CN207472299U - 基于多旋转导体的远程覆冰参数监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的一种基于多旋转导体的远程覆冰参数监测系统，包括积冰器、用于监测积冰器上积冰重量的重量传感器、用于接收重量传感器输出的检测信号的处理模块、与所述处理模块连接的传输模块以及远程监控服务器，所述处理模块通过传输模块与远程监控服务器通信连接；所述积冰器包括至少五个圆柱状的导体、驱动电机以及安装支架，所述驱动电机的传动轴与导体传动连接并驱动导体绕自身轴线旋转，所述驱动电机固定设置于安装支架上且驱动电机的个数与导体个数相等，所述重量传感器的个数与导体个数相等且重量传感器设置于导体与电机之间，所述驱动电机的控制输入端与处理模块的控制输出端连接；不会受到覆冰对监测装置的影响，从而能够准确监测覆冰的状态。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种覆冰监测系统，尤其涉及一种基于多旋转导体的远程覆冰参数监测系统。
背景技术
我国幅员辽阔，地形地貌复杂，覆冰、覆雪、酸性湿沉降、强雷暴、低气压(高海拔)等气候条件极为恶劣复杂的地区在我国国土面积中占有相当的比例。在这些区域，因覆冰而引发的各类故障将成为威胁电网安全稳定运行的重大隐患。随着我国电网的迅速发展和大范围跨区互联，冰灾事故所造成的损失也越发扩大。近年来，我国冰灾事故频发，严重影响了国民经济的发展和广大人民的正常生活。2005年初，两湖地区电网覆冰厚度达80～100mm，倒塔41处， 220kV以上线路故障跳闸80次；2008年1～2月，我国南方发生特大冰灾，受其影响而停运的10kV及以上线路7541条，110kV以上变电站停运270座，线路杆塔倒塌、损坏共2686基，有2576处发生断线，电力缺额最大时达14.82GW，经济损失高达1516.5亿元人民币，间接经济损失更是无法估量；2011年1月，我国西南片区部分输电线路先后出现冰灾事故，并引发大面积线路及变电站停运。由此可见，输电线路的覆冰事故已然成为影响我国电网安全稳定运行的关键因素之一。
现有技术中，对于输电线路覆冰的监测主要采用视频采集的方式，这种方式并不能准确反应覆冰状态，这是由于：视频监测装置的摄像头容易受到覆冰的影响，从而使得图像不清晰，从而监测不准确；而现有的其他监测方式，比如测量导线的拉力，这种方式容易收到风力的影响，从而造成监测结果不准确。
因此，需要提供一种新的监测装置，能够对输电线路的覆冰状态和覆冰环境参数进行全天候的检测，保证监测数据的连续性，而且，不会受到覆冰对监测装置的影响以及所处环境的影响，从而能够准确监测覆冰的状态，确保数据的客观性和准确性，为后续的运维措施的制定做出准确的指导。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于多旋转导体的远程覆冰参数监测系统，能够对输电线路的覆冰状态和覆冰环境参数进行全天候的检测，保证监测数据的连续性，而且，不会受到覆冰对监测装置的影响以及所处环境的影响，从而能够准确监测覆冰的状态，确保数据的客观性和准确性，为后续的运维措施的制定做出准确的指导。
本实用新型提供的一种基于多旋转导体的远程覆冰参数监测系统，包括积冰器、用于监测积冰器上积冰重量的重量传感器、用于接收重量传感器输出的检测信号的处理模块、与所述处理模块连接的传输模块以及远程监控服务器，所述处理模块通过传输模块与远程监控服务器通信连接；所述积冰器包括至少五个圆柱状的导体、驱动电机以及安装支架，所述驱动电机的传动轴与导体传动连接并驱动导体绕自身轴线旋转，所述驱动电机固定设置于安装支架上且驱动电机的个数与导体个数相等，所述重量传感器的个数与导体个数相等且重量传感器设置于导体与电机之间的传动轴上，所述驱动电机的控制输入端与处理模块的控制输出端连接。
进一步，各导体的直径不等，且各导体按照直径大小一次排列后，相邻导体直径只差相等。
进一步，所述处理模块包括中央处理电路以及拨码开关，所述中央处理电路的输入端与重量传感器的输出端连接，所述拨码开关与中央处理电路连接，所述中央处理电路通过传输模块与远程监控服务器通信连接，所述中央处理电路的控制输出端与驱动电机的控制输入端连接。
进一步，所述处理电路为单片机。
进一步，所述传输模块包括移动通信模块、ZigBee模块以及ZigBee中继器；
所述移动通信模块和ZigBee模块均与中央处理电路连接，所述ZigBee模块与ZigBee中继器通信连接，所述ZigBee中继器还与远程监控服务器通信连接。
