CN110728812A - 输电线路防外力破坏检测保护装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及保护输电线路安全的技术领域，是一种输电线路防外力破坏检测保护装置及其使用方法，前者包括中央处理单元、报警单元、远端控制单元、通讯单元、分别设置输电线路左右两侧的在高清摄像单元、设置在输电线路下方的能检测输电线路周围物体的移动物体检测单元和设置在输电线路下方道路上的移动物体减速单元，所述移动物体检测单元与中央处理单元连接，中央处理单元分别与移动物体减速单元、报警单元、高清摄像单元和通讯单元连接，通讯单元与远端控制单元连接。本发明对输电线路进行全天候监控，及时发现及预警输电线路外部破坏隐患，提高了输电线路防破坏检测效率，为提高电力行业输电线路的现代化管理水平提供了有力的保障。

Description

输电线路防外力破坏检测保护装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及保护输电线路安全的技术领域，是一种输电线路防外力破坏检测保护装置及其使用方法。

背景技术

近年来，随着经济社会的快速发展，城市规划建设规模不断扩大，公路、铁路、管道网络施工频繁，电力设施保护区内各类大型施工机械设备被广泛使用，输电线路发生外破事件的机率持续增大。外力破坏事件除了会给供电公司及电力用户带来不可预估的经济损失，也会对电网造成安全隐患、人员生命财产构成了很大威胁。由于电力线路所处地理位置和环境条件的特殊性，杆塔安装的地点多，面积广，距离长，输变电设备长期处在野外暴露状态，要掌握线路运行情况只能通过人工巡线、视频监控等形式掌握线路运行环境，传统方式存在效率低下、信息滞后、被动接收、被动保护、保护不及时的问题。

发明内容

本发明提供了一种输电线路防外力破坏检测保护装置及其使用方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有人工进行输电线路防破坏检测的方式存在的效率低、不能及时告警及保护的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种输电线路防外力破坏检测保护装置，包括中央处理单元、报警单元、远端控制单元、通讯单元、分别设置输电线路左右两侧的高清摄像单元、设置在输电线路下方的能检测输电线路周围物体的移动物体检测单元和设置在输电线路下方道路上的移动物体减速单元，所述移动物体检测单元与中央处理单元连接，中央处理单元分别与移动物体减速单元、报警单元、高清摄像单元和通讯单元连接，通讯单元与远端控制单元连接。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述移动物体检测单元可包括转动模块和测距模块，所述测距模块设置在转动模块上，测距模块与中央处理单元连接，中央处理单元与转动模块连接。

上述测距模块可包括至少两个测距传感器，测距传感器间隔设置在转动模块上，每个测距传感器均与中央处理单元连接。

上述转动模块可包括转动平台、电机、齿轮组、能检测测距传感器与转动平台水平位置夹角的角度传感器，测距传感器间隔设置在转动平台上，中央处理单元与电机连接，电机与齿轮组连接，齿轮组与转动平台连接，带动转动平台旋转，角度传感器与中央处理单元连接。

上述移动物体减速单元可包括多个移动物体减速模块，每个移动物体减速模块均包括减速底座、变频模块和电机，在减速底座上左右间隔设置有至少两个安装槽，在每个安装槽内设置有减速块，在每个安装槽外侧的减速底座上均设有减速转轴，在每个安装槽外侧的减速底座上设有能与翻转后的减速块相触碰的第一限位开关，在每个安装槽内设有能与未翻转的减速块相触碰的第二限位开关，中央处理单元与变频模块连接，变频模块与电机连接，电机与减速转轴连接，减速转轴与减速块连接，减速转轴带动减速块翻转至安装槽外侧的减速底座上，第一限位开关和第二限位开关均与中央处理单元连接。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种输电线路防外力破坏检测保护装置的使用方法，包括以下步骤：

某一测距传感器获得转动平台与移动物体之间的距离S；

中央处理单元获取该测距传感器与转动平台水平方向之间的夹角θ；

中央处理单元根据距离S和角度θ，计算移动物体垂直于输电线路与转动平台之间的距离D；

两个高清摄像单元获取移动物体的图像数据，并获取拍摄图像数据时，每个高清摄像单元所对应的方位角、高低角、拍摄时间；

中央处理单元根据两个高清摄像单元上传的方位角、高低角、拍摄时间，计算移动物体的高度h、移动物体垂直于输电线路与输电线路之间的距离d；

中央处理单元判断是否全部满足以下保护条件，若否，则启动报警单元和移动物体减速单元；其中，保护条件包括：(1)D大于第一安全阈值，(2)h小于安全高度及d大于第二安全阈值。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述中央处理单元可通过转动平台的转动角速度和转动时间，计算移动物体检测单元水平方向垂直投影与距离S垂直投影之间的角度θ。

