CN107248784A - 输电线路运行状态自动监测装置及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及输电线路监测技术领域，是一种输电线路运行状态自动监测装置及其监测方法，其包括子站、主站和监控终端，子站包括数据采集模块和子站控制模块，主站包括主站控制模块和第三通信模块，数据采集模块和电源单元均与子站控制模块电连接，子站控制模块通过第一通信模块与主站控制模块通信连接，子站控制模块通过第二通信模块与监控终端通信连接，主站控制模块通过第三通信模块与监控终端双向通信连接。本发明结构合理而紧凑，能对输电线路状态进行实时监测，对输电线路覆冰超限情况进行准确监测及判断，及时对覆冰超限可能发生覆冰舞动的情况进行报警，有效提高输电线路运行状态监测效率，提高输电线路运行状态监测的准确性及可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路监测技术领域，是一种输电线路运行状态自动监测装置及其监测方法。
背景技术
作为电能生产、输送、供应的载体，电力设施是输送动力和光明的通道，而输电线路更是远程电能输送的关键设施，与百姓日常生活息息相关。输电线路大多分布在野外，线路覆盖面广，所处的地理环境、气候条件恶劣，由于距离远、分散性大、气候恶劣等因素，一直以来没有有效的安全防范措施，线路维护工作量大、危险性高。对输电线路运行状态的监测一般依靠传统的人工巡视方法来进行，这种方法受主观因素影响较大，难以保证结果准确无误，而且会耗费大量的人力、财力和无力，同时也不能做到实时在线测量，效率很低，不能及时发现输电线路上存在的安全隐患，甚至导致发生杆塔倒塌等重大的安全事故，造成大面积停电，严重损害国家利益，影响民众的生活。
发明内容
本发明提供了一种输电线路运行状态自动监测装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有人工巡视的输电线路运行状态监测方式存在的效率低、监测结果不准确及不能实时在线监测的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种输电线路运行状态自动监测装置，包括子站、主站和监控终端，所述子站包括采集拉力、倾角和气象数据的数据采集模块、子站控制模块、第一通信模块、第二通信模块和电源单元，所述主站包括主站控制模块和第三通信模块，数据采集模块和电源单元均与子站控制模块电连接，子站控制模块通过第一通信模块与主站控制模块通信连接，子站控制模块通过第二通信模块与监控终端通信连接，主站控制模块通过第三通信模块与监控终端双向通信连接。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述子站还可包括子站存储模块和摄像机，子站存储模块和摄像机均与子站控制模块电连接；或/和，主站还可包括报警模块和主站存储模块，主站存储模块和报警模块均与主站控制模块电连接。
上述电源单元可包括电源模块、太阳能电池、控制器和蓄电池，太阳能电池与控制器电连接，蓄电池与控制器双向电连接，控制器与电源模块电连接，电源模块与子站控制模块电连接。
上述数据采集模块可包括拉力传感器、倾角传感器和气象传感器，拉力传感器、倾角传感器和气象传感器均与子站控制模块电连接。
上述第一通信模块可为GPRS通信模块；第二通信模块可为无线射频收发模块；第三通信模块可为无线射频收发模块。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种输电线路运行状态自动监测装置的监测方法，包括以下步骤：
第一步：子站开启,子站控制模块进行初始化，初始化结束后，子站控制模块读取配置信息；同时主站开启，对子站和监控终端进行参数设置，然后设定主站的IP地址和接收端口，并且主站控制模块对接收端口进行监听，之后进入第二步；
