CN202582521U - 一种输电线路覆冰智能在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种输电线路覆冰智能在线监测装置，包括覆冰监测单元、通讯网络和服务器，所述的覆冰监测单元通过通讯网络与服务器连接。与现有技术相比，本实用新型具有等优点。

Description

一种输电线路覆冰智能在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种输电线路监测系统，尤其是涉及一种输电线路覆冰智能在线监测装置。

背景技术

现有的输电线路覆冰在线监测产品，但都存在着如下缺陷：

(1)系统稳定性欠佳，在线运行数天便出现故障；

(2)由于系统功耗太大，在连续数天阴雨雪严寒等天气情况下太阳能极板无法给蓄电池充电导致系统因缺电无法正常工作，而此时正是铁塔线路最容易覆冰甚至引发倒塔的关键时刻；

(3)系统低温特性差，无法在户外严寒雨雪等复杂环境下长时间正常运行；

(4)即使能够抵挡严寒雨雪天气和保证蓄电池不缺电的情况，采集到的数据也没有完整的系统覆冰厚度计算的数学模型，无法计算出等值覆冰厚度，也就无法定性、定量分析输电线路覆冰状况并预测冰情发展趋势。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种系统集成度高、系统功耗低、系统可靠性高的输电线路覆冰智能在线监测装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种输电线路覆冰智能在线监测装置，其特征在于，包括覆冰监测单元、通讯网络和服务器，所述的覆冰监测单元通过通讯网络与服务器连接；

所述的覆冰监测单元采集输电线路的状态信息，通过覆冰厚度数学模型计算出覆冰厚度信息，并实时将状态信息和覆冰厚度信息通过通讯网络传输给服务器，服务器根据状态信息和覆冰厚度信息计算输电线路的覆冰厚度变化趋势信息，若覆冰厚度超过设定阈值则及时报警，从而实现对输电线路的实时监控。

所述的覆冰监测单元包括中央处理单元、数据采集单元、供电管理单元和通信单元，所述的中央处理单元分别与数据采集单元、供电管理单元、通信单元连接，所述的通信单元与通讯网络连接。

所述的中央处理单元为ARM内核中央处理器，所述的通讯单元为SIM卡，该中央处理单元设有两个，两个中央处理器之间通过SIM卡连接，若其中一个中央处理单元出现故障时，自动切换到另一个中央处理器。

所述的数据采集单元设有两个进行备份，其中每个数据采集单元包括拉力传感器、倾角传感器、球形摄像机和微型气象站，所述的拉力传感器、倾角传感器、球形摄像机和微型气象站分别采集输电线路的重量、倾角、图像和气象信息后传输给中央处理单元。

所述的供电管理模块包括蓄电池、太阳能电池板、电源切换单元和电源控制单元，所述的电源切换单元分别与蓄电池、太阳能电池板连接，所述的电源控制单元与电源切换单元连接，所述的电源控制单元采用静态休眠需要唤醒的节电工作模式，所述的电源切换单元在太阳能电池板电能充足时切换到太阳能电池板供电，并将太阳能电池板多余的电能输送给蓄电池，在太阳能电池板电能不足时切换到蓄电池供电。

所述的蓄电池、太阳能电池板均设有两个。

所述的通讯网络为GPRS、CDMA、3G、OPGW或OPPC网络。

所述的覆冰厚度数学模型具体为：

$b=\frac{1}{2}\left(\sqrt{\frac{4q_{\mathrm{ice}}}{9.8\mathrm{\π}{\mathrm{\γ}}_0}+d^2-d}\right)$

式中γ₀-冰的密度；

d-导线的计算等效直径；

b-覆冰厚度；

q_ice-覆冰载荷。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、系统集成度高

本实用新型采用的核心芯片是国内首创的输电线路在线监测系统专用微计算机处理芯片(ARM内核中央处理器)，该芯片是集数据采集、I/O监测、图像压缩、模型计算、数据通讯等功能为一体的低功耗器件。与传统的多模块工作方式相比，本实用新型具有集成度高，运行故障率低的优点；

