CN203672837U - 一种输电线路拉线断股检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种输电线路拉线断股检测系统，包括用于监测拉线缺损及断股情况的电磁超声换能器、与电磁超声换能器相连的工控机和与工控机相连的单片机；电磁超声换能器包括用于提供磁场的电磁铁和用于发射与接收超声波的检测线圈，电磁铁粘贴在检测线圈上，检测线圈放置在被测拉线上，电磁超声换能器还包括激励电源，激励电源包括与工控机相连的信号发生电路、与信号发生电路相连的控制电路、与控制电路相连的功率放大电路、与功率放大电路相连的阻抗匹配电路。实施本实用新型的有益效果是，对输电线路拉线的断股情况能较准确地判断，有利于及时发现事故隐患，减少经济损失，对电力系统的安全稳定运行发挥积极的作用。

Description

一种输电线路拉线断股检测系统

技术领域

本实用新型涉及电磁超声检测领域，更具体地说，涉及一种输电线路拉线断股检测系统。 

背景技术

输电线路的安全运行是电力系统安全可靠运行的重要保障，拉线作为输电线路的辅助设施，对输电线路的安全运行的却有重要作用。拉线对输电线路的作用主要体现在可提高杆塔的强度，承担外部荷载对杆塔的作用力，以减少杆塔的材料消耗量，降低线路造价，此外，拉线连同拉线棒和托线盘一起将杆塔固定在地面上，以保证杆塔不发生倾斜和倒塌。但长期以来，运行单位很少重视拉线是否损缺，断裂等断股情况，仅仅在巡查线路或上塔作业时目测拉线是否断股，忽略对设备输电线路拉线的断股状况检查和评估，给输电线路的安全运行留下的安全隐患。目前，电磁超声技术基于洛伦兹力或磁致伸缩原理激发和接收超声波，具有非接触、无需耦合剂、易实现在线检测等诸多优点，可应用于高温、高速、带保温层等特殊场合金属缺陷的检测。但是，电磁超声换能器的能量转化效率低，需要大功率脉冲激励以使其产生足够强度的超声波。同时，对于不同材料和不同厚度的被测金属，选取合适的频率、周期个数等参数激发超声波。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中仅通过目测检查拉线断股而存在的安全威胁的缺陷，提供一种适用于输电线路拉线断股检测的系统。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种输电线路拉线断股检测系统，包括用于监测拉线缺损及断股情况的电磁超声换能器、与所述电磁超声换能器相连的工控机和与所述工控机相连的，并用于设定所述电磁超声换能器的性能参数的单片机；所述电磁超声换能器包括用于提供磁场的电磁铁、用于发射与接收超声波的检测线圈，所述电磁铁粘贴在所述检测线圈上，所述检测线圈放置在被测拉线上，所述电磁超声换能器还包括激励电源，所述激励电源包括与所述工控机相连的信号发生电路、与所述信号发生电路相连的控制电路、与所述控制电路相连的功率放大电路、与所述功率放大电路相连的阻抗匹配电路； 

其中，所述电磁超声换能器放置在被检测的输电线路拉线上，所述单片机通过所述工控机给所述向所述检测线圈施加脉冲串，并驱动所述电磁铁产生磁场，使所述检测线圈在所述脉冲串和所述磁场的共同作用下发射超声波；所述超声波传过所述拉线时，若所述拉线中存在缺损或断股，则所述超声波被破裂性缺陷反射回来，并被所述检测线圈接收而产生电压信号，所述工控机从所述电磁超声换能器获取所述电压信号，并将所述电压信号送交所述单片机处理，从而检测出所述拉线的缺损及断股情况。 

本实用新型所述的输电线路拉线断股检测系统中，所述功率放大电路包括第一场效应管、第二场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第四电容、第五电容、第一二极管、第二二极管；所述阻抗匹配电路包括传输线变压器和第三电容； 

其中，所述第一场效应管的漏极连接到外接电源，所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的源极接地，所述第一场效应管与所述第二场效应管的栅极分别与所述控制电路的两个反相的方波激励信号连接； 

