CN106895877A - 一种输电线路风摆预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路风摆预警系统，包括在杆塔上设置的风速监测模块、控制模块、通信模块以及电源模块，所述电源模块包括自发电机构、充放电控制器和蓄电池，所述自发电机构包括设置在所述杆塔上的立柱，所述立柱的顶端设置支撑板，所述支撑板上端与所述立柱铰接，所述支撑板下端通过伸缩机构与所述立柱的下部连接，所述伸缩机构的两端通过旋转机构与所述支撑板和立柱连接，所述支撑板的外侧通过压电悬臂梁设置太阳能发电模块，输电线路上设置风摆监测模块。本发明可以转换风能与太阳能供设备使用，对能源的转换利用效率高，使得对输电线路周边的风力以及线路的摆动情况进行常态化监测，提高事故的反映速度，降低了风力灾害所造成的损失。

Description

一种输电线路风摆预警系统

技术领域

本发明涉及输电线路监测技术领域，具体涉及一种输电线路风摆预警系统。

背景技术

输电是用变压器将发电机发出的电能升压后，再经断路器等控制设备接入输电线路来实现。按结构形式，输电线路分为架空输电线路和电缆线路。架空输电线路由线路杆塔、导线、绝缘子、线路金具、拉线、杆塔基础、接地装置等构成，架设在地面之上。按照输送电流的性质，输电分为交流输电和直流输电。19世纪80年代首先成功地实现了直流输电。但由于直流输电的电压在当时技术条件下难于继续提高，以致输电能力和效益受到限制。19世纪末，直流输电逐步为交流输电所代替。交流输电的成功，迎来了20世纪电气化社会的新时代。

目前，处于野外的高压输电线路杆塔可能由于风力等原因导致损毁。每年各地都有局部地区遭遇风灾导致倒杆停电事故发生。而导致杆塔损毁的风力，可能是由于地形等因素形成的高强度阵风。这种特定地点、突发性的风力在气象部门是没有记录和预测的，这对于灾害突然发生时无法做到及时反映，将灾害造成的损失降至最低，且对于灾害不能做到预测，不能对于地区性的风力情况进行很好的监测以及历史分析。

公开号为103869381A的发明公开了一种输电线路风速监测系统，用于监测杆塔等设备风力以及温、湿度。太阳能板与太阳能蓄电池连接，太阳能蓄电池、风速风向传感器、温湿度传感器、存储器、GPRS通讯模块接入微处理器，微处理器与存储器、GPRS通讯模块集成在电路板上，电路板与风速风向传感器、温湿度传感器和太阳能板、太阳能蓄电池及其安装附件共同组成测量通讯装置，多个测量通讯装置安装在杆塔上，通过GPRS网络和与服务器连接的监控后台通讯。该发明能够将现场的风力进行实时监测，但是其自发电的原理是通过太阳能电池板来转换太阳能，这在阴雨连绵的南方经常会因为太阳能不足而导致设备停电，即使是在北方遇到恶劣天气也会导致设备停用。

公开号为106355322A的发明公开了一种电网环境灾害在线监测平台，包括监测中心和与其相连接的移动式监测单元，所述移动式监测单元包括沿电网线路设置的架空轨道、所述架空轨道上设置的移动机构、所述移动机构上设置监测终端，所述监测终端包括传感器模块、控制模块、视频监测模块和第一通信模块，所述移动机构上设置定位装置，所述传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、明火传感器、雨量传感器、风速传感器。该发明可以对风力进行监测，但是其采用的是移动监测的方式，在大风区域监测时危险性较大，不利于在多风的输电线路区域进行布设。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种输电线路风摆预警系统，可以转换风能与太阳能供设备使用，对能源的转换利用效率高，大大降低了运维的成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种输电线路风摆预警系统，包括在杆塔上设置的风速监测模块、控制模块、通信模块以及电源模块，所述电源模块包括自发电机构、充放电控制器和蓄电池，所述自发电机构包括设置在所述杆塔上的立柱，所述立柱的顶端设置支撑板，所述支撑板上端与所述立柱铰接，所述支撑板下端通过伸缩机构与所述立柱的下部连接，所述伸缩机构的两端通过旋转机构与所述支撑板和立柱连接，所述支撑板的外侧通过压电悬臂梁设置太阳能发电模块，输电线路上设置风摆监测模块，所述控制模块与所述风速监测模块、通信模块、充放电控制器、伸缩机构和风摆监测模块连接，所述压电悬臂梁和太阳能发电模块分别通过所述充放电控制器与所述蓄电池连接。

