CN202394362U - 输电线路融冰在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的输电线路融冰在线监测系统，包括多个无线温度传感器节点、多个线路分机、GSM通信模块和监控中心，无线温度传感器节点采集和发送输电线路监测点的温度信息；线路分机监测输电线路及周围环境参数的变化，接收无线温度传感器节点传输的信息，将两路信息进行初步处理和储存，将处理后的信息送至GSM通信模块；GSM通信模块用于将接收到的信息传送至监控中心，并将接收到的指令传输至线路分机；监控中心用于发出将指令，将接收到的信息进行分析、处理和储存，对监测分机进行远程管理和远程设置，并提供融冰参数信息、历史数据查询和报警记录查询。本实用新型监测系统能对输电线路的覆冰状况和覆冰的消融过程进行实时在线监测。

Description

输电线路融冰在线监测系统

技术领域

本实用新型属于输变电设备状态的监测设备技术领域，具体涉及一种输电线路融冰在线监测系统。

背景技术

我国受大气候和微地形、微气象条件的影响，冰灾事故频繁发生，严重影响电网的安全运行。大范围输电线路覆冰能对电网造成严重的破坏，致使电网瘫痪。为了保证电网的安全运行，需对输电线路的覆冰情况进行监测，并根据监测到的覆冰信息采取相应的融冰措施，提高覆冰区输电线路运行的可靠性。目前，输电线路覆冰及融冰的监测大多是对覆冰理论、冰闪机理和杆塔强度设计方面的理论研究。

近年来，随着传感器技术和通讯技术的快速发展，开发出了针对输电线路覆冰的在线监测系统，该监测系统根据输电线路导线覆冰后的重量变化以及绝缘子的倾斜/风偏角进行覆冰载荷(覆冰厚度、杆塔受力、导线应力等)的计算，然后，将计算结果直接与输电线路设计的参数进行比较，给出报警信息，或者是采用现场图像对输电线路覆冰进行定性观测和分析。由于输电线路覆冰受输电线路所处环境的微气候、地形、地貌以及很多随机因素的影响，数学模型很难确定，导致现有覆冰监测系统存在监测不准确的问题，并且该监测系统只能给出覆冰预警信息，不能对融冰措施启动后，输电线路覆冰的融冰过程进行实时监测。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种输电线路融冰在线监测系统，不仅能对输电线路覆冰的消融过程进行实时监测，而且还能对输电线路的覆冰状况进行准确地监测。

本实用新型所采用的技术方案是，输电线路融冰在线监测系统，包括通过无线ZigBee通讯的两个或两个以上无线温度传感器节点及两个或两个以上线路分机，线路分机通过GSM通信模块与监控中心相连接。

本实用新型的特点还在于，

其中的无线温度传感器节点包括并排设置的温度传感器A及温度传感器B，温度传感器A及温度传感器B分别与无线模块相连接，无线模块包括依次连接的无线单片机、微波传输线，外部天线。

其中的无线单片机采用CC2430。

其中的温度传感器A和温度传感器B均采用DS18B20。

其中的线路分机包括依次连接的信号采集单元、信号调理单元及微处理器单元，微处理器单元上还连接有ZigBee模块及大容量快闪存储器。

其中的微处理器单元采用MSP430F149单片机。

其中的信号采集单元包括并列设置的温湿度传感器、风向传感器、气压传感器、风速传感器、雨量传感器、日照强度传感器、角度传感器及压力传感器，信号调理单元包括并列设置的滤波电路A、滤波电路B及滤波电路C，微处理器单元包括处理模块，处理模块上分别连接有普通输入/输出接口、计数器、处理模块及串行通讯接口，温湿度传感器、风向传感器和气压传感器输出的数字信号经滤波电路A滤波后直接进入微处理器单元的普通输入/输出接口，风速传感器和雨量传感器输出的脉冲信号经过滤波电路B滤波后直接接入计数器，日照强度传感器、角度传感器和压力传感器输出的模拟信号经过放大电路放大后送入滤波电路C，再经滤波电路C滤波后直接接入模拟/数字转换器。

本实用新型监测系统具有如下优点：

1.采用独立的线路分机和监控中心主机，两者通过移动或联通的GSM网络进行数据通信，线路分机可独立定时或实时采集导线覆冰后重量变化、导线温度等信息，监控中心主机可远程对线路分机的采样时间间隔、力传感器基准等运行参数进行设置。

2.不仅能监测输电线路的融冰过程，而且能监测输电线路覆冰后的重量变化、绝缘子串的倾斜角度、风偏角度、环境温湿度、风速以及风向等信息。并可根据建立的导线覆冰分析模型、线路融冰分析模型、覆冰导线舞动仿真模型、覆冰生长机理初步分析模型，结合各线路分机监测采集的信息计算分析输电导线覆冰厚度、导线舞动、覆冰增长预测以及线路融冰效率、优化的融冰参数等，及时给出冰害的预报警信息以及融冰的过程信息。