上述角度传感器可测量测距传感器与转动平台水平方向之间的夹角θ，并发送至中央处理单元。

上述中央处理单元计算移动物体的高度h、移动物体垂直于输电线路与输电线路之间的距离d，具体过程可包括：

A，中央处理单元根据两个高清摄像单元之间的距离和两个高清摄像单元上传的方位角，得到移动物体垂直于输电线路与输电线路之间的距离d；

B，中央处理单元根据距离d和任意一个高清摄像单元上传的方位角、高低角，计算移动物体的高度h。

上述所述第一安全阈值包括监视阈值和报警阈值，具体判断过程包括：

若距离D小于监视阈值，且大于报警阈值，则对移动物体进行如下监视：

a、转动平台持续转动，另一个测距传感器发现该移动物体，获得该测距传感器与移动物体之间的距离S₁；

b、中央处理单元获得该测距传感器与转动平台水平方向之间的夹角θ₁；

c、中央处理单元根据距离S₁和角度θ₁，得到移动物体垂直于输电线路与转动平台之间的距离D₁、移动物体与转动平台之间的水平距离L₁；

d、中央处理单元根据距离S、水平距离L、距离D、角度θ、距离S₁、水平距离L₁、距离D₁和角度θ₁，获得移动物体垂直架空线的速度V_D及移动物体平行架空线的速度V_L；

e、中央处理单元根据移动物体垂直架空线的速度V_D及移动物体平行架空线的速度VL，预测移动物体是否会移动至架空下路下方，并破坏输电线路；

若距离D小于报警阈值，则启动报警单元和移动物体减速单元；

若距离D大于监视阈值，则不进行监视。

本发明结构简单，使用方便，能通过移动物体检测单元、高清摄像单元和中央处理单元实现输电线路是否存在被破坏可能性的实时监测，通过移动物体减速单元对移动物体进行限速，实现输电线路防破坏的相关保护，通过报警单元及时预警，从而提高了输电线路防破坏检测的效率，增强了对输电线路防破坏的保护。

附图说明

附图1为本发明实施例1的电路结构示意图。

附图2为本发明实施例1转动平台的结构示意图。

附图3为本发明实施例1移动物体减速单元不工作时的结构示意图。

附图4为本发明实施例1移动物体减速单元工作时的结构示意图。

附图5为本发明实施例1移动物体检测单元的安装示意图。

附图6为本发明实施例2的流程图。

附图7为本发明实施例2中央处理单元计算距离D的俯视计算示意图。

附图8为本发明实施例2中央处理单元计算距离d和移动物体垂直高度h的流程图。

附图9为本发明实施例2中央处理单元计算距离d和移动物体垂直高度h的计算示意图。

附图中的编码分别为：1为测距传感器，2为转动平台，3为移动物体，4为输电线路，5为减速块，6为减速底座，7为安装槽，8为减速转轴，9为第一限位开关，10为第二限位开关,11为高清摄像单元。

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、5所示，一种输电线路防外力破坏检测保护装置，包括中央处理单元、报警单元、远端控制单元、通讯单元、分别设置输电线路4左右两侧的在高清摄像单元11、设置在输电线路4下方的能检测输电线路4周围物体的移动物体检测单元和设置在输电线路4下方道路上的移动物体减速单元，所述移动物体检测单元与中央处理单元连接，中央处理单元分别与移动物体减速单元、报警单元、高清摄像单元11和通讯单元连接，通讯单元与远端控制单元连接。

上述移动物体检测单元可通过线缆设置在输电线路4的下方，其线缆的长度可根据实际情况进行设定；移动物体检测单元检测输电线路4周围是否出现移动物体3，若出现，则测量移动物体检测单元与移动物体3之间的距离，并回传至中央处理单元。移动物体减速单元用于限制移动物体3的速度，实现输电线路4防破坏的相关保护。中央处理单元为现有有公知技术，型号可为freescale56f8037，用于根据移动物体检测单元回传的数据，计算移动物体3垂直于输电线路4与移动物体检测单元之间的距离D，并判断距离D是否小于安全阈值，确定是否需要启动报警单元和移动物体减速单元。报警单元可为声光报警器，用于警示。

上述通讯单元可为4G无线通信模块，用于中央处理单元与远端控制单元通信。远端控制单元可为主控计算机用于存储前端数据及进行相关处理；高清摄像单元11用于获取移动物体3的图像信息，中央处理单元根据图像信息确定移动物体3的高度，从而判断移动物体3是否会对输电线路造成损害。