进一步的，所述旋转机构包括设置在所述立柱和支撑板上设置的第一轴承、所述伸缩机构两端设置的第二轴承以及连接所述第一轴承和第二轴承的旋转杆。

进一步的，所述立柱下方设置放倒机构,所述放倒机构包括设置在杆塔上对所述立柱进行支撑的旋转基座，所述旋转基座的一侧设置横臂，所述立柱的下部设置第一放倒轴承，所述横臂上对应所述第一放倒轴承设置第二放倒轴承，所述第一放倒轴承和第二放倒轴承通过液压杆连接。

进一步的，所述控制模块包括单片机，所述通信模块包括GPRS模块，所述风速监测模块包括风速传感器。

进一步的，所述太阳能发电模块通过太阳能控制器与所述充放电控制器连接。

进一步的，所述太阳能发电模块包括通过压电悬臂梁设置的太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述支撑板之间在所述压电悬臂梁上设置温度控制板，所述温度控制板上设置温度发电机构，所述温度发电机构与所述充放电控制器连接。

进一步的，所述温度控制板包括太阳能集热板，所述温度发电机构包括所述温度控制板内侧面设置的温差发电片，所述温差发电片的热端与所述温度控制板连接。

进一步的，所述风摆监测模块包括所述输电线路上设置的固定机构，所述固定机构上设置陀螺仪和加速度传感器，所述陀螺仪和加速度传感器与所述控制模块连接。

进一步的，所述固定机构包括输电线路上粘接的最少两个固定环，所述固定环表面设置凸块，所述固定环上套设一圈卡环，所述卡环内表面对应所述凸块设置凹槽，所述卡环上设置横臂，若干个所述横臂上设置安装筒，所述安装筒内设置所述陀螺仪和加速度传感器。

进一步的，所述安装筒内设置与所述陀螺仪和加速度传感器相连接的第一蓝牙模块，所述控制模块连接设置第二蓝牙模块。

进一步的，所述安装筒内设置震动发电模块，所述震动发电模块包括所述安装筒中部设置的挡板，所述挡板与所述安装筒端部之间设置压电片，所述压电片中间设置配重块。

本发明提供了一种输电线路风摆预警系统，风速监测模块可以对输电线路周边的风力进行监测，在大风天气下可以向控制中心发出大风警报，使得工作人员能够提前做好反映，在出现事故时及时抢修，降低灾害造成的损失。目前在风摆预警系统中的电源供应都是通过太阳能或者现场更换电池来实现，但是更换电池增加了工作人员的巡查次数，而太阳能发电的电量供应不足，特别是在大风区域天气经常为阴天，发电量不足使得设备经常关闭，导致监测的效果较差。本发明通过风致振动发电以及太阳能发电两者结合从而对设备进行供电，在天气较好时转化太阳能，在天气较差时则将风力转换为电能，保证电能的充足供应。杆塔上设置立柱，立柱顶端设置支撑板，支撑板上端与立柱铰接，而下部通过伸缩机构与立柱连接，支撑板上通过压电悬臂梁设置太阳能发电模块，这样在阳光充足时通过伸缩机构将支撑板顶起，使得太阳能发电模块可以截取更大面积的阳光，而大风天气下伸缩机构收回，使得支撑板竖向设置，可以截留更多的风力来发电，保证发电量的最大化。输电线路上还设置风摆监测模块，可以对线路的摇摆情况进行监测，这样还能对控制中心发出风摆警报。充放电控制器有多种输入与输出，可以满足将转换的电能存储在蓄电池内，蓄电池与系统的其他用电设备也通过充放电控制器连接，并将蓄电池内的电能转换为不同的电压等级供现场不同的设备使用。