所述第一电容与所述第一电阻串联后的一端与所述外接电源连接，所述第一电容与所述第一电阻串联后的另一端与所述传输线变压器初级的一端连接，所述传输线变压器初级的另一端与所述第一场效应管的源极连接，所述第二电容与所述第二电阻串联后的一端与所述传输线变压器初级的一端连接后与所述第一场效应管的源极连接，所述第二电容与所述第二电阻串联后的另一端接地； 

所述第四电容与所述第四电阻并联后的一端与所述外接电源连接，所述第四电容与所述第四电阻并联后的另一端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极均与所述第一场效应管源极、第二二极管的阳极和传输线变压器的初级一端连接，所述第五电容与所述第三电阻并联后的一端与所述第二二极管的阴极连接，所述第五电容与所述第三电阻并联后的另一端接地； 

所述第三电容与所述电磁超声换能器串联后连接在所述传输线变压器次级两端之间。 

本实用新型所述的输电线路拉线断股检测系统中，所述控制电路还包括用于将所述信号发生电路产生的脉冲信号放大的信号发生器电路和用于控制所述功率放大电路中场效应管的开通关断并输出两路互补单极性方波信号的驱动电路。 

本实用新型所述的输电线路拉线断股检测系统中，所述电磁超声换能器的性能参数包括激励电源参数，所述激励电源参数包括激发脉冲的频率、相位和 控制激发脉冲的个数。 

实施本实用新型的一种输电线路拉线断股检测系统，具有以下有益效果：通过利用单片机对电磁超声换能器的激励电源参数进行设定，使电磁超声换能器可对于不同的被测物体，采用合适的参数激发电磁超声，使电磁超声换能器的电/声转换效率最大化，对输电线路拉线检测能较准确地判断，有利于及时发现事故隐患，减少经济损失，对电力系统的安全稳定运行发挥积极的作用。 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中： 

图1是本实用新型较佳实施例的输电线路拉线检测系统的结构框图； 

图2是图1所示的功率放大电路404和阻抗匹配电路405的电路结构示意图。 

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。 

如图1所示，为本实用新型较佳实施例的输电线路拉线检测系统的结构框图，该输电线路拉线断股检测系统，包括用于监测拉线缺损断股的电磁超声换能器100、与电磁超声换能器100相连的工控机200和与工控机200相连的，并用于设定电磁超声换能器100性能参数的单片机300；电磁超声换能器100包括用于提供磁场的电磁铁、检测线圈，电磁铁粘贴在检测线圈上，检测线圈放置在被测拉线上，电磁超声换能器100还包括激励电源400，激励电源400包括与工控机200相连的信号发生电路401、与信号发生电路401相连的控制 电路402、与控制电路402相连的功率放大电路403、与功率放大电路403相连的阻抗匹配电路404。 

其中，所述电磁超声换能器100的性能参数包括激励电源400参数，所述激励电源400参数包括激发脉冲的频率、相位和控制激发脉冲的个数。 

其中，信号发生电路401包括DDS芯片AD9850。单片机300控制DDS芯片AD9850产生频率1kHz-1MHz的可调方波信号，采用单片机300控制可编程逻辑控件（CPLD）MAX7064完成脉冲串个数和相位设定。对单片机300进行编程，实现其与工控机200的串行通讯、控制CPLD输出以及调节AD985O芯片的输出频率。 

其中，控制电路402还包括用于将信号发生电路401产生的脉冲信号放大的信号发生器电路和用于控制功率放大电路403中场效应管的开通关断并输出两路互补单极性方波信号的驱动电路。由于信号发生电路401产生的脉冲信号功率较弱，电压幅值低不足于驱动功率放大电路403中场效应管，因此，控制电路402需要对信号发生电路401产生的脉冲信号功率进行放大，并通过控制功率放大电路403中场效应管的开通关断来输出两路互补单极性方波信号。 

其中，功率放大电路403采用大功率管（MOSFET）组成半桥功率放大电路。阻抗匹配电路404采用宽带匹配，传输线变压器由双绞线和磁环组成，半桥逆变输出经传输线变压器耦合后连接到电磁超声换能器100上。 