第二步：子站控制模块控制数据采集模块实时采集拉力、倾角和气象数据，并将采集到的数据上传至子站控制模块，之后进入第三步；
第三步：子站开启GPRS通信模块与主站进行通信连接，若与主站连接成功，则进入第四步，若连接不成功，则将GPRS通信模块关闭，并进行重新开启；
第四步：子站控制模块将接收到的采集数据存储至子站存储模块，并且将采集到的数据以报文的形式上传至主站控制模块，之后进入第五步；
第五步：当主站控制模块监听到接收端口有数据报文到达时，主站控制模块接收数据报文，在数据报文中寻找子站信息并与主站控制模块中记录的子站信息进行匹配，若匹配成功，则进入第六步，若匹配不成功，则直接将数据报文丢弃，进行下一组数据报文的匹配判断；
第六步：主站控制模块判断子站时间与主站时间是否一致，若时间一致，进入第七步，若时间不一致，主站控制模块进行时间校准，时间校准完成后重新判断子站时间与主站时间是否一致，若时间一致，进入第七步，若时间不一致，则再次进行校准；
第七步：主站控制模块对数据报文进行读取和解析，然后计算导线平均覆冰厚度，计算过程如下：
(1)获取拉力传感器测量的垂直档内导线的质量G；
(2)通过下式计算导线的平均覆冰厚度，公式如下：
其中，b为导线的平均覆冰厚度，d为导线直径，之后进入第八步；
第八步：主站控制模块判断导线平均覆冰厚度是否超过主站控制模块内设定的限值，若导线平均覆冰厚度超过限值，则主站控制模块发送覆冰报警信号至监控终端，且报警模块进行声光报警，若导线平均覆冰厚度没有超过限值，则结束。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述第三步中GPRS通信模块可通过PPP拨号与主站进行通信连接，开启GPRS通信模块时，若拨号重连次数超过三次，则关闭GPRS通信模块，并进行重新开启，若在三次内与主站连接成功，则进入第四步；或/和，第七步中在主站控制模块对数据报文进行读取及解析之前，监控终端可接收摄像机拍摄的导线覆冰情况照片，工作人员查看照片确认导线是否覆冰，并通过监控终端发送相应信号至主站控制模块，主站控制模块根据信号判断所接收的数据报文是否为覆冰数据，若是覆冰数据，则对数据报文进行读取及解析，若不是覆冰数据，则丢弃数据。
本发明能通过数据采集模块采集输电线路上的拉力、倾角和气象等数据，通过子站控制模块和第一通信模块将采集到的数据传输至主站控制模块，主站控制模块接收数据并进行处理、计算，判断输电线路是否有覆冰超限情况发生，若有覆冰超限情况发生则发送报警信息至监控终端进行报警，因此本发明结构简单、低功耗，相较于传统的人工巡检的输电线路运行状态监测方式，能对输电线路状态进行实时监测，对输电线路覆冰超限情况进行准确监测及判断，及时对覆冰超限可能发生覆冰舞动的情况进行报警，有效提高输电线路运行状态监测效率，提高输电线路运行状态监测的准确性及可靠性，避免大型输电线路事故的发生，同时采用子站采集及主站处理的方式，有效减少了子站的压力，增加了数据处理速度，并且支持多种组网模式。
附图说明
附图1为本发明实施例一的电路结构示意图。
附图2为本发明实施例二的流程图。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
实施例1：如附图1所示，该输电线路运行状态自动监测装置，包括子站、主站和监控终端，所述子站包括采集拉力、倾角和气象数据的数据采集模块、子站控制模块、第一通信模块、第二通信模块和电源单元，所述主站包括主站控制模块和第三通信模块，数据采集模块和电源单元均与子站控制模块电连接，子站控制模块通过第一通信模块与主站控制模块通信连接，子站控制模块通过第二通信模块与监控终端通信连接，主站控制模块通过第三通信模块与监控终端双向通信连接。
