CN202101761U - 一种输电线路非接触测温的在线监测装置 - Google Patents

一种输电线路非接触测温的在线监测装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种输电线路非接触测温的在线监测装置，集成在一个金属盒体内，包括红外测温单元(1)、综合信号处理单元(2)、双模无线传输单元(3)、太阳能电池及充放电管理单元(4)，综合信号处理单元(2)分别与非接触红外测温单元(1)和双模无线传输单元(3)连接，太阳能电池及充放电管理单元(4)分别与红外测温单元(1)、综合信号处理单元(2)及双模无线传输单元(3)连接，提供电源供应。多个监测装置可通过内置的Zigbee无线传输模块构成无线传感器网络实现信息共享和节能。本实用新型的装置可代替现在普遍的人工手持式定向测试，为输电线路测温市场提供一种方便、高效、精确的新兴产品。

Description

一种输电线路非接触测温的在线监测装置
技术领域：
本实用新型涉及一种用于输电线路非接触测温的在线监测装置，适用于电力输电线路的在线监测场合。
背景技术：
电力设施属于国家基础能源建设，具有举足轻重的作用，电力建设和维护过程中，输电线路及电力设备的温度监测尤为重要，它反映了输电线路及相关设备的工作状态，过高的温度会导致设备损坏引起电力中断等事故，实时监测输电线路的温度有利于及时发现及防止电力故障的出现。目前普遍应用的传统的输电线路发热点(比如导线接头、线夹)检测主要是通过人工的定向手动测试。具体的讲，就是工作人员在地面通过手持式红外测温仪定期对所有的目标点或者疑似点进行测温和数据统计。这样存在如下几点不足：1、由于地理环境因素使得工作人员的测温工作量非常大，监测效率非常低下，有可能存在巡检盲区，并且部分杆塔位于人迹罕至的高山峻岭之中，不仅增加了检修人员的劳动强度，而且山区蜂害、蛇害对员工的生命安全也构成了严重威胁；2、无法实现高频率、周期性、甚至实时性的目标点温度监测，对于保证电网的安全运行极为不利；3、由于工作人员是站在地面上远距离测试线路发热点的温度，因此对手持式设备的工作距离要求很高，这也通常导致测量精度不够高。同时，工作人员在测试时可能的晃动也会降低测量结果的参考价值。
发明内容：
为了克服传统的输电线路测温设备的缺陷，高效率的对输电线路上的发热点进行全方位的、实时的、高频度的、系统性的准确的测试，特别对于高山、大川、江河等人工测试不方便地区的线路也能实现精确测温，本发明提供一种输电线路无线远程实时红外测温装置，该装置通过非接触方式测量输电线路的温度，同时利用无线方式将测温数据传输到后台集控中心，多个装置之间还可通过Zigbee方式构成无线传感器网络，本发明的装置可代替现在普遍的人工手持式定向测试，为输电线路测温市场提供一种方便、高效、精确的新兴产品。
本实用新型解决问题的方法是，该装置包括红外测温单元(1)、综合信号处理单元(2)、双模无线传输单元(3)、太阳能电池及充放电管理单元(4)，红外测温单元(1)、综合信号处理单元(2)及双模无线传输单元(3)集成在一个金属盒体内，太阳能电池及充放电管理单元(4)外置，综合信号处理单元(2)分别与红外测温单元(1)和双模无线传输单元(3)连接，太阳能电池及充放电管理单元(4)分别与红外测温单元(1)、综合信号处理单元(2)及双模无线传输单元(3)连接，提供电源供应。
而且，红外测温单元(1)由多块红外测温模块构成，红外测温模块的数量根据实际需要增加和减少，红外测温模块采用SPI总线方式与综合信号处理单元(2)连接。
而且，双模无线传输单元(3)包括3G无线传输模块和Zigbee无线传输模块，3G无线传输模块负责在线测温监测装置与后台集控中心的数据通信，通过USB接口与综合信号处理单元(2)连接，Zigbee无线传输模块负责多个在线测温监测装置之间的无线数据通信，多个在线测温监测装置通过Zigbee通信协议构成无线传感器网络，完成信息共享，Zigbee无线传输模块通过USB接口与综合信号处理单元(2)连接。
本实用新型的有益效果是：
(1)采用非接触方式的红外测温模块，避免了测量过程中感温元件与被测对象发生直接接触从而导致的传感器会受到腐蚀、氧化、污染和还原，有利于提高感温元件的工作寿命和测量精度。
(2)使用3G CDMA移动通信网络作为无线通信载体，工作人员不必到达电力现场进行手动测量，只需通过远程集控中心软件读取、显示前端设备的测温数据即可，保证了工作人员的人身安全，提高了工作效率，节约了成本。
(3)前端设备支持Zigbee协议，通过该无线协议，多个监测终端可以构建无线传感器网络，实现信息共享和节能，延长系统工作时间。
附图说明：
图1是本实用新型的外型及内部结构图。
图2是本实用新型的元器件连接图。
图3是图2中综合信号处理单元(2)内部结构原理图。
具体实施方式：
图1是本实用新型的外型及内部结构图。本实用新型总共可分4个部分，包括红外测温单元(1)、综合信号处理单元(2)、双模无线传输单元(3)、太阳能电池及充放电管理单元(4)。红外测温单元(1)、综合信号处理单元(2)、双模无线传输单元(3)、太阳能电池及充放电管理单元(4)，通过钢架及铁箱形成一个整体使用螺丝固定在在所监测的输电线路杆塔上，其中太阳能电池单元(4)固定在专用斜体钢架上固定，该钢架尺寸为，斜边1200mm、高650mm、底边宽560mm，底边四角有四个螺柱孔，用于钢架的固定，钢架的斜面安装太阳能硅板，更好的吸收太阳能，为其他单元提供电源支持。红外测温单元(1)、数字综合信号处理单元(2)、双模无线传输单元(3)被集中安装在铝合金封闭盒体内，盒体长、宽、高分别为18cm、9cm、2cm。铝合金盒体通过螺丝与太阳能硅板刚性连接，系统整体通过高强度螺丝固定在电力传输线路的铁塔上，安装位置要求系统距离监测点小于30m，太阳能硅板以太阳照射时间最长的角度安装最佳，一个监测装置可以连接多个红外测温模块，最大支持16个红外测温模块的同时连接。
图2是本实用新型元器件连接图。红外测温单元(1)选用Melexis公司的MLX90601EZA-CAA红外测温模块，该模块以MLX90247热电元件作为红外感应部分，模块的温度测量范围从-55摄氏度至125摄氏度，精度+/-0.5摄氏度，分辨率0.5摄氏度，测量周期10～180摄氏度。红外测温单元通过SPI总线接口与综合信号处理单元(2)连接，将测得的输电线路监测点温度传输到综合信号处理单元(2)，综合信号处理单元(2)选用ADI公司的Blackfin系列BF53处理器，主频300MHZ，功耗仅为0.15mW/MMAC，处理器运行RtLinux操作系统和智能数据处理算法。无线通信单元(3)由3G无线通信模块和Zigbee无线通信模块构成，其中3G无线通信模块选用华为公司的EM700，该模块支持GSM/GPRS以及UMTS多模通信，根据实际通信条件选择合适的模式，通过USB总线与综合信号处理单元(2)连接，将处理后的温度数据通过3G无线通信信道传输到后台集控中心，Zigbee无线通信模块选用美国MaxStream公司的XBee-PRO S2b，该模块工作频率2.4GHz，功耗60mW，RF传输速率250Kbps，通过UART接口与综合信号处理单元(2)连接，实现多个监测装置之间的无线通信连接，多个监测装置之间通过Zigbee无线通信模块构成无线局域网络，实现信息共享和节能。太阳能电池及充放电单元(4)由太阳能电池和充放电单元构成，充放电单元由51单片机及外围电路实现，太阳能电池及充放电单元为红外测温单元(1)、综合信号处理单元(2)及双模无线传输单元(3)提供直流电源，分别为5V、3.3V及9V电源。
图3是图2中综合信号处理单元(2)内部结构原理图，主要包括温度数据处理单元和传感器网络处理单元，其中温度数据处理单元主要由黑体标定模块、滤波处理模块、辐射温度计算模块以及真实温度计算模块构成，黑体标定模块负责高精度参考温度，采用差值查表法实现。滤波处理模块对采集到的红外温度信号进行噪声去除及数据过滤，主要采用低通滤波算法，辐射温度计算模块和真实温度计算模块对温度标定公式计算得到的辐射温度进行换算的到目标物体的真实温度值。传感器网络单元主要实现的汇聚节点的功能，主要由数据汇聚模块、数据滤波模块以及数据融合模块构成。数据汇聚模块负责收集和汇总各终端节点采集监测装置的监测温度，数据滤波模块采用GRUBBS算法对数据汇聚模块的数据进行滤波和检测，剔除有误差的数据，数据融合模块采用自适应加权融合算法，利用方差作为融合依据，使方差达到最小分配权数，各终端节点的测温数据通过汇聚节点进行数融合传输到后台集控中心。
本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型应不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (3)