2、系统功耗低

针对户外没有交流供电的系统，电源储能是非常宝贵的，因此功耗高低对系统运行状况起着决定性的作用，本实用新型采用高集成度、超低功耗芯片(系统在线状态的整机静态功耗小于65mA，休眠状态下35mA，属国内目前所有系统中最优秀的)，极大地提高了系统的在线时长。

3、系统可靠性高

本实用新型是国内首家实现在不增加设备功耗的情况下，对设备中央处理单元、数据采集单元、供电管理单元等重要部分均采用1+1主备用智能切换(单SIM卡)工作方式。实践证明，采用此措施后，有效的克服了设备安装点的恶劣环境、强电磁干扰，检修不便等困难，使设备在线运行率得到明显的数量级提高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的覆冰监测单元结构示意图；

图3为本实用新型的输电线路覆冰后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图1，一种输电线路覆冰智能在线监测装置，包括覆冰监测单元1、通讯网络2和服务器3，所述的覆冰监测单元1通过通讯网络2与服务器3连接；

所述的覆冰监测单元1采集输电线路的状态信息，通过覆冰厚度数学模型计算出覆冰厚度信息，并实时将状态信息和覆冰厚度信息通过通讯网络2传输给服务器3，服务器3根据状态信息和覆冰厚度信息计算输电线路的覆冰厚度变化趋势信息，若覆冰厚度超过设定阈值则及时报警，从而实现对输电线路的实时监控。

所述的覆冰监测单元1包括中央处理单元11、数据采集单元、供电管理单元和通信单元，所述的中央处理单元11分别与数据采集单元、供电管理单元、通信单元连接，所述的通信单元与通讯网络连接。所述的中央处理单元11为ARM内核中央处理器，所述的通讯单元为SIM卡12，该中央处理单元11设有两个，两个中央处理器11之间通过SIM卡12连接，若其中一个中央处理单元出现故障时，自动切换到另一个中央处理器。

所述的数据采集单元设有两个进行备份，其中每个数据采集单元包括拉力传感器13、倾角传感器14、球形摄像机15和微型气象站16，所述的拉力传感器13、倾角传感器14、球形摄像机15和微型气象站16分别采集输电线路的重量、倾角、图像和气象信息后传输给中央处理单元11。所述的供电管理模块包括蓄电池17、太阳能电池板18、电源切换单元19和电源控制单元20，所述的电源切换单元19分别与蓄电池17、太阳能电池板18连接，所述的电源控制单元20与电源切换单元19连接，所述的电源控制单元20采用静态休眠需要唤醒的节电工作模式，所述的电源切换单元19在太阳能电池板电能充足时切换到太阳能电池板供电，并将太阳能电池板多余的电能输送给蓄电池，在太阳能电池板电能不足时切换到蓄电池供电。所述的蓄电池、太阳能电池板均设有两个。所述的通讯网络为GPRS、CDMA、3G、OPGW或OPPC网络。

本实用新型具有明显的优势。

1、国内首创的输电线路在线监测系统专用微计算机处理芯片技术及应用

ARM内核中央处理器：本实用新型的核心模块实现了从单片机技术升级到ARM内核中央处理器(CPU)的飞跃，采用该模块可完成大规模数据集成、数据存储、数据分析处理、图像采集处理、多方式通信等。

1+1备份专用技术：本实用新型在成功应用芯片的基础上，国内首家实现在不增加设备功耗的情况下，对设备中央处理单元、数据采集单元、供电管理单元等重要部分均采用1+1主备用智能切换(单SIM卡)工作方式。实践证明，采用此措施后，有效的克服了设备安装点的恶劣环境、强电磁干扰，检修不便等困难，使设备在线运行率得到明显的数量级提高。

强大的数据与图像处理：本实用新型核心模块是采用专业ARM内核芯片，专门针对电力在线监测应用而设计的芯片。模块特点是：功能齐全、运行稳定、适用面广、一机多能、方便嵌入、体积小巧；开创了数据、图像采集、语音和无线通讯功能集成的先河。主要接口有：IO检测、IO控制、模拟量采集、视频图像采集、语音输出、环境监听、GPRS网络通讯、GSM通信。是一款多功能信息处理的一体化工业模块。同时也具备高集成度的特性，即把传统的数据采集模块、数据处理模块、通信模块、数据存储等模块全部都集成到一个芯片上，极大地降低了系统功耗，也大大提升了系统的可靠性。

