CN109407129A - 一种配电线路杆塔位移监测系统及方法 - Google Patents

一种配电线路杆塔位移监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种配电线路杆塔位移监测系统及方法，系统包括：监测基准站、监测终端和监测服务器；所述监测基准站为北斗/GPS卫星导航系统基准站；所述监测终端安装在配电线路杆塔上；所述监测基准站与所述监测终端相连以发送监测基准站的地理坐标的修正数；所述监测终端接收所述监测基准站的地理坐标修正数并通过载波相位差分技术计算出配电线路杆塔的偏移量；所述监测终端与所述监测服务器相连以发送配电线路杆塔的偏移量信息；所述监测服务器接收配电线路杆塔的偏移量并与预设的偏移量阈值做比较以进行监测。本发明一种配电线路杆塔位移监测系统及方法填补了配电线路杆塔监测方面的空白，提高了配线运检中故障判断和应急抢修的效率。

Description

一种配电线路杆塔位移监测系统及方法
技术领域
本发明涉及监测控制领域，特别是一种配电线路杆塔位移监测系统及方法。
背景技术
我国沿海大部份地区，在台风、强降雨等恶劣天气情况下，易发生山体滑坡、泥石流等自然灾害，引发电力塔护坡塌方等；在持续低温极端气候下，导线、杆塔等电力设施的覆冰情况，容易引起杆塔倾斜、倒塌，线路跳闸等事故，影响电网的安全稳定运行。由于配电线路杆塔数量繁多，一旦发生倒杆断线故障如果不是依靠用户反馈，运维人员需要花费大量的时间精力排查。配电杆塔与输电杆塔不同，在日常维护时更多是注重线路绝缘子、金具等，对杆塔的位移却鲜有关注。并且，杆塔的偏移量肉眼很难分辨，位移超出安全阈值会带来倒杆断线的隐患。
随着智能电网发展，配电网的结构越来越复杂，投产的配电杆塔的数量不断增加。但是，配电运维人员的数量有限，无疑是增大运维人员的工作压力。配电线路的运维和输电不同：输电线路杆塔数量不多，且属于重要设备，需要运维人员定期巡检；配电线路杆塔属于无人维护设备，配电运维人员更多是负责抢修、投运管理。为填补配电线路杆塔维护的空白，需要一套成本低廉、智能化的杆塔实时监测系统。
目前国内对配电线路杆塔的监测属于空白区，只有发生事故时，通过用户反馈得知事故地点与事故类型，再将信息转发给运维人员进行现场抢修。对于杆塔倾斜的问题，由于杆塔的倾斜程度肉眼辨别难度大，用户的专业水平有限，无法做到提前预警和纠正工作。
目前国内局部地区有采用GPS或者北斗技术对输电线路杆塔进行定位以监测，并在杆塔上安装倾角传感器来监测杆塔姿态进行试点。但是，从反馈的结果来看，效果一般，而且成本高。
业内先进的方案是采用北斗或GPS高精度定位的方法(载波相位差分技术)来采集杆塔姿态，结合GPRS或CDMA技术来传输数据。该方法应用在输电线路杆塔监测中有现实意义。但是配电线路杆塔数量庞大，如果每个杆塔的监测终端均采用无线公网通信会造成公网通信频段紧张，物联网卡的资源有限，应更多的留给输电线路杆塔监测、用电信息采集等领域。因此需要采用新的通信方式来实现数据传输。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种配电线路杆塔位移监测系统及方法，填补了配电线路杆塔监测方面的空白，提高了配线运检中故障判断和应急抢修的效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一方面，本发明一种配电线路杆塔位移监测系统，包括：监测基准站、监测终端和监测服务器；所述监测基准站为北斗/GPS卫星导航系统基准站；所述监测终端安装在配电线路杆塔上；所述监测基准站与所述监测终端相连以发送监测基准站的地理坐标的修正数；所述监测终端接收所述监测基准站的地理坐标修正数并通过载波相位差分技术计算出配电线路杆塔的偏移量；所述监测终端与所述监测服务器相连以发送配电线路杆塔的偏移量；所述监测服务器接收配电线路杆塔的偏移量并与预设的偏移量阈值做比较以进行监测。