1.一种用于输电线路非接触测温的在线监测装置，其特征在于：该装置包括红外测温单元(1)、综合信号处理单元(2)、双模无线传输单元(3)、太阳能电池及充放电管理单元(4)，红外测温单元(1)、综合信号处理单元(2)及双模无线传输单元(3)集成在一个金属盒体内，太阳能电池及充放电管理单元(4)外置，综合信号处理单元(2)分别与红外测温单元(1)和双模无线传输单元(3)连接，太阳能电池及充放电管理单元(4)分别与红外测温单元(1)、综合信号处理单元(2)及双模无线传输单元(3)连接，提供电源供应。
2.根据权利要求1所述的输电线路非接触测温的在线监测装置，其特征在于：所述红外测温单元(1)由多块红外测温模块构成，红外测温模块的数量根据实际需要增加和减少，红外测温模块采用SPI总线方式与综合信号处理单元(2)连接。
3.根据权利要求1所述的输电线路非接触测温的在线监测装置，其特征在于：所述双模无线传输单元(3)包括3G无线传输模块和Zigbee无线传输模块，3G无线传输模块负责在线测温监测装置与后台集控中心的数据通信，通过USB接口与综合信号处理单元(2)连接，Zigbee无线传输模块负责多个在线测温监测装置之间的无线数据通信，多个在线测温监测装置通过Zigbee通信协议构成无线传感器网络，完成信息共享，Zigbee无线传输模块通过UART接口与综合信号处理单元(2)连接。
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