CN116907652A - 一种架空线缆的远程温度追踪测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种架空线缆的远程温度追踪测量系统及测量方法，系统包括飞行器、设在飞行器上的控制器、第一端与飞行器连接的控制线缆、与控制线缆的第二端连接的底座、铰接在底座上的第一弧形检测外壳和第二弧形检测外壳、设在第一弧形检测外壳和第二弧形检测外壳的内壁上的红外检测传感器以及两个拉绳，两个拉绳的第一端分别与第一弧形检测外壳和第二弧形检测外壳连接，第二端穿过控制线缆上的第一通道后与控制器连接。本发明公开的架空线缆的远程温度追踪测量系统及远程温度追踪测量方法，借助于飞行器和可以在柔性状态与刚性状态之间切换的控制线缆来实现对输电导线实现全域温度测量，用以获得更加全面的温度数据。

Description

一种架空线缆的远程温度追踪测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其是涉及一种架空线缆的远程温度追踪测量系统及远程温度追踪测量方法。

背景技术

在输电线路负载能力评估的过程中，需要以保证电力线路安全稳定运行为前提，不仅需要对输电线路的真实可承载载流量有动态的掌握，而且必须以安全判据对输电线路的运行状态进行校核。

导线温度在对输电线路负载能力监测中有着十分重要的作用。在规定条件下，电流经过线路引起导线发热，该最高允许导线温度决定了线路的耐热等级。目前我国的导线最高允许温度为70℃，通过对输电导线温度的实时监测和评估，能够了解导线距离限温的裕度，进而在提升载流量的同时保证输电线路的使用寿命。

针对于输电导线温度，目前的测温方式有以下几种：

远距离红外测温，这种测温方式受仪器精密度以及偶然因素影响，可能在测量过程中偶尔出现误差过大的情况，例如距离过远、风速和湿度等均会造成测量误差，导致测量结果的参考性差。

远程温度传感器测温，这种方式是将温度传感器安装在靠近线缆处，优势是能够实现远程温度数据采集，劣势是位置固定，无法对输电导线实现全域温度测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种架空线缆的远程温度追踪测量系统及远程温度追踪测量方法，借助于飞行器和可以在柔性状态与刚性状态之间切换的控制线缆来实现对输电导线实现全域温度测量，用以获得更加全面的温度数据。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本发明提供了一种架空线缆的温度追踪测量系统，包括：

飞行器；

控制器，设在飞行器上；

控制线缆，第一端与飞行器连接，控制线缆的控制端与控制器电连接，控制线缆配置为在柔性状态与刚性状态直接切换；

底座，与控制线缆的第二端连接；

第一弧形检测外壳和第二弧形检测外壳，均铰接在底座上；

红外检测传感器，设在第一弧形检测外壳和第二弧形检测外壳的内壁上；以及

两个拉绳，第一端分别与第一弧形检测外壳和第二弧形检测外壳连接，第二端穿过控制线缆上的第一通道后与控制器连接；

其中，第一弧形检测外壳和第二弧形检测外壳闭合后，形成一检测通道。

在第一方面的一种可能的实现方式中，控制线缆包括：

弹性外套，弹性外套内具有第一通道和第二通道；

电磁铁，顺序设在第二通道内且固定弹性外套上；以及

柔性导线，顺序连接每一个电磁铁。

在第一方面的一种可能的实现方式中，电磁铁的形状为圆柱形；

相邻的电磁铁间存在缝隙；

电磁铁通电后，相邻的电磁铁间的缝隙消失。

在第一方面的一种可能的实现方式中，电磁铁中间部分的直径大于两端的直径；

电磁铁的两端均存在一个吸附平面。

在第一方面的一种可能的实现方式中，红外检测传感器围绕第一弧形检测外壳和/或第二弧形检测外壳的轴线均匀设置。

在第一方面的一种可能的实现方式中，位于第一弧形检测外壳上的红外检测传感器沿第一弧形检测外壳的轴线间隔设置；

位于第二弧形检测外壳上的红外检测传感器沿第二弧形检测外壳的轴线间隔设置。

在第一方面的一种可能的实现方式中，控制线缆包括顺序连接的多个子线缆段；

多个子线缆段均配置为在柔性状态与刚性状态直接切换。

在第一方面的一种可能的实现方式中，至少存在一对子线缆段处于刚性状态时所述一对子线缆段的轴线均为曲线且控制线缆两端部分的轴线平行。

第二方面，本发明提供了一种架空线缆的温度追踪测量方法，包括：

温度追踪测量系统移动至架空线缆上方并获取与架空线缆的相对位置；

温度追踪测量系统将控制线缆由柔性状态切换为刚性状态；

温度追踪测量系统驱动第一弧形检测外壳和第二弧形检测外壳在架空线缆外侧形成检测通道；

温度追踪测量系统将控制线缆由刚性状态切换为柔性状态并缩小与架空线缆间的最小直线距离；以及

温度追踪测量系统驱动第一弧形检测外壳和第二弧形检测外壳沿架空线缆移动并使用红外检测传感器记录架空线缆的表面温度。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