低功耗技术：本实用新型输电线路覆冰智能在线监测装置除通常使用的静态休眠、需要唤醒的节电工作模式外，系统采用的核心模块是集数据采集、I/O监测、图像压缩、模型计算、数据通讯等功能为一体的低功耗器件。相比采用分立多模块设备具有更低的功耗需求和同样蓄电池容量下的更长久在线工作时间。正是由于此模块的运用，使的系统在线状态下，整机静态功耗小于65mA，休眠状态下35mA，属国内目前所有系统中最优秀的。

2、系统在户外严寒雨雪等复杂环境下仍能够正常运行

本实用新型输电线路覆冰智能在线监测装置严格按照全面质量管理要求，在产品的设计、制造、工程服务等方面均严控把关，重要器件选用军品级，所有器件选用工业级以上。从原材料的进入直至成品等的检测手段严格，该系统通过了相关国家权威检测机构的检测，在-40℃的低温仍然能够正常工作，在工程项目安装实例中也得到了验证。

3、完整的系统覆冰厚度数学模型的建立

本实用新型输电线路覆冰智能在线监测装置将采集到的数据通过核心处理模块进行预处理，剔除干扰量，根据采集到的拉力、倾角等状态量，通过覆冰厚度的数学模型计算出等值覆冰厚度。覆冰监测软件系统综合分析输电线路导线的材料特征、安装档距、荷载力、绝缘子串倾角等参数，结合微气象条件如温度、湿度、风速、风向等多项因素，计算出输电线路导线的覆冰厚度及覆冰变化趋势，对导线覆冰及时预警，并为启动直流融冰时实时监测融冰的力学参数，为线路的安全运行及融冰提供决策依据。如图3所示，其中A为导线、B为覆冰，计算公式如下：

$b=\frac{1}{2}\left(\sqrt{\frac{4q_{\mathrm{ice}}}{9.8\mathrm{\π}{\mathrm{\γ}}_0}+d^2-d}\right)$

式中γ₀-冰的密度；

d-导线的计算等效直径；

b-覆冰厚度；

q_ice-覆冰载荷。

本实用新型针对现有输电线路覆冰在线监测系统存在的缺陷进行了大量的改进，改变了在极寒雨雪等复杂天气情况下输电线路需要监测之时，以往系统都无法正常工作，更不用说监测输电线路覆冰情况的尴尬处境，真正意义上实现了对输电线路的导线覆冰、覆冰厚度和覆冰变化趋势的及时预警，并为启动直流融冰时实时监测融冰的力学参数，为线路的安全运行及融冰提供决策依据。

Claims (7)

1.一种输电线路覆冰智能在线监测装置，其特征在于，包括覆冰监测单元、通讯网络和服务器，所述的覆冰监测单元通过通讯网络与服务器连接。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路覆冰智能在线监测装置，其特征在于，所述的覆冰监测单元包括中央处理单元、数据采集单元、供电管理单元和通信单元，所述的中央处理单元分别与数据采集单元、供电管理单元、通信单元连接，所述的通信单元与通讯网络连接。

3.根据权利要求2所述的一种输电线路覆冰智能在线监测装置，其特征在于，所述的中央处理单元为ARM内核中央处理器，所述的通讯单元为SIM卡，该中央处理单元设有两个，两个中央处理器之间通过SIM卡连接。

4.根据权利要求2所述的一种输电线路覆冰智能在线监测装置，其特征在于，所述的数据采集单元设有两个，其中每个数据采集单元包括拉力传感器、倾角传感器、球形摄像机和微型气象站。

5.根据权利要求2所述的一种输电线路覆冰智能在线监测装置，其特征在于，所述的供电管理模块包括蓄电池、太阳能电池板、电源切换单元和电源控制单元，所述的电源切换单元分别与蓄电池、太阳能电池板连接，所述的电源控制单元与电源切换单元连接。

6.根据权利要求2所述的一种输电线路覆冰智能在线监测装置，其特征在于，所述的蓄电池、太阳能电池板均设有两个。

7.根据权利要求2所述的一种输电线路覆冰智能在线监测装置，其特征在于，所述的通讯网络为GPRS、CDMA、3G、OPGW或OPPC网络。

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