本发明可以转换风能与太阳能供设备使用，对能源的转换利用效率高，大大降低了运维的成本，使得对输电线路周边的风力以及线路的摆动情况进行常态化监测，提高事故的反映速度，大大降低了风力灾害所造成的的损失。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1是本发明输电线路风摆预警系统的系统结构图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明旋转机构的结构示意图；

图4是本发明太阳能发电模块的结构示意图；

图5是本发明放倒机构的结构示意图；

图6是本发明固定机构的结构示意图；

图7是本发明风摆监测模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图7对本发明技术方案进一步展示，具体实施方式如下：

实施例一

如图1至图3所示：本实施例提供了一种输电线路风摆预警系统，包括在杆塔16上设置的风速监测模块5、控制模块2、通信模块1以及电源模块，所述电源模块包括自发电机构8、充放电控制器3和蓄电池4，所述自发电机构8包括设置在所述杆塔16上的立柱14，所述立柱14的顶端设置支撑板13，所述支撑板13上端与所述立柱14铰接，所述支撑板13下端通过伸缩机构15与所述立柱14的下部连接，所述伸缩机构15的两端通过旋转机构7与所述支撑板13和立柱14连接，所述支撑板13的外侧通过压电悬臂梁12设置太阳能发电模块，输电线路30上设置风摆监测模块6，所述控制模块2与所述风速监测模块5、通信模块1、充放电控制器3、伸缩机构15和风摆监测模块6连接，所述压电悬臂梁12和太阳能发电模块分别通过所述充放电控制器3与所述蓄电池4连接。

风速监测模块可以对输电线路周边的风力进行监测，在大风天气下可以向控制中心发出大风警报，使得工作人员能够提前做好反映，在出现事故时及时抢修，降低灾害造成的损失。目前在风摆预警系统中的电源供应都是通过太阳能或者现场更换电池来实现，但是更换电池增加了工作人员的巡查次数，而太阳能发电的电量供应不足，特别是在大风区域天气经常为阴天，发电量不足使得设备经常关闭，导致监测的效果较差。本发明通过风致振动发电以及太阳能发电两者结合从而对设备进行供电，在天气较好时转化太阳能，在天气较差时则将风力转换为电能，保证电能的充足供应。杆塔上设置立柱，立柱顶端设置支撑板，支撑板上端与立柱铰接，而下部通过伸缩机构与立柱连接，支撑板上通过压电悬臂梁设置太阳能发电模块，这样在阳光充足时通过伸缩机构将支撑板顶起，使得太阳能发电模块可以截取更大面积的阳光，而大风天气下伸缩机构收回，使得支撑板竖向设置，可以截留更多的风力来发电，保证发电量的最大化。立柱下方设置放倒机构，这是考虑到风力很强时可能会对设备造成损坏，通过将整个装置放倒，这样截留风力的面积变到最小，避免大风将设备损坏。输电线路上还设置风摆监测模块，可以对线路的摇摆情况进行监测，这样还能对控制中心发出风摆警报。充放电控制器有多种输入与输出，可以满足将转换的电能存储在蓄电池内，蓄电池与系统的其他用电设备也通过充放电控制器连接，并将蓄电池内的电能转换为不同的电压等级供现场不同的设备使用。

所述旋转机构7包括设置在所述立柱14和支撑板13上设置的第一轴承19、所述伸缩机构15两端设置的第二轴承21以及连接所述第一轴承19和第二轴承21的旋转杆20。旋转机构是为了调整伸缩机构的角度，因为在支撑板旋转的过程中伸缩机构与立柱和支撑板的角度会发生变化，其机构是立柱和支撑板上设置第一轴承，伸缩机构的两端设置第二轴承，第一轴承和第二轴承通过旋转杆连接，这样伸缩机构的角度便可以对应立柱和支撑板进行改变。

所述控制模块2包括单片机，所述通信模块1包括GPRS模块，所述风速监测模块5包括风速传感器。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，控制功能强大。GPRS模块用来通信可以保证通信的距离以及实现无线通信，风速监测模块采用风速传感器来对杆塔周边的风速进行监测。