整体而言，本申请提供的架空线缆的远程温度追踪测量系统及远程温度追踪测量方法，借助于飞行器和可以在柔性状态与刚性状态之间切换的控制线缆来实现对输电导线实现全域温度测量，接触时控制线缆处于刚性状态，方便飞行器与输电导线确定位置，检测时控制线缆处于柔性状态，使飞行器与输电导线间的相对位置存在调整量，可以使飞行器能够沿着输电导线移动。可摆动的第一弧形检测外壳和第二弧形检测外壳结合控制线缆，可以方便的越过输电导线上的附属设施，用以获得更加全面的温度数据。

附图说明

图1是本发明提供的一种温度追踪测量系统的结构性示意图。

图2是基于图1给出的底座及其附属的结构性示意图。

图3是本发明提供的一种输电导线在空中晃动的示意图。

图4是本发明提供的一种固定夹具的结构性示意图。

图5是本发明提供的一种飞行器在水平方向上移动的示意图。

图6是本发明提供的一种飞行器在竖直方向上移动的示意图。

图7是本发明提供的一种温度测量过程中控制线缆的状态示意图。

图8是本发明提供的一种控制线缆的内部结构示意图。

图9是本发明提供的一种控制器控制电磁铁的原理性示意图。

图10是本发明提供的一种电磁铁的外形示意图。

图11是本发明提供的一种红外检测传感器在第一弧形检测外壳上的周向分布示意图。

图12是本发明提供的一种红外检测传感器在第一弧形检测外壳上的轴向分布示意图，图中将第一弧形检测外壳进行了展平。

图13是本发明提供的一种控制线缆的分段示意图。

图14是本发明提供的一种控制线缆在温度测量过程中的形状示意图。

图中，1、飞行器，2、控制器，3、控制线缆，4、底座，6、红外检测传感器，7、拉绳，31、弹性外套，32、第一通道，33、第二通道，34、电磁铁，35、柔性导线，51、第一弧形检测外壳，52、第二弧形检测外壳，301、子线缆段，341、吸附平面。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明中的技术方案作进一步详细说明。

本发明公开了一种架空线缆的温度追踪测量系统，测量系统主要由飞行器1、控制器2、控制线缆3、底座4，第一弧形检测外壳51、第二弧形检测外壳52、红外检测传感器6和拉绳7等组成，请参阅图1，控制器2安装在飞行器1上，控制线缆3的第一端与飞行器1连接，第二端与底座4连接，控制线缆3的控制端与控制器2电连接，控制线缆3有两个状态，分别是柔性状态与刚性状态，这两个状态由控制器2来进行控制。

请参阅图2，第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52均铰接在底座4上，当第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52闭合时，能够形成一个检测通道，此时的输电导线位于该检测通道内，检测结束后，第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52向远离彼此的方向移动，检测通道消失。

第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52的内壁上均安装有红外检测传感器6，红外检测传感器6的作用是检测位于检测通道内的输电导线的温度。

第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52由拉绳7和控制器2进行控制，拉绳7的数量为两根，两个拉绳7的第一端分别与第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52连接，第二端穿过控制线缆3上的第一通道32后与控制器2连接。

为了更加清楚的理解本发明中的技术方案，首先对输电导线的工作环境进行介绍，户外的输电导线通过电塔架设，运行过程中因为风力的存在会出现晃动，如图3所示（图中的虚线表征晃动范围），同时多根输电导线还会使用固定夹具（如图4所示）固定，这种检测环境对于远距离红外测温而言，会直接受到距离、风速和湿度等因素的影响，同时还需要对输电导线进行动态跟踪，导致测量大误差，导致测量结果的参考性差。

对于远程温度传感器测温而言，远程温度传感器测温中使用的温度传感器位置固定，无法反应输电导线上的实际温度分布情况。

为了解决上述问题，本发明提供的架空线缆的温度追踪测量系统使用飞行器1来实现对输电导线的全面覆盖，温度测量过程中飞行器1能够沿着输电导线移动，该过程中第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52会形成检测通道并对输电导线的表面温度进行检测。

当遇到固定夹具和输电导线上的其他附属设施时，第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52能够远离输电导线，越过固定夹具和输电导线上的其他附属设施后再次对输电导线进行温度检测。