如图2所示，为本实用新型实施例中功率放大电路403和阻抗匹配电路404的原理示意图，在本实施例中，功率放大电路403和阻抗匹配电路404的连接关系如下： 

功率放大电路403包括大功率管（MOSFET）：第一场效应管Q1、第二场效应管Q2，桥平衡电阻：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电 阻R4，桥臂电容：第一电容C1、第二电容C2、第四电容C4、第五电容C5，桥开关吸收电路元件：第一二极管D1、第二二极管D2；阻抗匹配电路404包括传输线变压器T1和第三电容C3，EMAT为电磁超声换能器100； 

其中，第一场效应管Q1的漏极连接到外接电源Vcc，第一场效应管Q1的源极与第二场效应管Q2的漏极连接，第二场效应管Q2的源极接地，第一场效应管Q1与第二场效应管Q2的栅极分别与控制电路402的两个反相的方波激励信号连接； 

第一电容C1与第一电阻R1串联后的一端与外接电源Vcc连接，第一电容C1与第一电阻R1串联后的另一端与传输线变压器T1初级的一端连接，传输线变压器T1初级的另一端与第一场效应管Q1的源极连接，第二电容C2与第二电阻R2串联后的一端与传输线变压器T1初级的一端连接后与第一场效应管Q1的源极连接，第二电容C2与第二电阻R2串联后的另一端接地； 

第四电容C4与第四电阻R4并联后的一端与外接电源Vcc连接，第四电容C4与第四电阻R4并联后的另一端与第一二极管D1的阳极连接，第一二极管D1的阴极均与第一场效应管Q1源极、第二二极管D2的阳极和传输线变压器T1的初级一端连接，第五电容C5与第三电阻并联后的一端与第二二极管D2的阴极连接，第五电容C5与第三电阻并联后的另一端接地； 

第三电容C3与EMAT（电磁超声换能器100）串联后连接在传输线变压器T1次级两端之间。 

功率放大电路404的工作原理为：两个反相的方波激励信号分别接到两个开关管的栅极，当HO为高电平，LO为低电平时，第一场效应管Q1导通，第二场效应管Q2关闭，电流通过第一场效应管Q1至传输线变压器T1初级向电容C2充电，同时第一电容C1上的电荷向第一场效应管Q1和传输线变压器 T1初级放电，从而在传输线变压器T1次级感应一个正半周期脉冲电压；当HO为低电平，LO为高电平时，第二场效应管Q2被触发导通，第一场效应管Q1关闭，电流通过第一电容C1和传输线变压器T1初级充电，而第二电容C2的电荷也经由传输线变压器T1初级放电，在传输线变压器T1次级感应一个负半周期脉冲电压，从而形成一个工作频率周期的功率放大波形。 

电磁超声换能器100的电磁铁采用稀土材料钕铁硼制成，同时为了增强磁场的强度及均匀性，选用二磁路提供偏置磁场。发射和接收线圈制作技术采用排线、印刷电路、薄膜和导线技术中的一种。 

本实用新型输电线路拉线断股检测系统的工作过程为：将电磁超声换能器100放置在被检测的输电线路拉线上，单片机300通过工控机200给所述检测线圈施加脉冲串，并驱动电磁铁施加外磁场，使检测线圈在所述脉冲串和所述磁场的共同作用下发射超声波；所述超声波传过所述拉线时，若所述拉线中存在缺损或断股，则所述超声波被破裂性缺陷反射回来，并被检测线圈接收反射波而产生电压信号，所述工控机200从所述电磁超声换能器100获取所述电压信号，并将所述电压信号送交所述单片机300处理和分析，得出缺陷的大小、形状、深度等信息，从而检测出所述拉线的缺损及断股情况。本实用新型通过利用单片机300对电磁超声换能器100的激励电源参数进行设定，使电磁超声换能器100可对于不同的被测物体，采用合适的参数激发电磁超声，使电磁超声换能器的电/声转换效率最大化，对输电线路拉线检测能较准确地判断，有利于及时发现事故隐患，减少经济损失，对电力系统的安全稳定运行发挥积极的作用。 

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制 性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。 

Claims (4)