3.同时对硬件和软件采取抗干扰措施，保证了系统在高压环境下测得信号的准确性，系统不仅在硬件设计上，实现整机高屏蔽、高密封设计，具有良好的耐高温和耐腐蚀性能，并采用看门狗电路和等电位接地等方法，增强其抗干扰性能，并有效防止了系统的死机；软件采取了陷阱技术、冗余设计、滤波技术和故障自动恢复技术等措施，保证了系统在高压、恶劣环境下稳定地工作。

4.结合现有可行的输电线路融冰技术，实现了对覆冰线路的融冰过程和融冰效率的实时监测。

附图说明

图1是本实用新型输电线路融冰在线监测系统的结构示意图；

图2是本实用新型监测系统中无线温度传感器节点的结构示意图；

图3是本实用新型监测系统中线路分机的结构示意图；

图4是本实用新型监测系统中采用的专家软件功能模块架构图。

图中，1.无线温度传感器节点，2.线路分机，3.GSM通信模块，4.监控中心，5.输电导线，6.温度传感器A，7.温度传感器B，8.无线模块，8-1.无线单片机，8-2.微波传输线，8-3.外部天线，9.信号采集单元，9-1.温湿度传感器，9-2.风向传感器，9-3.气压传感器，9-4.风速传感器，9-5.雨量传感器，9-6.日照强度传感器，9-7.角度传感器，9-8.压力传感器，10.信号调理单元，10-1.滤波电路A，10-2.滤波电路B，10-3.放大电路，10-4.滤波电路C，11.微处理器单元，11-1.普通输入/输出接口，11-2.计时器，11-3.处理模块，11-4.模拟/数字转换器，11-5.串行通讯接口，12.大容量快闪存储器，13.ZigBee模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型输电线路融冰在线监测系统一种实施例的结构，如图1所示，包括依次连接的多个无线温度传感器节点1、多个线路分机2、GSM通信模块3和监控中心4。

无线温度传感器节点1，用于采集融冰过程中输电线路监测点的温度信息，并将采集的信息传送至相应的线路分机2；

线路分机2，用于实时监测输电线路导线重量、绝缘子串倾斜角度和风偏角度的变化以及输电线路周围环境参数的变化，用于接收相应的若干无线温度传感器节点1传输的信息，用于将自身采集的信息和接收到的无线温度传感器节点1发送的信息进行初步处理和储存，并将处理后的信息传送至GSM通信模块3；

GSM通信模块3，用于接收线路分机2传输的信息，并将该信息传送至监控中心4，用于接收监测中心4发出的指令，并将该指令传输至线路分机2；

监控中心4，用于发出指令，并将该指令发送至GSM通信模块3，用于接收GSM通信模块3传输的信息，并将接收到的信息进行分析、处理和储存，得到输电线路的覆冰和融冰状况，并对监测分机2进行远程管理和远程设置，提供融冰参数信息、历史数据查询和报警记录查询。

本实用新型监测系统中无线温度传感器节点1的结构，如图2所示，包括并排设置的温度传感器A6和温度传感器B7以及分别与该两个传感器相连接的无线模块8。无线模块8包括依次连接的无线单片机8-1，微波传输线8-2，外部天线8-3。温度传感器A6和温度传感器B7采用DS18B20。无线单片机8-1采用CC2430。

本实用新型监测系统中线路分机2的结构，如图3所示，包括依次连接的信号采集单元9、信号调理单元10、微处理器单元11，微处理器单元11上分别连接有ZigBee模块13及大容量快闪存储器12。

温湿度传感器9-1、风向传感器9-2和气压传感器9-3输出的数字信号经滤波电路A10-1滤波后直接进入微处理器单元11的普通输入/输出接口11-1。风速传感器9-4和雨量传感器9-5输出的脉冲信号经过滤波电路B10-2滤波后直接接入计数器11-2。日照强度传感器9-6、角度传感器9-7和压力传感器9-8输出的模拟信号经过放大电路10-3放大后送入滤波电路C10-4，再经滤波电路C10-4滤波后直接接入模拟/数字转换器11-4，从而实现了微控制器单元11对输入信号的定时采样(时间可远程修改)。同时线路分机2的ZigBee模块13实时接收安装于输电线路上无线温度传感器节点1发送的输电线路导线的温度值，ZigBee模块13将接收到的温度值通过串行通讯接口11-5送入处理模块11-3，处理模块11-3将接收到的所有数据经过初步处理后，一方面及时将初步处理的数据打包输送至GSM通信模块3，GSM通信模块3将接收到的数据通过GSM SMS网络传输给监控中心4，监控中心4对收到的数据进行进一步处理；另一方面处理模块11-3将有效数值存入不易丢失的大容量快闪存储器12。