对于检测过程中的定位问题和输电导线的晃动问题，则使用控制线缆3来解决，控制线缆3具有柔性状态与刚性状态两个状态，在第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52形成检测通道的过程中，控制线缆3处于刚性状态，此时飞行器1与第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52的相对位置固定，可以准确的使用第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52将输电导线夹住，也就是在输电导线处形成包裹住输电导线的检测通道。

请参阅图5，图中的两条虚线表征输电导线的晃动范围，输电导线处于晃动状态时，飞行器1在水平方向上移动，调整与输电导线的相对位置；请参阅图6，在竖直方向上，飞行器1上下移动，调整与输电导线的相对位置。

检测通道形成后，控制线缆3转为柔性状态，如图7所示，此时第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52会随着输电导线的晃动而移动，同时还会随着输电导线的弧垂在竖直方向上移动，但飞行器1可以仅在水平方向上移动。

也就是在温度测量过程中，飞行器1无需进行复杂的姿态控制，而仅需要实现沿输电导线的走向以稳定的速度移动。在遇到障碍物（固定夹具和输电导线上的其他附属设施）时，第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52会与输电导线脱离接触，越过障碍物后再次在输电导线周围形成检测通道并进行温度测量。

请参阅图8和图9，在一些例子中，控制线缆3由弹性外套31、第一通道32、第二通道33、电磁铁34和柔性导线35等组成，弹性外套31内具有多个第一通道32和一个第二通道33。

电磁铁34的数量为多个，这些电磁铁34顺序设在第二通道33内且固定弹性外套31上，柔性导线35顺序连接每一个电磁铁34，同时，柔性导线35还与控制器2电连接，控制器2通过柔性导线35实现电磁铁34的通电与断电。

电磁铁34通电时，固定弹性外套31内的电磁铁34会产生磁性并顺序吸附在一起，此时控制线缆3处于刚性状态，此时相邻电磁铁34间的缝隙消失；电磁铁34断电时，固定弹性外套31内的电磁铁34上的磁性消失，此时控制线缆3处于柔性状态，此时相邻电磁铁34间的缝隙再次出现。需要说明的是，此处的刚性状态和柔性状态是一种相对状态的描述，控制线缆3处于刚性状态时的硬度要大于控制线缆3处于柔性状态时的硬度。

在一些例子中，请参阅图10，电磁铁34的形状为圆柱形，相邻的电磁铁34间存在缝隙。这种方式可以使控制线缆3处于柔性状态时的硬度更低，或者说具有更大的空间自由度。

进一步地，电磁铁34中间部分的直径大于两端的直径，并且电磁铁34的两端均存在一个吸附平面341。这样当相邻的电磁铁34通电后吸附时，两个相邻的吸附平面341能够直接接触。

吸附平面341的作用是增加两个电磁铁34在吸附时的接触面积。

在一些例子中，请参阅图11，红外检测传感器6围绕第一弧形检测外壳51和/或第二弧形检测外壳52的轴线均匀设置。

在另一些例子中，请参阅图12，位于第一弧形检测外壳51上的红外检测传感器6沿第一弧形检测外壳51的轴线间隔设置，位于第二弧形检测外壳52上的红外检测传感器6沿第二弧形检测外壳52的轴线间隔设置。

上述两种红外检测传感器6的部署方式都是为了提高温度测量的准确程度，因为对于输电导线上的多个位置处进行温度测量并进行均值计算的方式能够更加准确的反应输电导线的实际温度。

在一些例子中，请参阅图13，控制线缆3包括顺序连接的多个子线缆段301，多个子线缆段301均配置为在柔性状态与刚性状态直接切换，通过多个子线缆段301的单独控制，可以实现对控制线缆3的姿态调整，这样在不同位置处的输电导线进行测量时，可以更加方便的调整控制线缆3处于刚性状态时的形状，从而使第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52能够将输电导线夹住。

在一些可能的实现方式中，至少存在一对子线缆段301处于刚性状态时所述一对子线缆段301的轴线均为曲线且控制线缆3两端部分的轴线平行。通过这一对子线缆段301，可以实现第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52在水平方向的移动，如图14所示。

应理解，对于飞行器1，可以使用无人机，无人机上的图传系统将图像传输给地面控制人员，由控制人员向飞行器1和控制器2下发具体的控制指令，因为有控制线缆3的存在，可以使飞行器1和控制器2远离输电导线附近的电场。

还应理解，控制器2主要由控制芯片（例如89C51）、电动伸缩单元（例如电缸）、无线通讯模组（例如3G/4G/5G模块）和电池四部分组成，电池向控制芯片、电动伸缩单元和无线通讯模组通电，无线通讯模组负责与地面控制终端进行通讯。