实施例二

如图5所示：其与实施例一的区别在于：

所述立柱14下方设置放倒机构9，所述放倒机构9包括设置在杆塔16上对所述立柱14进行支撑的旋转基座23，所述旋转基座23的一侧设置横臂26，所述立柱14的下部设置第一放倒轴承24，所述横臂26上对应所述第一放倒轴承24设置第二放倒轴承27，所述第一放倒轴承24和第二放倒轴承27通过液压杆25连接。立柱下方设置放倒机构，这是考虑到风力很强时可能会对设备造成损坏，通过将整个装置放倒，这样截留风力的面积变到最小，避免大风将设备损坏。立柱通过旋转基座与杆塔旋转连接，在基座的一侧设置横臂，横臂与立柱间设置液压杆，这样通过液压杆便可以控制立柱的倾斜角度，在风大时便可将立柱放倒，从而减小大风对设备的危害。

实施例三

如图4所示：其与实施例一的区别在于：

所述太阳能发电模块通过太阳能控制器与所述充放电控制器3连接。太阳能控制器可以提高太阳能发电模块的发电效率。

所述太阳能发电模块包括通过压电悬臂梁12设置的太阳能电池板10，所述太阳能电池板10与所述支撑板13之间在所述压电悬臂梁12上设置温度控制板17，所述温度控制板17上设置温度发电机构18，所述温度发电机构18与所述充放电控制器3连接。太阳能发电模块通过压电悬臂梁上的太阳能电池板进行发电，可以在晴天时对太阳能进行转换，太阳能电池板具有一个高效率电能转换的温度区间，通过设置温度控制板对太阳能电池板过高的温度进行吸收，避免太阳能电池板温度过高，导致发电效率降低。温度控制板吸收热量，温度升高，因此在温度控制板上设置温度发电机构，可以对过高的温度进行利用，利用热能发电，对太阳能的利用效率更高。

所述温度控制板17包括太阳能集热板，所述温度发电机构18包括所述温度控制板17内侧面设置的温差发电片，所述温差发电片的热端与所述温度控制板17连接。温度控制板采用太阳能集热板，对于热量的收集效率更高，温度发电机构采用半导体制冷片，其发热端升温便可产生电流。

实施例四

如图6和图7所示：其与实施例一的区别在于：

所述风摆监测模块6包括所述输电线路30上设置的固定机构，所述固定机构上设置陀螺仪34和加速度传感器35，所述陀螺仪34和加速度传感器35与所述控制模块2连接。固定机构将陀螺仪34和加速度传感器35固定在输电线路上，陀螺仪可以对输电线路风摆的方向进行监测，而加速度传感器会对输电线路风摆的速度进行监测，这样便可以对输电线路的运动轨迹进行监测，并将信息发送至控制模块，并远程发送给控制中心。陀螺仪34和加速度传感器35和控制模块的连接可以通过有线或无线的方式。

所述固定机构包括输电线路30上粘接的最少两个固定环29，所述固定环29表面设置凸块31，所述固定环29上套设一圈卡环28，所述卡环28内表面对应所述凸块31设置凹槽42，所述卡环28上设置横臂32，若干个所述横臂32上设置安装筒43，所述安装筒43内设置所述陀螺仪34和加速度传感器35。固定机构不能有太大的体积，避免截留的风力过大，加大输电线路的摆动。因此在输电线路上通过固定机构设置安装筒，安装筒内设置陀螺仪34和加速度传感器35，这样不会有太大的体积。固定机构包括输电线路上粘接的固定环，而安装筒通过卡环设置在固定环上，这样安装筒与输电线路为活动固定连接，在需要检修时可以将安装筒取下，使用更加灵活。且固定环上设置凸块与卡环内设置凹槽相配合，使得安装筒不会绕着输电线路旋转，监测的精度更高。

所述安装筒43内设置与所述陀螺仪34和加速度传感器35相连接的第一蓝牙模块36，所述控制模块2连接设置第二蓝牙模块。安装筒内的陀螺仪34和加速度传感器35通过蓝牙与控制模块连接， 不用在输电线路上外挂通信线路，不会对输电线路造成影响。

