CN106768558B - 一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提供一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置及方法，包括数据采集前置单元、相间间隔棒装置、通讯转换单元和工控机；数据采集前置单元包括第一拉力传感器、第二拉力传感器和控制模块，第一拉力传感器与输电线路A相‑B相的相间间隔棒连接，第二拉力传感器与输电线路B相‑C相的相间间隔棒连接，控制模块分别连接所述第一拉力传感器和第二拉力传感器，将所述信号经无线通讯方式发送至通讯转换单元；所述通讯转换单元将接收到的数据经通讯电缆传输至工控机。本发明及时获取相间间隔棒的受力情况，便于电力工作人员根据相间间隔棒舞动受力情况，改善相间间隔棒的设计和布局，提高其可靠性和有效性，最终提高相间间隔棒的防舞效果。

Description

一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置及方法

技术领域

本发明涉及特高压电网技术领域，尤其是涉及一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置及方法。

背景技术

输电线路舞动是不均匀覆冰导线在风激励下产生的一种低频率（0.1～5Hz）、大振幅（导线直径的20～300倍）的自激振动。高压输电线路舞动能量大，持续时间长，易造成线路闪络、跳闸、杆塔螺栓松动、脱落，严重时会发生金具及绝缘子损坏，导线断股、断线，甚至倒塔，导致重大电网事故。

作为一种有效的舞动抑制手段，相间间隔棒被大规模引入。现场的相间间隔棒悬挂于两相导线间，两端固定在导线的间隔棒上。多年的经验表明，虽然相间间隔棒在舞动治理方面发挥了显著的作用，但是其依然存在诸多问题有待改进。目前输电线路拉力监测装置，主要针对输电线路覆冰监测，安装位置在铁塔塔材上，主要监测连接铁塔的绝缘子拉力信号，这种装置与输电线路无任何连接，不参与输电线路的舞动。

CN 104933403的发明专利公开了一种基于间隔棒识别的导线舞动的监测方法，以输电线路视频流中截取的数字图像为研究对象， 通过图像灰度化、 平滑去噪等方法对图像进行预处理。对预处理之后的图像进行阈值分割，边缘检测，轮廓跟踪与补偿，提取导线间隔棒的轮廓，根据舞动前后间隔棒模板轮廓匹配差异形状，来计算舞动扭转角。舞动扭转角度出现异常时，能够及时将预警信息发送给安全检查人员，使其对线路运行状况予以关注同时采取相应处理措施。该方法采用图像处理的方法根据根据舞动前后间隔棒模板轮廓匹配差异形状进行导线舞动监测，可实现导线舞动扭转角的检测，但是该方法在特殊天气情况下，例如雾霾、雨、雪等天气，截取的数字图像画面质量难以保证，难以实现导线舞动的准确监测。而且，该方法仅能监测导线舞动，无法监测相间间隔棒在舞动过程中所承受的拉力、压力等力学特性。因此，亟需一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测的装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置及方法，用以实时监测相间间隔棒的舞动拉力。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置，其中，包括数据采集前置单元、相间间隔棒装置、通讯转换单元和工控机；所述数据采集前置单元包括第一拉力传感器、第二拉力传感器和控制模块，所述第一拉力传感器与输电线路A相-B相的相间间隔棒连接，用于检测A相-B相的相间间隔棒的舞动拉力信号，所述第二拉力传感器与输电线路B相-C相的相间间隔棒连接，用于检测B相-C相的相间间隔棒的舞动拉力信号，所述控制模块分别连接所述第一拉力传感器和第二拉力传感器，用于接收第一拉力传感器和第二拉力传感器检测到的信号，并将所述信号经无线通讯方式发送至通讯转换单元；所述通讯转换单元将接收到的数据经通讯电缆传输至工控机；所述工控机用于处理数据得到实时舞动拉力信号曲线，并予以显示和存储。

优选的，所述数据采集前置单元设置在输电线路B相的间隔棒上。

优选的，所述第一拉力传感器和第二拉力传感器上均设置有用于减少相间间隔棒对与其连接的拉力传感器撞击的防撞护套。

优选的，所述控制模块包括防护盒，所述防护盒内设置有无线通讯模块、锂电池、ARM控制模块和数模转换模块；所述无线通讯模块、数模转换模块均与所述ARM控制模块连接，锂电池为ARM控制模块供电。