还应理解，红外检测传感器6可以使用数据线直接与控制器2的一个信号输入端电连接。

电磁铁34通过柔性导线35连接在控制芯片的一个控制引脚上，由控制芯片来控制电磁铁34的通电与断电。电动伸缩单元的控制端同样连接在控制芯片的一个控制引脚上。

本发明还公开了一种架空线缆的温度追踪测量方法，包括以下步骤：

S101，温度追踪测量系统移动至架空线缆上方并获取与架空线缆的相对位置；

S102，温度追踪测量系统将控制线缆由柔性状态切换为刚性状态；

S103，温度追踪测量系统驱动第一弧形检测外壳和第二弧形检测外壳在架空线缆外侧形成检测通道；

S104，温度追踪测量系统将控制线缆由刚性状态切换为柔性状态并缩小与架空线缆间的最小直线距离；以及

S105，温度追踪测量系统驱动第一弧形检测外壳和第二弧形检测外壳沿架空线缆移动并使用红外检测传感器记录架空线缆的表面温度。

步骤S101至步骤S105中的内容在前述内容中进行了介绍，此处不再赘述。但需要另外说明的是，当步骤S105中遇到障碍物（固定夹具和输电导线上的其他附属设施）时，第一弧形检测外壳51和第二弧形检测外壳52会与输电导线脱离接触，越过障碍物后再次在输电导线周围形成检测通道并进行温度测量。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种架空线缆的温度追踪测量系统，其特征在于，包括：

飞行器（1）；

控制器（2），设在飞行器（1）上；

控制线缆（3），第一端与飞行器（1）连接，控制线缆（3）的控制端与控制器（2）电连接，控制线缆（3）配置为在柔性状态与刚性状态直接切换；

底座（4），与控制线缆（3）的第二端连接；

第一弧形检测外壳（51）和第二弧形检测外壳（52），均铰接在底座（4）上；

红外检测传感器（6），设在第一弧形检测外壳（51）和第二弧形检测外壳（52）的内壁上；以及

两个拉绳（7），第一端分别与第一弧形检测外壳（51）和第二弧形检测外壳（52）连接，第二端穿过控制线缆（3）上的第一通道（32）后与控制器（2）连接；

其中，第一弧形检测外壳（51）和第二弧形检测外壳（52）闭合后，形成一检测通道。

2.根据权利要求1所述的架空线缆的温度追踪测量系统，其特征在于，控制线缆（3）包括：

弹性外套（31），弹性外套（31）内具有第一通道（32）和第二通道（33）；

电磁铁（34），顺序设在第二通道（33）内且固定弹性外套（31）上；以及

柔性导线（35），顺序连接每一个电磁铁（34）。

3.根据权利要求2所述的架空线缆的温度追踪测量系统，其特征在于，电磁铁（34）的形状为圆柱形；

相邻的电磁铁（34）间存在缝隙；

电磁铁（34）通电后，相邻的电磁铁（34）间的缝隙消失。

4.根据权利要求2所述的架空线缆的温度追踪测量系统，其特征在于，电磁铁（34）中间部分的直径大于两端的直径；

电磁铁（34）的两端均存在一个吸附平面（341）。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的架空线缆的温度追踪测量系统，其特征在于，红外检测传感器（6）围绕第一弧形检测外壳（51）和/或第二弧形检测外壳（52）的轴线均匀设置。

6.根据权利要求5所述的架空线缆的温度追踪测量系统，其特征在于，位于第一弧形检测外壳（51）上的红外检测传感器（6）沿第一弧形检测外壳（51）的轴线间隔设置；

位于第二弧形检测外壳（52）上的红外检测传感器（6）沿第二弧形检测外壳（52）的轴线间隔设置。

7.根据权利要求1所述的架空线缆的温度追踪测量系统，其特征在于，控制线缆（3）包括顺序连接的多个子线缆段（301）；

多个子线缆段（301）均配置为在柔性状态与刚性状态直接切换。

8.根据权利要求7所述的架空线缆的温度追踪测量系统，其特征在于，至少存在一对子线缆段（301）处于刚性状态时所述一对子线缆段（301）的轴线均为曲线且控制线缆（3）两端部分的轴线平行。

9.一种如权利要求1至8中任意一项所述的架空线缆的温度追踪测量系统的温度追踪测量方法，其特征在于，包括：

温度追踪测量系统移动至架空线缆上方并获取与架空线缆的相对位置；

温度追踪测量系统将控制线缆（3）由柔性状态切换为刚性状态；

温度追踪测量系统驱动第一弧形检测外壳（51）和第二弧形检测外壳（52）在架空线缆外侧形成检测通道；

温度追踪测量系统将控制线缆（3）由刚性状态切换为柔性状态并缩小与架空线缆间的最小直线距离；以及

温度追踪测量系统驱动第一弧形检测外壳（51）和第二弧形检测外壳（52）沿架空线缆移动并使用红外检测传感器记录架空线缆的表面温度。