进一步，还包括供电单元，所述供电单元包括取能电流互感器、整流电路、第一直流转换电路、第二直流转换电路以及第三直流转换电路，所述取能电流互感器设置于输电线路用于感应取电，所述整流电路的输入端与取能电流互感器的输出端连接，整流电路的输出端与第一直流转换电路的输入端连接，所述第二直流转换电路的输入端与第一直流转换电路的输出端连接，所述第三直流转换电路的输入端与第二直流转换电路的输出端连接，所述第一直流转换电路输出12V直流电提供给驱动电机，第二直流转换电路输出5V直流电提供给中央处理电路，第三直流转换电路输出3.3V直流电提供给中央处理电路的各接口。
本实用新型的有益效果：通过本实用新型，能够对输电线路的覆冰状态以及覆冰参数进行全天候的检测，保证监测数据的连续性，而且，不会受到覆冰对监测装置的影响以及所处环境的影响，从而能够准确监测覆冰的状态，确保数据的客观性和准确性，为后续的运维措施的制定做出准确的指导。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：
图1为本实用新型的积冰器的结构示意图。
图2为本实用新型的电气原理示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本实用新型做出进一步详细说明：
本实用新型提供的一种基于多旋转导体的远程覆冰监测系统，包括积冰器、用于监测积冰器上积冰重量的重量传感器4、用于接收重量传感器输出的检测信号的处理模块、与所述处理模块连接的传输模块以及远程监控服务器，所述处理模块通过传输模块与远程监控服务器通信连接；
所述积冰器包括至少五个圆柱状的导体5、驱动电机1以及安装支架，所述驱动电机1的传动轴与导体传动5连接并驱动导体5绕自身轴线旋转，所述驱动电机1固定设置于安装支架上且驱动电机1的个数与导体5个数相等，所述重量传感器4的个数与导体5个数相等且重量传感器4设置于导体与电机之间的传动轴上，所述驱动电机1的控制输入端与处理模块的控制输出端连接，其中安装支架包括电机安装板2和固定板3，所述各驱动电机布置于电机安装板2上，电机安装板2以板面垂直于固定板3板面的方式与固定板3固定连接，整个积冰器通过固定板3安装于被测目标区域，比如输电线路的杆塔上；通过上述结构，能够对输电线路的覆冰状态进行全天候的检测，保证监测数据的连续性，而且，由于不是直接测量导线的覆冰，而是测量与输电导线材质相同的导体覆冰，并且导体在旋转过程中不会收到风力的影响，使得覆冰比较均匀，从而利于后续根据重量以及覆冰的密度等参数推算覆冰厚度，进而得出输电导线上的覆冰状况，不会受到覆冰对监测装置的影响以及所处环境的影响，从而能够准确监测覆冰的状态，确保数据的客观性和准确性，为后续的运维措施的制定做出准确的指导；其中，驱动电机采用现有的微型步进电机，重量传感器采用现有的电阻式重量传感器，均可以在市场上采购得到。
本实施例中，各导体5的直径不等，且各导体5按照直径大小一次排列后，相邻导体直径差相等，各导体5采用与输电线路材质相同的材料制成，各导体的长度相等且选择为10-15cm，一般来说，导体选择5个即可，也可以选用更多，比如8个，各导体的直径从小到大依次设定为5mm、10mm、15mm、20mm、 25mm、30mm、35mm、40mm；通过上述结构，能够结合不同的导体自身特征进行准确的覆冰分析，利于准确判定输电线路上的覆冰状态和覆冰参数，进而利于做出准确的运维措施，其中，远程监控服务器用于接收远程终端所监测的覆冰重量，并根据覆冰重量计算得到相应的环境参数，相对于传统的依靠各种传感器监测输电线路的环境参数，本实用新型的方案成本更低，组网更加容易，具体地：远程监控服务器通过如下方式计算得出各种环境参数：
不同直径导体上覆冰量随覆冰时间和覆冰参数变化而变化；建立导体积冰量的物理数学模型，表达式如下：
式中α1i、α2i、wi、Vi、di、分别表示第i个时间步长内的碰撞系数、冻结系数、液态水含量、风速、覆冰圆柱体直径，L为旋转导体的长度。
由于参量α1i、α2i与风速V0、环境温度t0、结冰时间t、覆冰密度ρ、空气中的液态水含量w、水滴中值体积直径a和导体直径d有非线性关系。同时，计算不同时间步长内的覆冰质量时应采用相应时间步长内的覆冰参数。结合等式(1)，表达式可以改写为隐函数形式：
m＝f(V0,t0,t,ρ,w,a,d) （2）
利用第二步测量的导体积冰量(导体5个以上)和公式(2)，得出非线性关系方程组：
最后采用数值分析方法解方程组(3)，得到：
本实施例中，所述处理模块包括中央处理电路以及拨码开关，所述中央处理电路的输入端与重量传感器的输出端连接，所述拨码开关与中央处理电路连接，所述中央处理电路通过传输模块与远程监控服务器通信连接，所述中央处理电路的控制输出端与驱动电机的控制输入端连接，所述处理电路为单片机，其中，单片机AT89C51CC03单片机，当然，也可以采用现有的其他单片机，通过这种结构，中央处理电路将接收的重量信号转换成符合传输协议的数据，并且拨码开关用于设定中央处理电路的地址信息，用于表明当前积冰器的位置信息，当然，中央处理电路还设置有接口，用于于各模块进行通信连接或者控制连接。
本实施例中，所述传输模块包括移动通信模块、ZigBee模块以及ZigBee 中继器；
