CN208062889U - 高压线夹智能无线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压线夹智能无线监测系统。目前尚无专门针对高压线夹的监测系统，无法对线夹开裂事故进行提前预警。本实用新型包括线上监测模块与监控中心，所述的线上监测模块包括供电模块、模拟信号采集模块、数字信号采集模块、第一主控制器、4G无线模块、GPS模块、温度传感器、应变传感器和高清摄像机；所述的应变传感器、温度传感器分别采集高压线夹的应变、温度信号，输出的模拟信号由模拟信号采集模块采集，并进行初步滤波处理，反馈给第一主控制器；所述的高清摄像机采集高压线夹的外观图片，输出的数字信号由数字信号采集模块采集，反馈给第一主控制器。本实用新型通过判断外部裂纹，综合应变、温度进行故障预警，增强监测系统的智能性。

Description

高压线夹智能无线监测系统

技术领域

本实用新型涉及电网系统线夹的监测领域，具体地说是一种高压线夹智能无线监测系统。

背景技术

线夹是电网系统的关键元件之一，包括设备线夹、耐张线夹。设备线夹用于母线引下线与电气设备的出线端子连接以及电气设备之间的连接；耐张线夹用于固定导线，以承受导线张力，并将导线挂至耐张串组或杆塔上的金具。一般，线夹由紧固绞线部分和电气设备连接部分组成，前者为管形结构或者压盖和线槽结构，后者为端子板。线夹通常采用铝管焊接端子板或整体铸造的方法加工。然而，无论是采用焊接还是铸造的加工方法，管形结构和端子板之间的接合处始终是一个薄弱部位，这个部位在加工过程中容易形成缺陷，在使用过程中容易发生失效，进而导致线夹的失效，最终将导致电气输送的中断，严重时可能造成大面积的停电，由此造成的国民经济损失不可估量。目前国内浙江、新疆、青海、四川和江西等省出现过线夹开裂现象，这一现象有一定的普遍性。

尽管目前国内多处出现了线夹开裂现象，但是尚无专门针对高压线夹的监测系统，也无法对线夹开裂事故进行提前预警，否则可以及时抢修减少损失。为此，搭建一个高压线夹的监测系统对故障进行预警显得十分必要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种高压线夹智能无线监测系统，其通过判断外部裂纹，综合应变、温度进行故障预警，以减少人的参与，增强监测系统的智能性，实现全天候、少人值守的目的。

为此，本实用新型采用如下的技术方案：高压线夹智能无线监测系统，包括线上监测模块与监控中心，

所述的线上监测模块包括供电模块、模拟信号采集模块、数字信号采集模块、第一主控制器、4G无线模块、GPS模块、温度传感器、应变传感器和高清摄像机；

所述的应变传感器、温度传感器分别采集高压线夹的应变、温度信号，输出的模拟信号由模拟信号采集模块采集，并进行初步滤波处理，反馈给第一主控制器；

所述的高清摄像机采集高压线夹的外观图片，输出的数字信号由数字信号采集模块采集，反馈给第一主控制器；

所述的4G无线模块使用TD-LTE或FDD-LTE制式，通过拨号上因特网，构建第一主控制器与监控中心的通信链路；

所述的GPS模块获取模拟信号采集模块和数字信号采集模块的位置信息和采集信号的时刻准确信息，反馈给第一主控制器；

所述的第一主控制器作为FTP客户端，所述的监控中心作为FTP服务器。

作为上述技术方案的补充，所述的第一主控制器采用ARM芯片，内部封装TCP/IP协议栈，传输层使用TCP，应用层使用FTP。

作为上述技术方案的补充，将ARM芯片的一端口作为指令传输端口，接收监控中心指令；采用ARM芯片的两端口作为FTP用端口。

作为上述技术方案的补充，GPS模块每次传送的信号加上时间戳，方便确定异常数据产生的时间，从而为故障分析提供时间上的参考。

作为上述技术方案的补充，所述的模拟信号采集模块和数字信号采集模块均为线上采集模块，当线上采集模块拓展布置多组，由同一监控中心接收时，给每次的采集数据加上位置戳，方便对异常数据产生点确定位置。

作为上述技术方案的补充，线上采集模块按照设定的参数定时将盖有时间戳的应变、温度文件以及图片文件自动上传至监控中心的指定路径下，线上采集模块根据监控中心指令从监控中心的指定路径下载配置文件，读出配置文件的信息，及时写入FLASH芯片中。