监控中心4由工业控制计算机、GSM通信基站以及专家软件等组成。工业控制计算机和GSM通信基站通过RS232串口连接，并通过AT指令进行数据通信。专家软件对各种数据进行分析处理，并提出优化的融冰方案，其功能架构图，如图4所示，该专家软件根据各线路分机发送的数据，结合建立的导线覆冰厚度与杆塔倾斜角、绝缘子风偏角、导线张力、导线弧长、环境温度、湿度、雨量、风速、风向等环境信息之间的关系方程，分析判断当前线路的覆冰状况，在覆冰厚度接近当前杆塔的设计冰厚时及时给出预报警，并把报警信息以短消息模式发给当前管理员。另一方面，专家软件可以在融冰系统启动后，通过线路分机2发送的输电导线的温度、覆冰导线厚度等信息，实现对融冰过程和融冰效果的实时监测，并且可以结合输电线路的信息给出优化的融冰技术控制参数，实现融冰技术的高效率。此外专家软件还可以根据存储的信息建立该线路的覆冰信息数据库、融冰特性信息数据库。

本实用新型监测系统的工作过程：

将无线温度传感器节点1布置在输电导线上，对输电导线的表面温度进行监测，并将采集的信息传输至相应的线路分机2。将各线路分机2独立安装在不同覆冰区的杆塔上，增加线路分机2以及无线温度传感器节点1的数量，即可对更大面积覆冰区的输电线路进行在线监测。线路分机2定时/实时完成对相应杆塔的绝缘子串倾斜角、风偏角、导线覆冰后的重力变化、导线舞动频率以及环境温度、湿度、风速、风向等信息的采集，并将采集的信息与接收到的无线温度传感器节点1发送的监测点处的温度值进行初步处理和储存，然后，打包为GSM SMS，通过GSM通信模块3发送至监测中心4，由监测中心4软件对接收到的数据进行分析、整理，判断该输电线路导线的覆冰情况以及启动融冰后的融冰情况，对线路的融冰过程、融冰效率进行实时监测，并且结合线路的融冰信息数据库，给出优化的融冰技术控制参数。如果有预警信息或者重要融冰信息，可以通过GSM模块将信息发送给相关的管理人员。

本实用新型监测系统能完全取代已建立的造价高昂的观冰站，对现有的覆冰在线监测技术实现技术升级，加强了对输电线路覆冰的监测，将覆冰事故消除在萌芽状态，并且与现有融冰技术相配合，实现了对覆冰线路融冰过程的自动监控，结合现场监测覆冰厚度变化和微气象条件等数据，可制定最优的融冰参数，有效地保证了融冰效果。

Claims (7)

1.输电线路融冰在线监测系统，其特征在于，包括通过无线ZigBee通讯的两个或两个以上无线温度传感器节点(1)及两个或两个以上线路分机(2)，线路分机(2)通过GSM通信模块(3)与监控中心(4)相连接。

2.根据权利要求1所述的输电线路融冰在线监测系统，其特征在于，所述的无线温度传感器节点(1)包括并排设置的温度传感器A(6)及温度传感器B(7)，温度传感器A(6)及温度传感器B(7)分别与无线模块(8)相连接，无线模块(8)包括依次连接的无线单片机(8-1)、微波传输线(8-2)，外部天线(8-3)。

3.根据权利要求2所述的输电线路融冰在线监测系统，其特征在于，所述的无线单片机(8-1)采用CC2430。

4.根据权利要求2所述的输电线路融冰在线监测系统，其特征在于，所述的温度传感器A(6)和温度传感器B(7)均采用DS18B20。

5.根据权利要求1所述的输电线路融冰在线监测系统，其特征在于，所述线路分机(2)包括依次连接的信号采集单元(9)、信号调理单元(10)及微处理器单元(11)，微处理器单元(11)上还连接有ZigBee模块(13)及大容量快闪存储器(12)。

6.根据权利要求5所述的输电线路融冰在线监测系统，其特征在于，所述的微处理器单元(11)采用MSP430F149单片机。

7.根据权利要求5所述的输电线路融冰在线监测系统，其特征在于，所述的信号采集单元(9)包括并列设置的温湿度传感器(9-1)、风向传感器(9-2)、气压传感器(9-3)、风速传感器(9-4)、雨量传感器(9-5)、日照强度传感器(9-6)、角度传感器(9-7)及压力传感器(9-8)，信号调理单元(10)包括并列设置的滤波电路A(10-1)、滤波电路B(10-2)及滤波电路C(10-4)，微处理器单元(11)包括处理模块(11-3)，处理模块(11-3)上分别连接有普通输入/输出接口(11-1)、计数器(11-2)、处理模块(11-3)及串行通讯接口(11-5)，温湿度传感器(9-1)、风向传感器(9-2)和气压传感器(9-3)输出的数字信号经滤波电路A (10-1)滤波后直接进入微处理器单元(11)的普通输入/输出接口(11-1)，风速传感器(9-4)和雨量传感器(9-5)输出的脉冲信号经过滤波电路B(10-2)滤波后直接接入计数器(11-2)，日照强度传感器(9-6)、角度传感器(9-7)和压力传感器(9-8)输出的模拟信号经过放大电路(10-3)放大后送入滤波电路C(10-4)，再经滤波电路C(10-4)滤波后直接接入模拟/数字转换器(11-4)。

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