优选的，若干个所述配电线路杆塔组成一个配电线路杆塔群；一个配电线路杆塔群内的一个监测终端设置为主节点，其他监测终端设置为子节点，子节点只与主节点通信，通信方式采用LoRa技术；主节点与所述监测服务器相连以发送配电线路杆塔的偏移量。
优选的，同一配电线路杆塔群内的监测终端之间通过低功率广域物联网技术相互通信。
优选的，所述主节点包括第一北斗/GPS卫星接收天线、第一前置信号放大器、第一ADC转换器、第一RTK处理模块、第一单片机、GPRS/CDMA模块、基带天线、北斗模块、第一存储模块、第一LoRa模块和第一LoRa天线；所述第一北斗/GPS卫星接收天线用于接收北斗/GPS卫星发送的包括监测基准站修正数的信号；所述第一前置信号放大器接收所述信号并进行放大；所述第一ADC转换器与所述第一前置信号放大器相连以转换成数字信号；所述第一RTK处理模块与所述第一ADC转换器相连以进行载波相位差分运算计算出杆塔的偏移量；所述第一单片机与所述第一RTK处理模块相连以接收所述偏移量并存储到所述第一存储模块；所述第一单片机与所述第一LoRa模块相连以通过所述第一LoRa天线与子节点进行通信接收子节点发送的偏移量；所述第一单片机与所述GPRS/CDMA模块相连以通过基带天线将所有杆塔的偏移量发送到监测服务器，或者所述第一单片机与所述北斗模块相连以通过北斗短报文将所有杆塔的偏移量发送到监测服务器。
优选的，所述子节点包括第而北斗/GPS卫星接收天线、第二前置信号放大器、第二ADC转换器、第二RTK处理模块、第二单片机、第二存储模块、第二LoRa模块和第二LoRa天线；所述第二北斗/GPS卫星接收天线用于接收北斗/GPS卫星发送的包括监测基准站修正数的信号；所述第二前置信号放大器接收所述信号并进行放大；所述第二ADC转换器与所述第二前置信号放大器相连以转换成数字信号；所述第二RTK处理模块与所述第二ADC转换器相连以进行载波相位差分运算计算出杆塔的偏移量；所述第二单片机与所述第二RTK处理模块相连以接收所述偏移量并存储到所述第二存储模块；所述第二单片机与所述第二LoRa模块相连以通过所述第二LoRa天线与主节点进行通信发送偏移量到主节点。
优选的，30～50根所述配电线路杆塔组成一个配电线路杆塔群。
另一方面，一种配电线路杆塔位移监测方法，包括：
基于北斗/GPS卫星导航系统监测基准站的地理坐标修正数，安装在配电线路杆塔上监测终端计算输电线路杆塔的偏移量；
如果监测终端为已设置的配电线路杆塔群的子节点，则通过LoRa将采集到的偏移量发送给主节点；如果监测终端为配电线路杆塔群的主节点，则接收配电线路杆塔群内所有子节点发送的各配电线路杆塔的偏移量信息；
主节点发送群内所有配电线路杆塔的偏移量信息到监测服务器；
监测服务器判断是否有配电线路杆塔的偏移量超出预设阈值，如果有，通知运维人员现场核查。
优选的，所述监测方法还包括：
子节点和主节点完成一次配电线路杆塔偏移量信息采样后进入休眠，监测服务器每隔第二预设时间发送消息唤醒主节点，主节点唤醒同一配电线路杆塔群的子节点以进行采样。
优选的，所述监测方法还包括：
相邻配电线路杆塔群之间的采样时间点不重叠。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明一种配电线路杆塔位移监测系统及方法，填补了配电线路杆塔监测方面的空白：目前配电线路杆塔数量庞大，一旦出现问题只能通过用户反馈，但本发明能够实现对配电线路杆塔的实时监测，可以及时处理存在安全隐患的杆塔；对出现倒杆或偏移量超出阈值的杆塔能够及时抢修，提高了工作效率；