优选的，所述防护盒上设置有航空插头，所述航空插头经信号电缆与所述数模转换模块连接。

优选的，所述通讯转换单元设置在被测相间间隔棒所在的档距杆塔的铁塔塔顶。

优选的，所述工控机设置在铁塔下侧；所述工控机外置环境防护箱。

一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测方法，包括如下步骤：

通过A相-B相之间的相间间隔棒上设置的第一拉力传感器，获取A相-B相之间的相间间隔棒的舞动拉力，通过B相-C相之间的相间间隔棒上设置的第二拉力传感器，获取B相-C相之间的相间间隔棒的舞动拉力；

所有获取的舞动拉力信号进入设置在铁塔上的通讯转换单元，并通过通讯电缆传递给工控机；

工控机在获取舞动拉力原始信号后，进行实时显示、处理，生成拉力信号曲线，并将获取的拉力原始信号存储，工控机根据处理结果进行信号反馈，向数据采集前置单元发送命令，改变其采样率。

一种输电线路相间间隔棒装置，包括相互嵌套的间隔棒外框板和间隔棒内框板；所述间隔棒内框板上设置有安装连板，所述安装连板用于安装如上任一项所述的控制模块；所述间隔棒外框板上用于连接相间间隔棒、如上任一项所述的第一拉力传感器和第二拉力传感器以及连接所述控制模块和各拉力传感器的信号电缆。

本发明的有益效果是：

本发明为了提高相间间隔棒的防舞动效果和自身的机械强度，避免相间间隔棒在使用过程中出现受损断裂而失效，提供了一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置及方法，通过在输电线路的A相-B相之间、B相-C相之间分别设置相间间隔棒，并在相间间隔棒上安装拉力传感器，实时监测输电线路舞动时相间间隔棒上的受力情况，通过监测舞动过程中相间间隔棒所承受的拉力、压力等力学特性，为判断改善相间间隔棒的设计和布局，提高其可靠性和有效性提供数据支持。

本发明的输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置能够实时监测相间间隔棒的舞动拉力、输电线路舞动状态，可以及时获取相间间隔棒的受力情况，便于电力工作人员根据相间间隔棒舞动受力情况，改善相间间隔棒的设计和布局，提高其可靠性和有效性，最终提高相间间隔棒的防舞效果。

本发明具有以下特点：可靠性高，可长期工作在户外，耐受雨雪、(-20~50℃)、高湿(~95% RH)、振动等典型覆冰舞动自然环境；结构简单，采用最小化设计，减少非必要配件，采用仅电池供电以及现场快速更换电池模式，减少了在线路上安装设备的数量和重量，提升了系统整体的可靠性和后期维护难度；通讯速率高，抗干扰能力强，传输距离远，实时性强，特定帧结构便于数据处理和故障判断；功能完善，高精度，重量轻，功耗低，满足相间间隔棒舞动拉力监测需要。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置的原理框图。

图2为本发明输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置的现场布置示意图。

图3为本发明输电线路相间间隔棒装置的结构及安装示意图。

图4为本发明数据采集前置单元中控制模块的原理框图。

图5为本发明输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置包括数据采集前置单元、相间间隔棒装置、通讯转换单元和工控机。数据采集前置单元包括拉力传感器1、拉力传感器2和控制模块，拉力传感器1与输电线路A相-B相的相间间隔棒连接，用于检测A相-B相的相间间隔棒的舞动拉力信号，拉力传感器2与输电线路B相-C相的相间间隔棒连接，用于检测B相-C相的相间间隔棒的舞动拉力信号，控制模块分别连接拉力传感器1和拉力传感器2，用于接收拉力传感器1和拉力传感器2检测到的信号，并将接收到的信号经无线通讯方式发送至通讯转换单元；通讯转换单元将接收到的数据经通讯电缆传输至工控机，在工控机上进行数据显示、处理和存储。

如图2所示，输电线路的A相线路2、B相线路3、C相线路4两端分别连接在档距杆塔的铁塔1上，A相线路2、B相线路3、C相线路4两上均安装有间隔棒5，数据采集前置单元7安装在B相线路的间隔棒5上，A相-B相、B相-C相的相间间隔棒6上安装有拉力传感器，获取其实时舞动拉力信号。信号线缆将拉力传感器采集的信号输送给控制模块，由控制模块通过无线通讯发送给通讯转换单元8，通讯转换单元8安装在铁塔的顶部，通讯转换单元8经通讯电缆9连接工控机10；工控机用于处理数据得到实时舞动拉力信号曲线，并予以显示和存储。