本发明结构简单，使用方便，能通过移动物体检测单元、高清摄像单元11和中央处理单元实现输电线路4是否存在被破坏可能性的实时监测，通过移动物体减速单元对移动物体3进行限速，实现输电线路4防破坏的相关保护，通过报警单元及时预警，从而提高了输电线路4防破坏检测的效率，增强了对输电线路4防破坏的保护。

可根据实际需要，对上述输电线路防外力破坏检测保护装置作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，移动物体检测单元包括转动模块和测距模块，所述测距模块设置在转动模块上，测距模块与中央处理单元连接，中央处理单元与转动模块连接。

如附图1、2所示，测距模块包括至少两个测距传感器1，测距传感器1间隔设置在转动模块上，每个测距传感器1均与中央处理单元连接。

上述测距传感器1至少有两个，若测距传感器1有两个，则两个测距传感器1对称安装在转动模块的两侧，从而保证转动模块的正面及背面都能同时检测。

如附图1、2所示，所述转动模块包括转动平台2、电机、齿轮组、能检测测距传感器1与转动平台2水平位置夹角的角度传感器，测距传感器1间隔设置在转动平台2上，中央处理单元与电机连接，电机与齿轮组连接，齿轮组与转动平台2连接，带动转动平台2旋转，角度传感器与中央处理单元连接。

上述中央处理单元控制电机运行，电机带动齿轮组转动，齿轮组带动转动平台2转动，使得移动物体检测单元实现输电线路4的360度检测，避免出现检测死角。角度传感器为现有公知技术，用于检测测距传感器1与转动平台2水平方向的夹角。

如附图1、3、4所示，所述移动物体减速单元包括多个移动物体减速模块，每个移动物体减速模块均包括减速底座6、变频模块和电机，在减速底座6上左右间隔设置有至少两个安装槽7，在每个安装槽7内设置有减速块5，在每个安装槽7外侧的减速底座6上均设有减速转轴8，在每个安装槽7外侧的减速底座6上设有能与翻转后的减速块5相触碰的第一限位开关9，在每个安装槽7内设有能与未翻转的减速块5相触碰的第二限位开关10，中央处理单元与变频模块连接，变频模块与电机连接，电机与减速转轴8连接，减速转轴8与减速块5连接，减速转轴8带动减速块5翻转至安装槽7外侧的减速底座6上，第一限位开关9和第二限位开关10均与中央处理单元连接。

上述安装槽7的大小与减速块5的大小相适应。

移动物体减速单元工作过程为：中央处理单元传输启动信号给变频模块，变频模块控制电机正转，电机带动减速转轴8正向转动，减速转轴8带动减速块5翻转至安装在安装槽7外侧的减速底座6上，减速块5完全翻转后与第一限位开关9相接触，第一限位开关9反馈信号给中央处理单元，中央处理单元经变频模块控制电机停止工作；中央处理单元传输关闭信号给变频模块，变频模块控制电机反转，电机带动减速转轴8反向转动，减速转轴8带动减速块5翻转至安装槽7内，减速块5触碰第二限位开关10，第二限位开关10反馈信号给中央处理单元，中央处理单元经变频模块控制电机停止工作。从而保证电机不会长时间处于动作状态中，保证电机的使用寿命。

实施例2：如图6、7、9所示，一种输电线路防外力破坏检测保护装置的使用方法，包括以下步骤：

某一测距传感器1获得转动平台2与移动物体3之间的距离S；

中央处理单元获取该测距传感器1与转动平台2水平方向之间的夹角θ；

中央处理单元根据距离S和角度θ，计算移动物体3垂直于输电线路与转动平台2之间的距离D；

两个高清摄像单元11获取移动物体3的图像数据，并获取拍摄图像数据时，每个高清摄像单元11所对应的方位角、高低角、拍摄时间；

中央处理单元根据两个高清摄像单元11上传的方位角、高低角、拍摄时间，计算移动物体3的高度h、移动物体3垂直于输电线路与输电线路之间的距离d；

中央处理单元判断是否全部满足以下保护条件，若否，则启动报警单元和移动物体减速单元；其中，保护条件包括：(1)D大于第一安全阈值，(2)h小于安全高度及d大于第二安全阈值。

上述中央处理单元利用三角函数关系，通过距离S和角度θ计算移动物体3垂直于输电线路与转动平台2之间的距离D，即：D＝sinθ×S。

如图9所示，上述两个高清摄像单元11在检测到移动物体3时，所对应的方位角分别为α₁和α₂。两个高清摄像单元11检测到移动物体3时，所对应的高低角分别为β₁和β₂。