作为上述技术方案的补充，所述的第一主控制器有可观容量的FLASH芯片，对于一些需要后台设置调整的参数保存在FLASH芯片中，确保重启不丢失，第一主控制器每次重启，先从FLASH芯片中读出相关参数，进行初始化。

作为上述技术方案的补充，所述的监控中心通过第一主控制器的指令端口给线上采集模块发送指令，线上采集模块根据指令做出相应反应；需要改变无线监测系统运行参数时，只需在监控中心上修改配置文件，给第一主控制器发送相应指令即可。

作为上述技术方案的补充，所述的供电模块包括取电线圈、降压稳压模块、第二主控制器、第一电压采集模块、第二电压采集模块、充电选择模块、锂电池、供电选择模块和电压输出模块；

所述的取电线圈与降压稳压模块配合，利用感应取电原理，产生感应电压，经降压稳压模块输出稳定的直流电压；

所述的锂电池与第二主控制器相连，给第二主控制器供电；所述的降压稳压模块与充电选择模块相连，充电选择模块与第二主控制器和锂电池相连，锂电池与第二电压采集模块相连，第二电压采集模块与第二主控制器相连；第二电压采集模块实时检测锂电池的电压值，反馈给第二主控制器，第二主控制器根据第二电压采集模块采集的锂电池电压，得到锂电池的状态，进而控制充电选择模块，确定是否给锂电池充电；

所述的供电选择模块分别与降压稳压模块、锂电池和电压输出模块相连，第一电压采集模块分别与第二主控制器和降压稳压模块相连；第一电压采集模块将采集到的降压稳压模块电压反馈给第二主控制器，第二主控制器判断取电是否正常；当线路无故障，取电正常时，第二主控制器控制供电选择模块，使降压稳压模块经供电选择模块与电压输出模块连通，给电压输出模块供电；当线路故障，取电不正常时，第二主控制器控制供电选择模块，使锂电池经供电选择模块与电压输出模块连通，由锂电池向电压输出模块供电；

第二主控制器根据第二电压采集模块反馈的锂电池电压信息，判断锂电池是否到放电极限，一旦检测到锂电池电压接近其最低放电电压，通过供电选择模块断开锂电池与电压输出模块的连接，防止锂电池过放；

所述的电压输出模块分别给第一主控制器、4G无线模块、GPS模块、模拟信号采集模块、数字信号采集模块、应变传感器、温度传感器和高清摄像机供电。

本实用新型线上监测模块的主控芯片采用高性能的ARM芯片，内部封装TCP/IP协议栈，传输层使用TCP，应用层使用FTP；采用温度传感器、应变传感器、高清摄像机对线夹的温度、应变、外部形状进行监测；通过4G无线模块与后台监控中心进行通信；监控中心对传回的线夹外观图片进行图像处理，判断有无裂纹，并综合线夹应变、温度数据，给出检修建议。由GPS模块输出的时间、位置戳确定故障发生时间、地点。

本实用新型具有的有益效果如下：首次在高压线路监测系统使用FTP传输文件的方式，实现线上监测模块与后台监控中心的高效稳定可靠的数据传输，同时使监测系统高内聚、低耦合，对不同的监测对象，本实用新型的监测系统做少量修改即可投入使用；本实用新型还引入图像处理技术，自动判断外部裂纹，综合应变、温度，进行故障预警，减少人的参与，增强监测系统的智能性，实现全天候、少人值守的目标。

附图说明

图1为本实用新型高压线夹智能无线监测系统的组成示意图；

图2为本实用新型供电模块的组成示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，高压线夹智能无线监测系统由线上监测模块与监控中心组成。线上监测模块包括供电模块、模拟信号采集模块、数字信号采集模块、第一主控制器、4G无线模块、GPS模块、温度传感器、应变传感器和高清摄像机。作为后台的监控中心为一台联网的高性能工控机。模拟信号采集模块和数字信号采集模块均为线上采集模块。

应变传感器、温度传感器分别采集应变、温度信号，输出的模拟信号由模拟信号采集模块采集，并进行初步滤波处理，反馈给第一主控制器。

高清摄像机采集线夹外观图片数据，经数字信号采集模块采集，反馈给第一主控制器。

GPS模块可以获取线上采集模块的位置信息和采集信号的时刻准确信息。每次传送的信号加上时间戳，方便确定异常数据产生的时间，从而为故障分析提供时间上的参考。当线上采集模块拓展布置多组，由同一监控中心接收时，还需要给每次的采集数据加上位置戳，方便对异常数据产生点确定位置。