(2)本发明一种配电线路杆塔位移监测系统及方法，降低了营运成本：如果每个监测终端或每个配电线路杆塔都采用GPRS/CDMA进行公网通信，将杆塔偏移量信息上传至监测服务器会导致高昂成本，除了需要占用通信频段外还需要每月支付流量费；本发明以杆塔群为基础单元，单元内采用LoRa通信，传输距离远，功耗低，无需支付流量费；
(3)本发明一种配电线路杆塔位移监测系统及方法，监测终端功耗低：杆塔偏移量的采集不需要实时性，因此，本发明通过设备间歇工作制，使监测终端大部分时间处于睡眠状态，大大节省了电能消耗，并且LoRa芯片的功耗低，采用蓄电池供电可以大大缩小体积；
(4)本发明一种配电线路杆塔位移监测系统及方法，相邻杆塔群之间的采样时间设置为错开，以保证相邻的杆塔群之间通信不发生串扰；
(5)本发明一种配电线路杆塔位移监测系统及方法，监测终端将杆塔的偏移量信息上传服务器，自动生成配电网地图；当杆塔发生倾斜、沉降时，监测终端能够测量出厘米级别的偏移，对存在安全隐患的杆塔，监测服务器发出抢修信号，协助运维人员确认杆塔位置及现场工况，监测服务器还可对定位终端和负责部门进行绑定，将告警杆塔位置离线包发送至抢修人员手机，让其得知路线以及达到时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的配电线路杆塔监测系统的结构图；
图2为本发明的主节点监测终端的结构图；
图3为本发明的子节点监测终端的结构图；
图4为本发明的配电线路杆塔监测方法的处理流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1所示，一方面，本发明一种配电线路杆塔位移监测系统，包括：卫星1、监测基准站8、监测终端和监测服务器3；所述监测基准站8为北斗/GPS卫星导航系统基准站；所述监测终端安装在配电线路杆塔7上；所述监测基准站8与所述监测终端相连以发送监测基准站8的地理坐标的修正数；所述监测终端接收所述监测基准站8的地理坐标修正数并通过载波相位差分技术计算出配电线路杆塔7的偏移量；所述监测终端与所述监测服务器3相连以发送配电线路杆塔7的偏移量；所述监测服务器3接收配电线路杆塔7的偏移量并与预设的偏移量阈值做比较以进行监测。
本发明系统工作的基本原理是：每一根配电线路杆塔7上安装一个北斗或GPS监测终端，在配电线路杆塔7周围放置一个坐标点已确定的监测基准站8，监测基准站8通过连续测定当前坐标信息，再与已知坐标信息进行比较得出修正数。监测基准站8把修正数以数据包的形式通过卫星1(北斗或GPS卫星)传送至监测终端，监测终端站收到修正数后，通过差分处理提高定位精度，具体的通过载波相位差分技术能够实现厘米级的监测。每30～50根配电线路杆塔7作为一个配电线路杆塔群6(一个配电线路杆塔群6的配电线路杆塔7为相邻的杆塔)，一个配电线路杆塔群6的监测终端有一个作为主节点4，负责与移动通信基站2进行通信；其他监测终端作为子节点5只与主节点4通信，杆塔群内配电线路杆采用LoRa进行通信。
参见图2所示，所述主节点4包括第一北斗/GPS卫星接收天线、第一前置信号放大器、第一ADC转换器、第一RTK处理模块、第一单片机、GPRS/CDMA模块、基带天线、北斗模块、第一存储模块、第一LoRa模块和第一LoRa天线；所述第一北斗/GPS卫星接收天线用于接收北斗/GPS卫星发送的包括监测基准站8修正数的信号；由于监测终端接收到的卫星信号可能较弱，因此通过所述第一前置信号放大器接收所述信号并进行放大；所述第一ADC转换器为高精度ADC转换器，与所述第一前置信号放大器相连以转换成数字信号。所述第一RTK处理模块是监测终端的核心部分，与所述第一ADC转换器相连以进行载波相位差分运算计算出杆塔的偏移量；所述第一单片机与所述第一RTK处理模块相连以接收所述偏移量并存储到所述第一存储模块进行备份；所述第一单片机与所述第一LoRa模块相连以通过所述第一LoRa天线与子节点5进行通信接收子节点5发送的偏移量；所述第一单片机与所述GPRS/CDMA模块相连以通过基带天线将所有杆塔的偏移量发送到监测服务器3，或者所述第一单片机与所述北斗模块相连以通过北斗短报文将所有杆塔的偏移量发送到监测服务器3。