上述第一安全阈值和第二安全阈值可根据实际情况进行设定，本发明可设置在5米至6米的范围内。

上述d与D为同一段距离，因此本发明中中央处理单元可用d校验D,即将两者做差，并判断差值是否大于设定的校验阈值，若大于，则说明设备出现故障，中央处理单元通过通讯单元发送设备故障信号至远端控制单元，从而通知工作人员查看。

可根据实际需要，对输电线路防外力破坏检测保护装置的使用方法作进一步优化或/和改进：

如图6所示，中央处理单元通过转动平台2的转动角速度ω和转动时间T，计算获得测距传感器1与转动平台2水平方向之间的夹角θ，其计算公式为：θ＝ω×T。

如图6、7所示，角度传感器测量测距传感器1与转动平台2水平方向之间的夹角θ，并发送至中央处理单元。

上述中央处理单元通过两种方式获得θ角，保证有一种方式出现问题后还可以正常进行计算。

如图8、9所示，中央处理单元根据两个高清摄像单元11上传的方位角、高低角、拍摄时间，计算中央处理单元计算移动物体3的高度h、移动物体3垂直于输电线路4与输电线路4之间的距离d的具体过程，包括以下步骤；

A，中央处理单元根据两个高清摄像单元11之间的距离和两个高清摄像单元11上传的方位角，得到移动物体3垂直于输电线路4与输电线路4之间的距离d；

B，中央处理单元根据距离d和任意一个高清摄像单元11上传的方位角、高低角，计算移动物体3的高度h。

如图9所示，上述步骤A，两个高清摄像单元11之间的距离为l，两个高清摄像单元11均检测到移动物体3时，l＝a+b，两个高清摄像单元所对应的方位角分别为α₁和α₂，通过下式利用三角函数关系，得到移动物体3垂直于输电线路4与输电线路4之间的距离d；

根据

l＝a+b，得到

如图9所示，上述步骤B，包括以下步骤：

1、根据任意一个高清摄像单元11测量的方位角α₁、距离d，得到移动物体3顶部到高清摄像单元11投影的垂直距离K；

2、获取高清摄像单元11到地面的垂直距离H，根据H、K和该高清摄像单元11的高低角β₁，计算移动物体3的高度h；

h＝H-k×tanβ₁。

如图6所示，所述第一安全阈值包括监视阈值和报警阈值，具体判断过程包括：

若距离D小于监视阈值，且大于报警阈值，则对移动物体3进行如下监视：

a、转动平台2持续转动，另一个测距传感器1发现该移动物体，获得该测距传感器1与移动物体3之间的距离S₁；

b、中央处理单元获得该测距传感器1与转动平台2水平方向之间的夹角θ₁；

c、中央处理单元根据距离S₁和角度θ₁，得到移动物体3垂直于输电线路4与转动平台2之间的距离D₁、移动物体3与转动平台2之间的水平距离L₁；公式为：

D₁＝S₁×sinθ₁；L₁＝S₁×cosθ₁；

d、中央处理单元根据距离S、水平距离L、距离D、角度θ、距离S₁、水平距离L₁、距离D₁和角度θ₁，获得移动物体3垂直架空线的速度V_D及移动物体3平行架空线的速度V_L；计算公式为：

其中T为第一个测距传感器1测量该移动物体3时，转动平台2的转动时间；T₁为第二个测距传感器1测量该移动物体3时，转动平台2的转动时间；

e、中央处理单元根据移动物体3垂直架空线的速度V_D及移动物体3平行架空线的速度V_L，预测移动物体3是否会移动至架空下路下方，并破坏输电线路4；这里如果V_D为零时，则说明移动物体3相对于垂直架空线方向上是静止的，不会接近对输电线路4，对输电线路4造成破坏。如果V_L为零时，则说明移动物体3相对于平行架空线方向上是静止的，是正对着输电线路4而来。

若距离D小于报警阈值，则启动报警单元和移动物体减速单元；

若距离D大于监视阈值，则不进行监视。

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)

1.一种输电线路防外力破坏检测保护装置，其特征在于，包括中央处理单元、报警单元、远端控制单元、通讯单元、分别设置输电线路左右两侧的高清摄像单元、设置在输电线路下方的能检测输电线路周围物体的移动物体检测单元和设置在输电线路下方道路上的移动物体减速单元，所述移动物体检测单元与中央处理单元连接，中央处理单元分别与移动物体减速单元、报警单元、高清摄像单元和通讯单元连接，通讯单元与远端控制单元连接。

2.根据权利要求1所述的输电线路防外力破坏检测保护装置，其特征在于，所述移动物体检测单元包括转动模块和测距模块，所述测距模块设置在转动模块上，测距模块与中央处理单元连接，中央处理单元与转动模块连接。