相间间隔棒6一般安装在线路档距的2/9-1/2处的线路上，距离杆塔50m-500m处。为有效测量拉力信号，需要将拉力传感器安装在连接相间间隔棒的线路上，在输电线路舞动时与相间间隔棒同时运动。通讯转换单元8安装在被测相间间隔棒所在档距杆塔上，面向相间间隔棒6，用于并将数据转换为有线信号，通过通讯电缆9传输给工控机10。通讯转换单元8安装在铁塔塔顶，以提高无线通讯接收的灵敏度；采用防雷隔离结构，以减少安装在塔顶带来的雷击隐患。通讯电缆9采用双层屏蔽线以提高信号的抗干扰能力。

工控机10安装在铁塔1下侧，外置环境防护箱，采用无风扇嵌入式结构，无任何活动部件，且体积较小，采用减震垫，以提高其对现场的适应能力。采用220V 市电供电。外置的环境防护箱指不锈钢防雨防尘箱，该不锈钢防雨防尘箱挂设在铁塔上。

本发明还提供一种输电线路间隔棒装置，包括相互嵌套的间隔棒外框板和间隔棒内框板；所述间隔棒内框板上设置有安装连板，所述安装连板用于安装数据采集前置单元的控制模块；所述间隔棒外框板上用于连接相间间隔棒、数据采集前置单元的第一拉力传感器和第二拉力传感器以及连接所述控制模块和各拉力传感器的信号电缆。具体地，如图3所示，数据采集前置单元7的控制模块75设置在安装连板76上，控制模块75与拉力传感器71之间通过信号电缆77连接，安装连板76设置在间隔棒内框板74上，相间间隔棒6安装在间隔棒外框板73上，拉力传感器71上设置有用于减少相间间隔棒对与其连接的拉力传感器撞击的防撞护套72，防撞护套72可采用硅橡胶护套，拉力传感器71设置在相间间隔棒6上。

拉力传感器71上的防撞护套72用于线路舞动时减少相间间隔棒6对拉力传感器71的撞击损伤；信号线缆将拉力传感器71的信号输送给控制模块75；控制模块75用于采集两只拉力传感器71的信号，并将其通过无线通讯发送出去；安装连板76用于将控制模块75固定在间隔棒中心，减少舞动扭转对控制模块75的损伤。拉力传感器71与相间间隔棒6直接连接，用于将其拉力信号转换为电信号。为了减少系统的功耗，拉力传感器71采用电阻全桥无源结构，而非常规的电流或电压有源结构，并采用IP66的尘封水封防护等级，以适应现场需要。

数据采集前置单元7负责相间间隔棒拉力信号的传感、采集和无线通讯。由于直接连接相间间隔棒，安装于线路上，因此工作环境较为恶劣，需要耐受舞动时的各种严酷自然环境，以及舞动自身的撞击和振动，以确保工作可靠性。因此在结构整体采用工业级零件、防撞设计可适应雨雪、高低温(-20~50℃)、高湿(~95% RH)、振动等典型覆冰舞动的自然环境；同时按照最小化设计原则，减少结构复杂性，采用仅电池供电以及现场快速更换电池模式，替代传统太阳能板、太阳能控制器、电池等多种配件组合的供电方式，减少了在线路上安装设备的数量和重量，整体重量低于2.5kg。

在一个实施例中，如图4所示，控制模块75包括防护盒751、航空插头753、锂电池754、无线通讯模块755、ARM控制模块756和数模转换模块757，其中，航空插头753设置在防护盒上，航空插头753经信号电缆752与数模转换模块757连接。锂电池754、无线通讯模块755、ARM控制模块756和数模转换模块757均设置在防护盒751内，无线通讯模块755、数模转换模块757均与ARM控制模块756连接，锂电池754为ARM控制模块756供电。

控制模块75负责信号的采集的无线传输。ARM控制模块756负责整体控制，采用32位低功耗ARM处理器，在满足高速计算的同时，也兼顾低功耗需求；采样率可调，根据上位机的指令可随意设置为1Hz-100Hz；采用间歇式采样方式，而非全时工作，使系统大部分时间处于整体休眠状态，降低了功耗，20Hz采样率的正常运行模式，功耗为80mW，自带电池可持续工作120天，按照20%时间工作在20Hz，其余时间休眠方式，电池可支持550天。

数模转换模块757采用24位高精度数模转换芯片，分辨率为uV，通过航空插头753和信号电缆752直接连接拉力传感器71，而不再经过传统的放大器电路，一方面减少结构复杂性，另一方面减少功耗。

无线通讯模块755采用2.4G窄带点对点通讯方式，通讯速率高，达到2Mbps；采用20dBm高发射功率使通讯距离达到1000m；采用自动调频，提高抗干扰能力，保证可靠通讯；采用采样-发送传输模式，保证数据实时传输，无数据积累和迟滞；采用特定帧结构，数据帧由帧头地址、数据序号、数据组成，便于数据处理和故障判断。