4G无线模块采用第四代移动通信技术，使用TD-LTE或FDD-LTE制式，通过拨号挂上因特网，构建第一主控制器与监控中心的通信链路。

第一主控制器采用高性能ARM芯片，封装TCP协议栈，传输层采用TCP协议，应用层采用FTP协议。将第一主控制器作为FTP客户端，监控中心为FTP服务器。将ARM一端口(1号端口)作为指令传输端口，接收监控中心指令；另外，再配置两路端口(2号、3号端口)作为FTP用端口。

第一主控制器有可观容量的FLASH芯片，对于一些需要后台来设置调整的参数可以保存在FLASH芯片中，确保重启不丢失。第一主控制器每次重启，先从FLASH芯片中读出相关参数，进行初始化。

线上采集模块按照设定的参数定时将盖有时间戳的应变、温度文件以及图片文件自动上传至FTP服务器(监控中心)的指定路径下。线上采集模块根据监控中心指令从FTP服务器(监控中心)的指定路径下载配置文件，读出配置文件的信息，及时写入FLASH芯片中。

监控中心可以通过第一主控制器的指令端口(1号端口)给线上采集模块发送指令，详细指令代码见表1，线上采集模块根据指令做出相应反应，如从监控中心指定路径下下载配置文件、重启等。需要改变监测系统运行参数时，只需在监控中心上修改好配置文件，给第一主控制器发送相应指令即可。

表1 指令代码

代码	指令内容
		00	重启
01	从监控中心指定路径读取配置文件

监控中心实时对收到的应变文件、温度文件进行汇总统计，计算出诸如信号的最大值、最小值、平均值，输出报表、绘制出相应折线图。监控中心对图片进行特征提取等处理、分析表面有无裂纹。综合此三类数据，进行风险评估，给出检修意见，并由时间戳给出故障发生时间、由位置戳给出检修点位置。

如图2所示，供电模块包括取电线圈、降压稳压模块、第二主控制器、第一电压采集模块、第二电压采集模块、充电选择模块、锂电池、供电选择模块、电压输出模块。

取电线圈与降压稳压模块配合，利用感应取电原理，产生感应电压，经降压稳压模块输出稳定的相应直流电压。

锂电池与第二主控制器相连，给第二主控制器供电。降压稳压模块与充电选择模块相连，充电选择模块与第二主控制器、锂电池相连，锂电池与第二电压采集模块相连，第二电压采集模块与第二主控制器相连。第二电压采集模块实时检测锂电池的电压值，反馈给第二主控制器。第二主控制器根据第二电压采集模块采集的锂电池电压，得到锂电池的状态，进而控制充电选择模块，确定是否给锂电池充电。

供电选择模块与降压稳压模块、锂电池、电压输出模块相连，第一电压采集模块与第二主控制器、降压稳压模块相连。电压采集模块将采集到的降压稳压模块电压反馈给第二主控制器，第二主控制器可以判断取电是否正常。当线路无故障，取电正常时，第二主控制器控制供电选择模块，使降压稳压模块经供电选择模块与电压输出模块连通，给电压输出模块供电；当线路故障，取电不正常时，第二主控制器控制供电选择模块，使锂电池经供电选择模块与电压输出模块连通，由锂电池向电压输出模块供电。

第二主控制器根据第二电压采集模块反馈的锂电池电压信息，判断锂电池是否到了放电极限，一旦检测到锂电池电压接近其最低放电电压，就通过供电选择模块断开锂电池与电压输出模块的连接，防止锂电池过放。

电压输出模块内部有电压转换电路，可以根据需要供不同等级的直流电压，分别给第一主控制器、4G无线模块、GPS模块、模拟信号采集模块、数字信号采集模块、应变传感器、温度传感器、高清摄像机供电。

以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.高压线夹智能无线监测系统，包括线上监测模块与监控中心，其特征在于，