参见图3所示，所述子节点5包括第而北斗/GPS卫星接收天线、第二前置信号放大器、第二ADC转换器、第二RTK处理模块、第二单片机、第二存储模块、第二LoRa模块和第二LoRa天线；所述第二北斗/GPS卫星接收天线用于接收北斗/GPS卫星发送的包括监测基准站8修正数的信号；所述第二前置信号放大器接收所述信号并进行放大；所述第二ADC转换器与所述第二前置信号放大器相连以转换成数字信号；所述第二RTK处理模块与所述第二ADC转换器相连以进行载波相位差分运算计算出杆塔的偏移量；所述第二单片机与所述第二RTK处理模块相连以接收所述偏移量并存储到所述第二存储模块；所述第二单片机与所述第二LoRa模块相连以通过所述第二LoRa天线与主节点4进行通信发送偏移量到主节点4。主节点4除了接收子节点5的信息外，需要将所有的杆塔偏移量信息打包后，通过无线公网发送到监测服务器3。
需要说明的是，主节点4和子节点5实现相同功能的模块可以采用相同的模块或电路，如第一北斗/GPS卫星接收天线与第二北斗/GPS卫星接收天线可以采用相同型号的天线，其他模块类似。
为了保证监测终端能够长期工作，本实施例中，可以将其采样频率设置为15min/次，即15min启动一次监测终端采集杆塔偏移量，数据传输结束后，监测终端进入睡眠状态。为了保证相邻的配电线路杆塔群6之间通信不发生串扰，相邻配电线路杆塔群6之间的采样时间需错开工作。例如：某A杆塔群的采样时刻为8:00，那么相邻两侧的配电线路杆塔群6采样时间为7:55和8:05，以此类推。
LoRa在户外空旷地带，理论的通讯距离可以达到十几公里，理论上能够将数百根杆塔作为一个杆塔群，但为方便故障定位和检修效率，将30～50根杆塔作为一个杆塔群，一个杆塔群内含一个主节点4和多个子节点5。主节点4将所有的子节点5传送过来的信息打包后通过无线公网发送到监测服务器3。
参见图4所示，另一方面，基于上述一种配电线路杆塔位移监测系统，一种配电线路杆塔位移监测方法，包括：
基于北斗/GPS卫星导航系统监测基准站8的地理坐标修正数，安装在配电线路杆塔7上监测终端计算输电线路杆塔的偏移量；
如果监测终端为已设置的配电线路杆塔群6的子节点5，则通过LoRa将采集到的偏移量发送给主节点4；如果监测终端为配电线路杆塔群6的主节点4，则接收配电线路杆塔群6内所有子节点5发送的各配电线路杆塔7的偏移量信息；
主节点4发送群内所有配电线路杆塔7的偏移量信息到监测服务器3；
监测服务器3判断是否有配电线路杆塔7的偏移量超出预设阈值，如果有，通知运维人员现场核查。
本实施例中，所述监测方法还包括：
子节点5和主节点4完成一次配电线路杆塔7偏移量信息采样后进入休眠，监测服务器3每隔第二预设时间发送消息唤醒主节点4，主节点4唤醒同一配电线路杆塔群6的子节点5以进行采样。
本实施例中，所述监测方法还包括：
相邻配电线路杆塔群6之间的采样时间点不重叠。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种配电线路杆塔位移监测系统，其特征在于，包括：监测基准站、监测终端和监测服务器；所述监测基准站为北斗/GPS卫星导航系统基准站；所述监测终端安装在配电线路杆塔上；所述监测基准站与所述监测终端相连以发送监测基准站的地理坐标的修正数；所述监测终端接收所述监测基准站的地理坐标修正数并通过载波相位差分技术计算出配电线路杆塔的偏移量；所述监测终端与所述监测服务器相连以发送配电线路杆塔的偏移量；所述监测服务器接收配电线路杆塔的偏移量并与预设的偏移量阈值做比较以进行监测。