锂电池754和防护盒751均采为工业级，锂电池754用于提供电能，防护盒751将所有模块密封，使整体防护等级提高到IP66。

在一个实施例中，如图5所示，本发明提供一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测方法，包括如下步骤：

步骤S1，通过A相-B相之间的相间间隔棒上设置的第一拉力传感器，获取A相-B相之间的相间间隔棒的舞动拉力，通过B相-C相之间的相间间隔棒上设置的第二拉力传感器，获取B相-C相之间的相间间隔棒的舞动拉力；

步骤S2，所有获取的舞动拉力信号进入设置在铁塔上的通讯转换单元，并通过通讯电缆传递给工控机；

步骤S3，工控机在获取舞动拉力原始信号后，进行实时显示、处理，生成拉力信号曲线，并将获取的拉力原始信号存储，工控机根据处理结果进行信号反馈，向数据采集前置单元发送命令，改变其采样率。

安装于输电线路上的数据采集前置单元，通过数据采集前置单元的拉力传感器获得相间间隔棒实时舞动拉力后，经由安装在铁塔上通讯转换单元传输给工控机。工控机在获取拉力原始信号后，进行实时显示、处理和存储。可实时显示拉力信号曲线，并将获取的拉力原始信号存储为通用的excel格式。另外，还可以向数据采集前置单元发送命令，改变其采样率。

说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置，包括数据采集前置单元、通讯转换单元和工控机；所述数据采集前置单元包括第一拉力传感器、第二拉力传感器和控制模块，其特征在于：所述第一拉力传感器与输电线路A相-B相的相间间隔棒连接，用于检测A相-B相的相间间隔棒的舞动拉力信号，所述第二拉力传感器与输电线路B相-C相的相间间隔棒连接，用于检测B相-C相的相间间隔棒的舞动拉力信号，所述控制模块分别连接所述第一拉力传感器和第二拉力传感器，用于接收第一拉力传感器和第二拉力传感器检测到的信号，并将所述信号经无线通讯方式发送至通讯转换单元；所述通讯转换单元将接收到的数据经通讯电缆传输至工控机；所述工控机用于处理数据得到实时舞动拉力信号曲线，并予以显示和存储，所述第一拉力传感器和第二拉力传感器上均设置有用于减少相间间隔棒对与其连接的拉力传感器撞击的防撞护套。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置，其特征在于：所述数据采集前置单元设置在输电线路B相的间隔棒上。

3.根据权利要求1所述的一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置，其特征在于：所述控制模块包括无线通讯模块、锂电池、ARM控制模块和数模转换模块；所述无线通讯模块、数模转换模块均与所述ARM控制模块连接，所述锂电池为ARM控制模块供电。

4.根据权利要求3所述的一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置，其特征在于：所述控制模块设置于防护盒内，所述防护盒上设置有航空插头，所述航空插头经信号电缆与所述数模转换模块连接。

5.根据权利要求1所述的一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置，其特征在于：所述通讯转换单元设置在被测相间间隔棒所在的档距杆塔的铁塔上部。

6.根据权利要求1所述的一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测装置，其特征在于：所述工控机设置在铁塔下侧；所述工控机外置环境防护箱。

7.一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

通过A相-B相之间的相间间隔棒上设置的第一拉力传感器，获取A相-B相之间的相间间隔棒的舞动拉力，通过B相-C相之间的相间间隔棒上设置的第二拉力传感器，获取B相-C相之间的相间间隔棒的舞动拉力；

所有获取的舞动拉力信号进入设置在铁塔上的通讯转换单元，并通过通讯电缆传递给工控机；

工控机在获取舞动拉力原始信号后，进行实时显示、处理，生成拉力信号曲线，并将获取的拉力原始信号存储。

8.如权利要求7所述的一种输电线路相间间隔棒舞动拉力实时监测方法，其特征在于，所述方法包括：根据工控机处理结果的反馈，改变舞动拉力原始信号采样率。

9.一种输电线路间隔棒装置，其特征在于：包括相互嵌套的间隔棒外框板和间隔棒内框板；所述间隔棒内框板上设置有安装连板，所述安装连板用于安装如权利要求1-8中任一项所述的控制模块；所述间隔棒外框板上用于连接相间间隔棒、如权利要求1-8中任一项所述的第一拉力传感器和第二拉力传感器以及连接所述控制模块和各拉力传感器的信号电缆。