所述的线上监测模块包括供电模块、模拟信号采集模块、数字信号采集模块、第一主控制器、4G无线模块、GPS模块、温度传感器、应变传感器和高清摄像机；

所述的应变传感器、温度传感器分别采集高压线夹的应变、温度信号，输出的模拟信号由模拟信号采集模块采集，并进行初步滤波处理，反馈给第一主控制器；

所述的高清摄像机采集高压线夹的外观图片，输出的数字信号由数字信号采集模块采集，反馈给第一主控制器；

所述的4G无线模块使用TD-LTE或FDD-LTE制式，通过拨号上因特网，构建第一主控制器与监控中心的通信链路；

所述的GPS模块获取模拟信号采集模块和数字信号采集模块的位置信息和采集信号的时刻准确信息，反馈给第一主控制器；

所述的第一主控制器作为FTP客户端，所述的监控中心作为FTP服务器。

2.根据权利要求1所述的高压线夹智能无线监测系统，其特征在于，所述的第一主控制器采用ARM芯片，内部封装TCP/IP协议栈，传输层使用TCP，应用层使用FTP。

3.根据权利要求2所述的高压线夹智能无线监测系统，其特征在于，将ARM芯片的一端口作为指令传输端口，接收监控中心指令；采用ARM芯片的两端口作为FTP用端口。

4.根据权利要求1所述的高压线夹智能无线监测系统，其特征在于，GPS模块每次传送的信号加上时间戳。

5.根据权利要求4所述的高压线夹智能无线监测系统，其特征在于，所述的模拟信号采集模块和数字信号采集模块均为线上采集模块，当线上采集模块拓展布置多组，由同一监控中心接收时，给每次的采集数据加上位置戳。

6.根据权利要求5所述的高压线夹智能无线监测系统，其特征在于，线上采集模块按照设定的参数定时将盖有时间戳的应变、温度文件以及图片文件自动上传至监控中心的指定路径下，线上采集模块根据监控中心指令从监控中心的指定路径下载配置文件，读出配置文件的信息，及时写入FLASH芯片中。

7.根据权利要求1所述的高压线夹智能无线监测系统，其特征在于，所述的第一主控制器有FLASH芯片，对于一些需要后台设置调整的参数保存在FLASH芯片中，确保重启不丢失，第一主控制器每次重启，先从FLASH芯片中读出相关参数，进行初始化。

8.根据权利要求5所述的高压线夹智能无线监测系统，其特征在于，所述的监控中心通过第一主控制器的指令端口给线上采集模块发送指令，线上采集模块根据指令做出相应反应；需要改变无线监测系统运行参数时，只需在监控中心上修改配置文件，给第一主控制器发送相应指令即可。

9.根据权利要求1所述的高压线夹智能无线监测系统，其特征在于，所述的供电模块包括取电线圈、降压稳压模块、第二主控制器、第一电压采集模块、第二电压采集模块、充电选择模块、锂电池、供电选择模块和电压输出模块；

所述的取电线圈与降压稳压模块配合，利用感应取电原理，产生感应电压，经降压稳压模块输出稳定的直流电压；

所述的锂电池与第二主控制器相连，给第二主控制器供电；所述的降压稳压模块与充电选择模块相连，充电选择模块与第二主控制器和锂电池相连，锂电池与第二电压采集模块相连，第二电压采集模块与第二主控制器相连；第二电压采集模块实时检测锂电池的电压值，反馈给第二主控制器，第二主控制器根据第二电压采集模块采集的锂电池电压，得到锂电池的状态，进而控制充电选择模块，确定是否给锂电池充电；

所述的供电选择模块分别与降压稳压模块、锂电池和电压输出模块相连，第一电压采集模块分别与第二主控制器和降压稳压模块相连；第一电压采集模块将采集到的降压稳压模块电压反馈给第二主控制器，第二主控制器判断取电是否正常；当线路无故障，取电正常时，第二主控制器控制供电选择模块，使降压稳压模块经供电选择模块与电压输出模块连通，给电压输出模块供电；当线路故障，取电不正常时，第二主控制器控制供电选择模块，使锂电池经供电选择模块与电压输出模块连通，由锂电池向电压输出模块供电；

第二主控制器根据第二电压采集模块反馈的锂电池电压信息，判断锂电池是否到放电极限，一旦检测到锂电池电压接近其最低放电电压，通过供电选择模块断开锂电池与电压输出模块的连接，防止锂电池过放；

所述的电压输出模块分别给第一主控制器、4G无线模块、GPS模块、模拟信号采集模块、数字信号采集模块、应变传感器、温度传感器和高清摄像机供电。