所述移动通信模块和ZigBee模块均与中央处理电路连接，所述ZigBee模块与ZigBee中继器通信连接，所述ZigBee中继器还与远程监控服务器通信连接，其中，移动通信模块优先采用4G模块，也可以采用GPRS模块或者3G模块，当天气状态良好的条件下移动通信信号传输质量能够得到保证时，则中央处理电路通过4G模块传输相关信息，当恶劣天气下，移动通信信号不好时，则通过 ZigBee模块和ZigBee中继器进行数据传输，当然，根据距离状态，ZigBee中继器可以设置多个，通过这种结构，能够保证数据传输的稳定性。
本实施例中，还包括供电单元，所述供电单元包括取能电流互感器、整流电路、第一直流转换电路、第二直流转换电路以及第三直流转换电路，所述取能电流互感器设置于输电线路用于感应取电，所述整流电路的输入端与取能电流互感器的输出端连接，整流电路的输出端与第一直流转换电路的输入端连接，所述第二直流转换电路的输入端与第一直流转换电路的输出端连接，所述第三直流转换电路的输入端与第二直流转换电路的输出端连接，所述第一直流转换电路输出12V直流电提供给驱动电机，第二直流转换电路输出5V直流电提供给中央处理电路，第三直流转换电路输出3.3V直流电提供给中央处理电路的各接口，其中，取能电流互感器采用现有的设备即可，整流电路采用二极管组成的全桥式整流电路，第一直流转换电路采用LM2940CT-12及其外围电路，第二直流转换电路采用LM2596芯片及其外围电路，第三直流转换电路采用AS1117芯片及其外围电路，通过这种结构，能够为监测系统的监测端提供稳定的直流电，而无需经常性的电源维护，节约成本和人力，方便使用。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种基于多旋转导体的远程覆冰参数监测系统，其特征在于：包括积冰器、用于监测积冰器上积冰重量的重量传感器、用于接收重量传感器输出的检测信号的处理模块、与所述处理模块连接的传输模块以及远程监控服务器，所述处理模块通过传输模块与远程监控服务器通信连接；
所述积冰器包括至少五个圆柱状的导体、驱动电机以及安装支架，所述驱动电机的传动轴与导体传动连接并驱动导体绕自身轴线旋转，所述驱动电机固定设置于安装支架上且驱动电机的个数与导体个数相等，所述重量传感器的个数与导体个数相等且重量传感器设置于导体与电机之间的传动轴上，所述驱动电机的控制输入端与处理模块的控制输出端连接。
2.根据权利要求1所述基于多旋转导体的远程覆冰参数监测系统，其特征在于：各导体的直径不等，且各导体按照直径大小一次排列后，相邻导体直径差相等。
3.根据权利要求1所述基于多旋转导体的远程覆冰参数监测系统，其特征在于：所述处理模块包括中央处理电路以及拨码开关，所述中央处理电路的输入端与重量传感器的输出端连接，所述拨码开关与中央处理电路连接，所述中央处理电路通过传输模块与远程监控服务器通信连接，所述中央处理电路的控制输出端与驱动电机的控制输入端连接。
4.根据权利要求3所述基于多旋转导体的远程覆冰参数监测系统，其特征在于：所述处理电路为单片机。
5.根据权利要求3所述基于多旋转导体的远程覆冰参数监测系统，其特征在于：所述传输模块包括移动通信模块、ZigBee模块以及ZigBee中继器；
所述移动通信模块和ZigBee模块均与中央处理电路连接，所述ZigBee模块与ZigBee中继器通信连接，所述ZigBee中继器还与远程监控服务器通信连接。
6.根据权利要求5所述基于多旋转导体的远程覆冰参数监测系统，其特征在于：还包括供电单元，所述供电单元包括取能电流互感器、整流电路、第一直流转换电路、第二直流转换电路以及第三直流转换电路，所述取能电流互感器设置于输电线路用于感应取电，所述整流电路的输入端与取能电流互感器的输出端连接，整流电路的输出端与第一直流转换电路的输入端连接，所述第二直流转换电路的输入端与第一直流转换电路的输出端连接，所述第三直流转换电路的输入端与第二直流转换电路的输出端连接，所述第一直流转换电路输出12V直流电提供给驱动电机，第二直流转换电路输出5V直流电提供给中央处理电路，第三直流转换电路输出3.3V直流电提供给中央处理电路的各接口。
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| CN109598033A (zh) * | 2018-11-15 | 2019-04-09 | 国网河南省电力公司电力科学研究院 | 基于旋转多导体的覆冰参数计算方法 |
| CN115420354A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-12-02 | 重庆大学 | 一种输电线路覆冰实时测量方法及测量装置 |
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