这里子站主要用于采集输电线路的拉力、倾角和气象数据并上传至主站；其中数据采集模块用于采集输电线路的拉力、倾角和气象数据；子站控制模块为现有公知技术，可为16位芯片MC9S12XS128，用于接收采集到的拉力、倾角和气象数据，对数据进行融合处理并上传至主站；第一通信模块用于子站与主站之间通信；第二通信模块用于子站与监控终端之间通信。主站主要用于接收采集到的数据并进行处理与分析，判断输电线路是否有覆冰超限情况；其中主站控制模块为现有公知技术，可为16位芯片MC9S12XS128，用于接收采集到的数据，并进行根据相应的数学模型计算导线覆冰厚度，判断输电线路是否覆冰超限情况发生，若有则发送报警信息至监控终端进行报警。监控终端可为远端监控中心，用于向工作人员进行数据展示及报警信息显示。
本发明能通过数据采集模块采集输电线路上的拉力、倾角和气象等数据，通过子站控制模块和第一通信模块将采集到的数据传输至主站控制模块，主站控制模块接收数据并进行处理、计算，判断输电线路是否有覆冰超限情况发生，若有覆冰超限情况发生，则发送报警信息至监控终端进行报警，因此本发明结构简单、低功耗，相较于传统的人工巡检的输电线路运行状态监测方式，能对输电线路状态进行实时监测，对输电线路覆冰超限情况进行实时监测及判断，及时对覆冰超限可能发生覆冰舞动的情况进行报警，有效提高输电线路运行状态监测效率，提高输电线路运行状态监测的准确性及可靠性，避免大型输电线路事故的发生，同时采用子站采集及主站处理的方式，有效减少了子站的压力，增加了数据处理速度，并且支持多种组网模式。
可根据实际需要，对上述输电线路运行状态自动监测装置作进一步优化或/和改进：
如附图1所示，所述子站还包括子站存储模块和摄像机，所述子站存储模块和摄像机均与子站控制模块电连接。这里子站存储模块为现有公知技术，用来存储采集到的数据；摄像机为现有公知技术，用来对输电线路进行视频监测，拍摄输电线路覆冰图像及视频并发送给监控终端，供工作人员查看。
如附图1所示，所述主站还包括报警模块和主站存储模块，主站存储模块和报警模块均与主站控制模块电连接。这里报警模块为现有公知技术，可为声光报警器。主站存储模块为现有公知技术，用来存储接收到的采集数据和主站控制模块处理分析后的结果，实现多重备份，避免数据丢失。
如附图1所示，所述电源单元包括电源模块、太阳能电池、控制器和蓄电池，所述太阳能电池和蓄电池均与控制器电连接，控制器与电源模块电连接，电源模块与子站控制模块电连接。这里采用太阳能加蓄电池的供电方式，根据子站的功耗、区域日照状况和蓄电池备用时间，控制器控制太阳能电池或蓄电池为电源模块供电，当使用太阳能电池时，若太阳能电池产生的富裕电能可为蓄电池充电；电源模块为现有公知技术，可为铁锂电池，接收太阳能电池或蓄电池提供的电能，并进行转化为子站控制模块供电。
如附图1所示所述数据采集模块包括拉力传感器、倾角传感器和气象传感器，拉力传感器、倾角传感器和气象传感器均与子站控制模块电连接。这里拉力传感器、倾角传感器和气象传感器均为现有公知技术，拉力传感器监测垂直档内输电线路导线的质量，倾角传感器监测绝缘子串的倾角，气象传感器监测输电线路所处环境的温度、湿度、风向、风速和大气压数据。
如附图1所示，所述第一通信模块为GPRS通信模块；第二通信模块为无线射频收发模块；第三通信模块为无线射频收发模块。这里无线射频收发模块为现有公知技术，可为MC13193芯片，该芯片包含IEEE802.15.4协议的物理层和MAC层，自带ZigBee协议栈，提供可编程的时钟供基带MCU使用，通过串行外围接口与子站控制模块通信，输出功率也可由编程设定。
实施例2：如附图1、2所示，该输电线路运行状态自动监测装置的监测方法，包括以下步骤：
第一步：子站开启,子站控制模块进行初始化，初始化结束后，子站控制模块读取配置信息；同时主站开启，对子站和监控终端进行参数设置，然后设定主站的IP地址和接收端口，并且主站控制模块对接收端口进行监听，之后进入第二步；