1.一种输电线路拉线断股检测系统，其特征在于，包括用于监测拉线缺损及断股情况的电磁超声换能器（100）、与所述电磁超声换能器（100）相连的工控机（200）和与所述工控机（200）相连的，并用于设定所述电磁超声换能器（100）的性能参数的单片机（300）；所述电磁超声换能器（100）包括用于提供磁场的电磁铁、用于发射与接收超声波的检测线圈，所述电磁铁粘贴在所述检测线圈上，所述检测线圈放置在被测拉线上，所述电磁超声换能器（100）还包括激励电源（400），所述激励电源（400）包括与所述工控机（200）相连的信号发生电路（401）、与所述信号发生电路（401）相连的控制电路（402）、与所述控制电路（402）相连的功率放大电路（403）、与所述功率放大电路（403）相连的阻抗匹配电路（404）； 

其中，所述电磁超声换能器（100）放置在被检测的输电线路拉线上，所述单片机（300）通过所述工控机（200）向所述检测线圈施加脉冲串，并驱动所述电磁铁产生磁场，使所述检测线圈在所述脉冲串和所述磁场的共同作用下发射超声波；所述超声波传过所述拉线时，若所述拉线中存在缺损或断股，则所述超声波被破裂性缺陷反射回来，并被所述检测线圈接收而产生电压信号，所述工控机（200）从所述电磁超声换能器（100）获取所述电压信号，并将所述电压信号送交所述单片机（300）处理，从而检测出所述拉线的缺损及断股情况。 

2.根据权利要求1所述的输电线路拉线断股检测系统，其特征在于，所述功率放大电路（403）包括第一场效应管（Q1）、第二场效应管（Q2）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第一电容（C1）、 第二电容（C2）、第四电容（C4）、第五电容（C5）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）；所述阻抗匹配电路（404）包括传输线变压器（T1）和第三电容（C3）； 

其中，所述第一场效应管（Q1）的漏极连接到外接电源（Vcc），所述第一场效应管（Q1）的源极与所述第二场效应管（Q2）的漏极连接，所述第二场效应管（Q2）的源极接地，所述第一场效应管（Q1）与所述第二场效应管（Q2）的栅极分别与所述控制电路（402）的两个反相的方波激励信号连接； 

所述第一电容（C1）与所述第一电阻（R1）串联后的一端与所述外接电源（Vcc）连接，所述第一电容（C1）与所述第一电阻（R1）串联后的另一端与所述传输线变压器（T1）初级的一端连接，所述传输线变压器（T1）初级的另一端与所述第一场效应管（Q1）的源极连接，所述第二电容（C2）与所述第二电阻（R2）串联后的一端与所述传输线变压器（T1）初级的一端连接后与所述第一场效应管（Q1）的源极连接，所述第二电容（C2）与所述第二电阻（R2）串联后的另一端接地； 

所述第四电容（C4）与所述第四电阻（R4）并联后的一端与所述外接电源（Vcc）连接，所述第四电容（C4）与所述第四电阻（R4）并联后的另一端与所述第一二极管（D1）的阳极连接，所述第一二极管（D1）的阴极均与所述第一场效应管（Q1）源极、第二二极管（D2）的阳极和传输线变压器（T1）的初级一端连接，所述第五电容（C5）与所述第三电阻（R3）并联后的一端与所述第二二极管（D2）的阴极连接，所述第五电容（C5）与所述第三电阻（R3）并联后的另一端接地； 

所述第三电容（C3）与所述电磁超声换能器（100）串联后连接在所述传输线变压器（T1）次级两端之间。 

3.根据权利要求1所述的输电线路拉线断股检测系统，其特征在于，所述控制电路（402）还包括用于将所述信号发生电路（401）产生的脉冲信号放大的信号发生器电路和用于控制所述功率放大电路（403）中场效应管的开通关断并输出两路互补单极性方波信号的驱动电路。 

4.根据权利要求1所述的输电线路拉线断股检测系统，其特征在于，所述电磁超声换能器（100）的性能参数包括激励电源（400）参数，所述激励电源（400）参数包括激发脉冲的频率、相位和控制激发脉冲的个数。 

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