2.根据权利要求1所述的配电线路杆塔位移监测系统，其特征在于，若干个所述配电线路杆塔组成一个配电线路杆塔群；一个配电线路杆塔群内的一个监测终端设置为主节点，其他监测终端设置为子节点，子节点只与主节点通信，通信方式采用LoRa；主节点与所述监测服务器相连以发送配电线路杆塔的偏移量。
3.根据权利要求2所述的配电线路杆塔位移监测系统，其特征在于，同一配电线路杆塔群内的监测终端之间通过低功技术耗广域物联网相互通信。
4.根据权利要求2所述的配电线路杆塔位移监测系统，其特征在于，所述主节点包括第一北斗/GPS卫星接收天线、第一前置信号放大器、第一ADC转换器、第一RTK处理模块、第一单片机、GPRS/CDMA模块、基带天线、北斗模块、第一存储模块、第一LoRa模块和第一LoRa天线；所述第一北斗/GPS卫星接收天线用于接收北斗/GPS卫星发送的包括监测基准站修正数的信号；所述第一前置信号放大器接收所述信号并进行放大；所述第一ADC转换器与所述第一前置信号放大器相连以转换成数字信号；所述第一RTK处理模块与所述第一ADC转换器相连以进行载波相位差分运算计算出杆塔的偏移量；所述第一单片机与所述第一RTK处理模块相连以接收所述偏移量并存储到所述第一存储模块；所述第一单片机与所述第一LoRa模块相连以通过所述第一LoRa天线与子节点进行通信接收子节点发送的偏移量；所述第一单片机与所述GPRS/CDMA模块相连以通过基带天线将所有杆塔的偏移量发送到监测服务器，或者所述第一单片机与所述北斗模块相连以通过北斗短报文将所有杆塔的偏移量发送到监测服务器。
5.根据权利要求2或3所述的配电线路杆塔位移监测系统，其特征在于，所述子节点包括第而北斗/GPS卫星接收天线、第二前置信号放大器、第二ADC转换器、第二RTK处理模块、第二单片机、第二存储模块、第二LoRa模块和第二LoRa天线；所述第二北斗/GPS卫星接收天线用于接收北斗/GPS卫星发送的包括监测基准站修正数的信号；所述第二前置信号放大器接收所述信号并进行放大；所述第二ADC转换器与所述第二前置信号放大器相连以转换成数字信号；所述第二RTK处理模块与所述第二ADC转换器相连以进行载波相位差分运算计算出杆塔的偏移量；所述第二单片机与所述第二RTK处理模块相连以接收所述偏移量并存储到所述第二存储模块；所述第二单片机与所述第二LoRa模块相连以通过所述第二LoRa天线与主节点进行通信发送偏移量到主节点。
6.根据权利要求2所述的配电线路杆塔位移监测系统，其特征在于，30～50根所述配电线路杆塔组成一个配电线路杆塔群。
7.一种配电线路杆塔位移监测方法，其特征在于，包括：
基于北斗/GPS卫星导航系统监测基准站的地理坐标修正数，安装在配电线路杆塔上监测终端计算输电线路杆塔的偏移量；
如果监测终端为已设置的配电线路杆塔群的子节点，则通过LoRa将采集到的信息杆塔偏移量发送给主节点；如果监测终端为配电线路杆塔群的主节点，则接收配电线路杆塔群内所有子节点发送的各配电线路杆塔的偏移量信息；
主节点发送群内所有配电线路杆塔的偏移量信息到监测服务器；
监测服务器判断是否有配电线路杆塔的偏移量超出预设阈值，如果有，通知运维人员现场核查。
8.根据权利要求7所述的配电线路杆塔位移监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：
子节点和主节点完成一次配电线路杆塔偏移量信息采样后进入休眠，监测服务器每隔第二预设时间发送消息唤醒主节点，主节点唤醒同一配电线路杆塔群的子节点以进行采样。
9.根据权利要求8所述的配电线路杆塔位移监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：
相邻配电线路杆塔群之间的采样时间点不重叠。
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