第二步：子站控制模块控制数据采集模块实时采集拉力、倾角和气象数据，并将采集到的数据上传至子站控制模块，之后进入第三步；
第三步：子站开启GPRS通信模块与主站进行通信连接，若与主站连接成功，则进入第四步，若连接不成功，则将GPRS通信模块关闭，并进行重新开启；
第四步：子站控制模块将接收到的采集数据存储至子站存储模块，并且将采集到的数据以报文的形式上传至主站控制模块，之后进入第五步；
第五步：当主站控制模块监听到接收端口有数据报文到达时，主站控制模块接收数据报文，在数据报文中寻找子站信息并与主站控制模块中记录的子站信息进行匹配，若匹配成功，则进入第六步，若匹配不成功，则直接将数据报文丢弃，进行下一组数据报文的匹配判断；
第六步：主站控制模块判断子站时间与主站时间是否一致，若时间一致，进入第七步，若时间不一致，主站控制模块进行时间校准，时间校准完成后重新判断子站时间与主站时间是否一致，若时间一致，进入第七步，若时间不一致，则再次进行校准；
第七步：主站控制模块对数据报文进行读取和解析，然后计算导线平均覆冰厚度，计算过程如下：
(1)获取拉力传感器测量的垂直档内导线的质量G；
(2)通过下式计算导线的平均覆冰厚度，公式如下：
其中，b为导线的平均覆冰厚度，d为导线直径，之后进入第八步；
第八步：主站控制模块判断导线平均覆冰厚度是否超过主站控制模块内设定的限值，若导线平均覆冰厚度超过限值，则主站控制模块发送覆冰报警信号至监控终端，且报警模块进行声光报警，若导线平均覆冰厚度没有超过限值，则结束。
这里第七步中主站控制模块读取覆冰数据后，可将覆冰数据存储至主站存储模块，同时可发送接收到数据报文相应至子站控制模块，第七步中计算得出的导线的平均覆冰厚度为冰质密度为0.9g/cm时的导线的平均覆冰厚度。第八步中主站控制模块内设定的覆冰厚度限值可根据实际情况设定，本发明中为10毫米。
可根据实际需要，对上述输电线路运行状态自动监测装置的监测方法作进一步优化或/和改进：
如附图2所示第三步中GPRS通信模块通过PPP拨号与主站进行通信连接，开启GPRS通信模块时，若拨号重连次数超过三次，则关闭GPRS通信模块，并进行重新开启，若在三次内与主站连接成功，则进入第四步。
如附图2所示，第七步中在主站控制模块对数据报文进行读取及解析之前，监控终端接收摄像机拍摄的导线覆冰情况照片，工作人员查看照片确认导线是否覆冰，并通过监控终端发送相应信号至主站控制模块，主站控制模块根据信号判断所接收的数据报文是否为覆冰数据，若是覆冰数据，则对数据报文进行读取及解析，若不是覆冰数据，则丢弃数据。
以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (10)
1.一种输电线路运行状态自动监测装置，其特征在于包括子站、主站和监控终端，所述子站包括采集拉力、倾角和气象数据的数据采集模块、子站控制模块、第一通信模块、第二通信模块和电源单元，所述主站包括主站控制模块和第三通信模块，数据采集模块和电源单元均与子站控制模块电连接，子站控制模块通过第一通信模块与主站控制模块通信连接，子站控制模块通过第二通信模块与监控终端通信连接，主站控制模块通过第三通信模块与监控终端双向通信连接。
2.根据权利要求1所述的输电线路运行状态自动监测装置，其特征在于所述子站还包括子站存储模块和摄像机，所述子站存储模块和摄像机均与子站控制模块电连接；或/和，所述主站还包括报警模块和主站存储模块，主站存储模块和报警模块均与主站控制模块电连接。
3.根据权利要求1或2所述的输电线路运行状态自动监测装置，其特征在于所述电源单元包括电源模块、太阳能电池、控制器和蓄电池，所述太阳能电池与控制器电连接，蓄电池与控制器双向电连接，控制器与电源模块电连接，电源模块与子站控制模块电连接。
