CN202485714U - 输电线路覆冰在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的输电线路覆冰在线监测系统，包括省公司监控中心主机、地市局监控中心主机、线路监测分机、专家软件。监测分机定时/实时完成环境温度、湿度、风速、风向、雨量以及该杆塔绝缘子的倾斜角、风偏角、覆冰导线的重力变化信息的采集，将其打包为GSM SMS，通过GSM通信模块发送至监测中心，监测中心可对分机进行远程参数设置，借助专家软件了解相应线路的覆冰状况，及时给出预报警信息，有效防止冰害事故的发生。本实用新型监测系统能对输电线路的覆冰状况进行实时在线监测。

Description

输电线路覆冰在线监测系统

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覆冰在线监测系统。 

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，以提高覆冰区输电线路运行的可靠性。目前，输电线路覆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，并且现有的监测系统只能给出覆冰预警信息，不能对输电线路覆冰的过程进行实时监测。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种输电线路覆冰在线监测系统，能够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，输电线路覆冰在线监测系统，包括依次连接的线路监测分机、地市局监控中心主机及省公司监控中心主机。 

本实用新型的特点还在于， 

其中的线路监测分机包括MSP430F149单片机，MSP430F149单片机上分别连接有系统电源、时钟芯片、GSM通信模块、数据存储单元、液晶显示模块、污秽信息信号处理单元，污秽信息信号处理单元上还连接有压力传感器、角位移传感器、温湿度传感器、风速传感器、风向传感器及雨量传感器。 

其中的系统电源包括太阳能电池和蓄电池。 

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.可同时监测线路微气象条件（温湿度、风速、风向、雨雪以及气压等）和线路覆冰状况（绝缘子倾斜角、风偏角、覆冰导线的重力变化、导线舞动频率等），并借助现有移动或联通强大的通信网络进行实时数据传输，结合专家知识库和各种理论模型给出冰情预报，及时给出冰害的预报警信息。 

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.在现有导线覆冰在线监测技术的基础上，提出了一种新的杆塔受力计算模型以及覆冰厚度计算模型。 

附图说明

图1是本实用新型输电线路覆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线路监测分机原理图； 

图3是本实用新型监测系统建立的覆冰厚度计算模型中主杆塔等效档距示意图； 

图4是本实用新型监测系统建立的杆塔受力计算模型。 

图中，1.线路监测分机，2.地市局监控中心主机，3.省公司监控中心主机，4.专家软件，5.MSP430F149单片机，6.系统电源，6-1.太阳能电池，6-2.蓄电池，7.时钟芯片，8.GSM通信模块，9.数据存储单元，10.液晶显示模块，11.污秽信息信号处理单元，12.压力传感器，13.角位移传感器，14.温湿度传感器，15.风速传感器，16.风向传感器，17.雨量传感器。 

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覆冰在线监测系统的结构，如图1所示，包括依次连接的线路监测分机1、地市局监控中心主机2及省公司监控中心主机3，地市局监控中心主机2及省公司监控中心主机3由专家软件4控制。 

线路监测分机1，用于定时/实时完成环境温度、湿度、风速、风向、雨量以及该杆塔绝缘子的倾斜角、风偏角、覆冰导线的重力变化、导线舞动频 率等信息的采集，将其打包为GSM SMS，通过GSM通信模块发送至地市局监测中心； 

地市局监控中心主机2，用于对分机进行远程参数设置（如采样时间间隔、分机系统时间以及实时数据请求等）。各地市局的监测中心通过LAN方式传输给省公司监控中心主机3； 

省公司监控中心主机3，用于直接调用各地市局监控中心主机2的各杆塔绝缘子串的倾斜角、风偏角、覆冰导线重力变化、导线舞动频率以及环境参数等数据，借助专家软件4了解该省相应线路的覆冰状况； 

专家软件4，用于对各种修正理论模型、试验结果和现场运行结果来判断输电线路的覆冰状况，及时给出预报警信息，有效防止冰害事故的发生。 

本实用新型输电线路导线覆冰在线监测系统中线路监测分机1的结构，如图2所示，包括MSP430F149单片机5，MSP430F149单片机5上分别连接有系统电源6、时钟芯片7、GSM通信模块8、数据存储单元9、液晶显示模块10、污秽信息信号处理单元11，污秽信息信号处理单元11上还连接有压力传感器12、角位移传感器13、温湿度传感器14、风速传感器15、风向传感器16、雨量传感器17。 

MSP430F149单片机5，线路监测分机1的核心，用于实时处理大量数据； 

系统电源6，用于提供整个系统的电源，采用太阳能电池6-1加蓄电池6-2电池的供电方式。当阳光充足时太阳能电池6-1能产生足够的电能，除供给整个系统用电外，多余的电能经过控制器给蓄电池6-2充电；当夜晚或者阴天的时候太阳能电池6-1产生的电能不足以供系统用电的时候，由蓄电池6-2给系统供电，整个过程由控制器自动完成； 