所述安装筒43内设置震动发电模块，所述震动发电模块包括所述安装筒43中部设置的挡板37，所述挡板37与所述安装筒43端部之间设置压电片38，所述压电片38中间设置配重块39。安装筒内设置震动发电模块可以进行自发电，满足陀螺仪34和加速度传感器35的用电要求，其内部可以设置一个小型的蓄电池，讲多余的电能存储，使得陀螺仪34和加速度传感器35可以常态化监测。震动发电机构包括在安装筒内设置压电片，并在压电片中部设置配重块，在存在风力的情况下，安装筒随着输电线路晃动时，配重块会引起压电片的震动，从而发电。

最后说明的是，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 (10)

1.一种输电线路风摆预警系统，其特征在于：包括在杆塔上设置的风速监测模块、控制模块、通信模块以及电源模块，所述电源模块包括自发电机构、充放电控制器和蓄电池，所述自发电机构包括设置在所述杆塔上的立柱，所述立柱的顶端设置支撑板，所述支撑板上端与所述立柱铰接，所述支撑板下端通过伸缩机构与所述立柱的下部连接，所述伸缩机构的两端通过旋转机构与所述支撑板和立柱连接，所述支撑板的外侧通过压电悬臂梁设置太阳能发电模块，输电线路上设置风摆监测模块，所述控制模块与所述风速监测模块、通信模块、充放电控制器、伸缩机构和风摆监测模块连接，所述压电悬臂梁和太阳能发电模块分别通过所述充放电控制器与所述蓄电池连接。

2.如权利要求1所述的输电线路风摆预警系统，其特征在于：所述旋转机构包括设置在所述立柱和支撑板上设置的第一轴承、所述伸缩机构两端设置的第二轴承以及连接所述第一轴承和第二轴承的旋转杆。

3.如权利要求1所述的输电线路风摆预警系统，其特征在于：所述立柱下方设置放倒机构,所述放倒机构包括设置在杆塔上对所述立柱进行支撑的旋转基座，所述旋转基座的一侧设置横臂，所述立柱的下部设置第一放倒轴承，所述横臂上对应所述第一放倒轴承设置第二放倒轴承，所述第一放倒轴承和第二放倒轴承通过液压杆连接。

4.如权利要求1所述的输电线路风摆预警系统，其特征在于：所述控制模块包括单片机，所述通信模块包括GPRS模块，所述风速监测模块包括风速传感器。

5.如权利要求1所述的输电线路风摆预警系统，其特征在于：所述太阳能发电模块通过太阳能控制器与所述充放电控制器连接。

6.如权利要求5所述的输电线路风摆预警系统，其特征在于：所述太阳能发电模块包括通过压电悬臂梁设置的太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述支撑板之间在所述压电悬臂梁上设置温度控制板，所述温度控制板上设置温度发电机构，所述温度发电机构与所述充放电控制器连接。

7.如权利要求6所述的输电线路风摆预警系统，其特征在于：所述温度控制板包括太阳能集热板，所述温度发电机构包括所述温度控制板内侧面设置的温差发电片，所述温差发电片的热端与所述温度控制板连接。

8.如权利要求1所述的输电线路风摆预警系统，其特征在于：所述风摆监测模块包括所述输电线路上设置的固定机构，所述固定机构上设置陀螺仪和加速度传感器，所述陀螺仪和加速度传感器与所述控制模块连接。

9.如权利要求8所述的输电线路风摆预警系统，其特征在于：所述固定机构包括输电线路上粘接的最少两个固定环，所述固定环表面设置凸块，所述固定环上套设一圈卡环，所述卡环内表面对应所述凸块设置凹槽，所述卡环上设置横臂，若干个所述横臂上设置安装筒，所述安装筒内设置所述陀螺仪和加速度传感器。

10.如权利要求9所述的输电线路风摆预警系统，其特征在于：所述安装筒内设置与所述陀螺仪和加速度传感器相连接的第一蓝牙模块，所述控制模块连接设置第二蓝牙模块。