4.根据权利要求1或2所述的输电线路运行状态自动监测装置，其特征在于所述数据采集模块包括拉力传感器、倾角传感器和气象传感器，拉力传感器、倾角传感器和气象传感器均与子站控制模块电连接。
5.根据权利要求3所述的输电线路运行状态自动监测装置，其特征在于所述数据采集模块包括拉力传感器、倾角传感器和气象传感器，拉力传感器、倾角传感器和气象传感器均与子站控制模块电连接。
6.根据权利要求1或2或5所述的输电线路运行状态自动监测装置，其特征在于所述第一通信模块为GPRS通信模块；第二通信模块为无线射频收发模块；第三通信模块为无线射频收发模块。
7.根据权利要求3所述的输电线路运行状态自动监测装置，其特征在于所述第一通信模块为GPRS通信模块；第二通信模块为无线射频收发模块；第三通信模块为无线射频收发模块。
8.根据权利要求4所述的输电线路运行状态自动监测装置，其特征在于所述第一通信模块为GPRS通信模块；第二通信模块为无线射频收发模块；第三通信模块为无线射频收发模块。
9.一种如权利要求7或8中任一项所述的输电线路运行状态自动监测装置的监测方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步：子站开启,子站控制模块进行初始化，初始化结束后，子站控制模块读取配置信息；同时主站开启，对子站和监控终端进行参数设置，然后设定主站的IP地址和接收端口，并且主站控制模块对接收端口进行监听，之后进入第二步；
第二步：子站控制模块控制数据采集模块实时采集拉力、倾角和气象数据，并将采集到的数据上传至子站控制模块，之后进入第三步；
第三步：子站开启GPRS通信模块与主站进行通信连接，若与主站连接成功，则进入第四步，若连接不成功，则将GPRS通信模块关闭，并进行重新开启；
第四步：子站控制模块将接收到的采集数据存储至子站存储模块，并且将采集到的数据以报文的形式上传至主站控制模块，之后进入第五步；
第五步：当主站控制模块监听到接收端口有数据报文到达时，主站控制模块接收数据报文，在数据报文中寻找子站信息并与主站控制模块中记录的子站信息进行匹配，若匹配成功，则进入第六步，若匹配不成功，则直接将数据报文丢弃，进行下一组数据报文的匹配判断；
第六步：主站控制模块判断子站时间与主站时间是否一致，若时间一致，进入第七步，若时间不一致，主站控制模块进行时间校准，时间校准完成后重新判断子站时间与主站时间是否一致，若时间一致，进入第七步，若时间不一致，则再次进行校准；
第七步：主站控制模块对数据报文进行读取和解析，然后计算导线平均覆冰厚度，计算过程如下：
(1)获取拉力传感器测量的垂直档内导线的质量G；
(2)通过下式计算导线的平均覆冰厚度，公式如下：
其中，b为导线的平均覆冰厚度，d为导线直径，之后进入第八步；
第八步：主站控制模块判断导线平均覆冰厚度是否超过主站控制模块内设定的限值，若导线平均覆冰厚度超过限值，则主站控制模块发送覆冰报警信号至监控终端，且报警模块进行声光报警，若导线平均覆冰厚度没有超过限值，则结束。
10.根据权利要求9所述的输电线路运行状态自动监测装置的监测方法，其特征在于第三步中GPRS通信模块通过PPP拨号与主站进行通信连接，开启GPRS通信模块时，若拨号重连次数超过三次，则关闭GPRS通信模块，并进行重新开启，若在三次内与主站连接成功，则进入第四步；或/和，第七步中在主站控制模块对数据报文进行读取及解析之前，监控终端接收摄像机拍摄的导线覆冰情况照片，工作人员查看照片确认导线是否覆冰，并通过监控终端发送相应信号至主站控制模块，主站控制模块根据信号判断所接收的数据报文是否为覆冰数据，若是覆冰数据，则对数据报文进行读取及解析，若不是覆冰数据，则丢弃数据。
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