3.根据权利要求2所述的输电线路防外力破坏检测保护装置，其特征在于，所述测距模块包括至少两个测距传感器，测距传感器间隔设置在转动模块上，每个测距传感器均与中央处理单元连接。

4.根据权利要求3所述的输电线路防外力破坏检测保护装置，其特征在于，所述转动模块包括转动平台、电机、齿轮组、能检测测距传感器与转动平台水平位置夹角的角度传感器，测距传感器间隔设置在转动平台上，中央处理单元与电机连接，电机与齿轮组连接，齿轮组与转动平台连接，带动转动平台旋转，角度传感器与中央处理单元连接。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的输电线路防外力破坏检测保护装置，其特征在于，所述移动物体减速单元包括多个移动物体减速模块，每个移动物体减速模块均包括减速底座、变频模块和电机，在减速底座上左右间隔设置有至少两个安装槽，在每个安装槽内设置有减速块，在每个安装槽外侧的减速底座上均设有减速转轴，在每个安装槽外侧的减速底座上设有能与翻转后的减速块相触碰的第一限位开关，在每个安装槽内设有能与未翻转的减速块相触碰的第二限位开关，中央处理单元与变频模块连接，变频模块与电机连接，电机与减速转轴连接，减速转轴与减速块连接，减速转轴带动减速块翻转至安装槽外侧的减速底座上，第一限位开关和第二限位开关均与中央处理单元连接。

6.一种根据权利要求4至5中任意一项所述的输电线路防外力破坏检测保护装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

某一测距传感器获得转动平台与移动物体之间的距离S；

中央处理单元获取该测距传感器与转动平台水平方向之间的夹角θ；

中央处理单元根据距离S和角度θ，计算移动物体垂直于输电线路与转动平台之间的距离D；

两个高清摄像单元获取移动物体的图像数据，并获取拍摄图像数据时，每个高清摄像单元所对应的方位角、高低角、拍摄时间；

中央处理单元根据两个高清摄像单元上传的方位角、高低角、拍摄时间，计算移动物体的高度h、移动物体垂直于输电线路与输电线路之间的距离d；

中央处理单元判断是否全部满足以下保护条件，若否，则启动报警单元和移动物体减速单元；其中，保护条件包括：(1)D大于第一安全阈值，(2)h小于安全高度及d大于第二安全阈值。

7.根据权利要求6所述的输电线路防外力破坏检测保护装置的使用方法，其特征在于，所述中央处理单元通过转动平台的转动角速度和转动时间，计算测距传感器与其水平位置之间的夹角θ。

8.根据权利要求6所述的输电线路防外力破坏检测保护装置的使用方法，其特征在于，所述角度传感器测量测距传感器与转动平台水平方向之间的夹角θ，并发送至中央处理单元。

9.根据权利要求6所述的输电线路防外力破坏检测保护装置的使用方法，其特征在于，所述中央处理单元计算移动物体的高度h、移动物体垂直于输电线路与输电线路之间的距离d，具体过程包括：

A，中央处理单元根据两个高清摄像单元之间的距离和两个高清摄像单元上传的方位角，得到移动物体垂直于输电线路与输电线路之间的距离d；

B，中央处理单元根据距离d和任意一个高清摄像单元上传的方位角、高低角，计算移动物体的高度h。

10.根据权利要求6或7或8或9所述的输电线路防外力破坏检测保护装置的使用方法，其特征在于，所述第一安全阈值包括监视阈值和报警阈值，具体判断过程包括：

若距离D小于监视阈值，且大于报警阈值，则对移动物体进行如下监视：

a、转动平台持续转动，另一个测距传感器发现该移动物体，获得该测距传感器与移动物体之间的距离S₁；

b、中央处理单元获得该测距传感器与转动平台水平方向之间的夹角θ₁；

c、中央处理单元根据距离S₁和角度θ₁，得到移动物体垂直于输电线路与转动平台之间的距离D₁、移动物体与转动平台之间的水平距离L₁；

d、中央处理单元根据距离S、水平距离L、距离D、角度θ、距离S₁、水平距离L₁、距离D₁和角度θ₁，获得移动物体垂直架空线的速度V_D及移动物体平行架空线的速度V_L；

e、中央处理单元根据移动物体垂直架空线的速度V_D及移动物体平行架空线的速度V_L，预测移动物体是否会移动至架空下路下方，并破坏输电线路；

若距离D小于报警阈值，则启动报警单元和移动物体减速单元；

若距离D大于监视阈值，则不进行监视。

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