时钟芯片7，用于给系统提供时间信息； 

GSM通信模块8，用于发送系统当前的运行信息以及接收来自后台的命令； 

数据存储单元9，用于存储系统运行的状态及信息； 

液晶显示模块10，用于显示当前系统运行的各种状态和实时的信息，比如GSM手机卡号、杆塔号、分机系统时间、泄漏电流、温湿度、风速、风向、雨量等； 

污秽信息信号处理单元11，用于处理来自各种传感器的信号，包括压力传感器12、角位移传感器13、温湿度传感器14、风速传感器15、风向传感器16、雨量传感器17。 

压力传感器12安装在绝缘子串上，用于获取导线的压力信息； 

角位移传感器13安装在与压力传感器对应的导线上，用于获取角位移信息； 

温湿度传感器14，用于获取当前的环境的温湿度信息； 

风速传感器15，用于获取当前的环境风速信息； 

风向传感器16，用于获取当前的环境风向信息； 

雨量传感器17，用于获取当前的环境雨量信息。 

本实用新型监测系统建立的覆冰厚度计算理论模型中主杆塔等效档距示意图，如图3所示，定义主杆塔绝缘子串竖直方向的张力值T_V与该绝缘子串两侧输电导线某点到主杆塔A点间导线上的竖向载荷相互平衡的点称为“平衡点”。根据下式计算得到导线的综合载荷q： 

$q=\frac{2\mathrm{\Δ}{T}_V}{S_{D1}^{\mathrm{AB}}+S_{D1}^{\mathrm{AC}}}$

$=\frac{2\mathrm{\Δ}{T}_V}{\frac{2T_H^{\mathrm{AC}}}{q_0}\mathrm{sh}\frac{l_{D1}^{\mathrm{AC}}{q}_0}{2T_H^{\mathrm{AC}}}+\frac{2(T_H^{\mathrm{AC}}+T_V\mathrm{tg\θ})}{q_0}\mathrm{sh}\frac{l_{D1}^{\mathrm{AB}}{q}_0}{2(T_H^{\mathrm{AC}}+T_V\mathrm{tg\θ})}}---\left(1\right)$

式中，q为导线的综合载荷；ΔT_V表示在冰、风载荷作用下与只有自重载荷作用时主杆塔上竖向载荷的差值；θ为主杆塔上绝缘子串的倾斜角；T_H为导线上水平方向拉力；l_D1为主杆塔对应的等效档距；q₀为导线自重载荷。 

q=q₀+q_wind+q_ice    （2） 

式中，q_ice为覆冰载荷，q₀为导线自重载荷，q_wind为风载荷，其中 

q_wind=0.735a(d+2b）v²    （3） 

其中，a是风速的不均匀系数，v是设计风速（m/s），d是导线的计算直径，b是覆冰厚度。 

根据求得的覆冰载荷q_ice，并结合覆冰的密度（0.9g/cm³）、导线直径来求解覆冰厚度： 

$b=(\sqrt{\frac{4q_{\mathrm{ice}}}{9.8{\mathrm{\π\γ}}_0}+d^2}-d)/2---\left(4\right)$

其中，γ₀为冰的密度（雨淞）；d为导线的计算等效直径；b为覆冰厚度。 

考虑到实际杆塔的水平载荷设计强度较低，使得许多地区遭受覆冰破坏的杆塔，主要是杆塔承受的水平载荷超过了杆塔水平载荷的设计强度而造成，本实用新型监测系统系统建立了如图4所示的杆塔受力计算模型，根据该模型给出杆塔的水平力： 

由于不均匀覆冰引起的杆塔水平力：F_Hq=F_V·tgθ_倾斜

F_Hf=F_V·tgθ_风偏

由于大风引起的杆塔水平力： 

本实用新型监测系统的工作过程： 

将线路监测分机1安装在高压输电线路的杆塔上，各个传感器定时/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，并将采集的信息经过MSP430F1495单片机5初步处理和储存，然后，打包为GSM SMS，通过GSM通信模块8发送至地市局监测中心2，监测中心专家软件4则利用各种修正理论模型、试验结果和现场运行结果来判断输电线路的运行状况。如果有预警信息，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。 

Claims (3)

1.输电线路覆冰在线监测系统，其特征在于，包括依次连接的线路监测分机（1）、地市局监控中心主机（2）及省公司监控中心主机（3）。

2.根据权利要求1所述的输电线路覆冰在线监测系统，其特征在于，所述的线路监测分机（1）包括MSP430F149单片机（5），MSP430F149单片机（5）上分别连接有系统电源（6）、时钟芯片（7）、GSM通信模块（8）、数据存储单元（9）、液晶显示模块（10）、污秽信息信号处理单元（11），污秽信息信号处理单元（11）上还连接有压力传感器（12）、角位移传感器（13）、温湿度传感器（14）、风速传感器（15）、风向传感器（16）及雨量传感器（17）。

3.根据权利要求2所述的输电线路覆冰在线监测系统，其特征在于，所述的系统电源（6）包括太阳能电池（6-1）和蓄电池（6-2）。 

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