电力塔杆的倾斜角度、倾斜速度和自身加速度信息，并基于检测到的倾斜角度、倾斜速度和自身加速度信息向调度站发出报警或通过输出单元控制断路器跳闸以避免电网事故扩大。
10.根据权利要求9所述的用于电力塔杆的智能监测方法，其特征在于，
若电子式六轴陀螺仪检测到倾斜角大于5°，则向控制器发“杆塔倾斜报警”信息；
若电子式六轴陀螺仪检测到倾斜角大于45°或倾斜变化角速度ω≥π/6s，则向控制器发“杆塔倾覆”信息；
若检测到自身加速度大于0.5G，G为重力加速度，则向控制器发“外力破坏”信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |