CN208606805U - 嵌入绝缘材料自制热导线在线监测设备 - Google Patents

Abstract

嵌入绝缘材料自制热导线在线监测设备。有现场导线传感装置、模拟导线监测系统、模拟程控负载三部分且与上位机通信。现场导线传感装置有拉力传感装置和温度传感装置。模拟导线监控系统含模拟导线安装装置，模拟导线固定装置，模拟自制热导线，程控负载，温度、拉力传感器及调理电路，模拟导线微处理器，导线无线通信模块。每个模拟导线固定装置都对应安装一根模拟自制热导线、一个程控负载。模拟程控负载由控制端子、程控开关以及与电阻构成。模拟自制热导线的内导体与对应的程控负载连接，外导体连接到电源。微处理器控制程控开关的闭合与断开，流过或断开电流。本新型模拟输电线路运行参数准，对输电线路防冰融冰控制进行预判与分析。

Description

嵌入绝缘材料自制热导线在线监测设备

(一)技术领域

本发明属电力输电线的在线融冰范畴，特别涉及一种嵌入绝缘材料自制热导线在线监测设备。

(二)背景技术

随着社会经济的发展，在不断增加电力负荷应用的环境下，对裸露在外的电力线路要求愈来愈高。而在寒冷的冬季，不少地区的线路都会结冰，造成线路的损坏。当结冰超过线路的承受力时，就会发生断线等严重事故。所以，冬季的电力输电线除冰是必不可少，十分重要的。在现有技术中，融冰技术在不断提高。申请号CN201610867150.1《一种自融冰导体以及融冰设备》和申请号CN201810370549.8《嵌入绝缘导热材料的自制热导体和制热设备及其实现方法》公开了两种不同类型的输电线路在线融冰方法，且融冰效果较以前有大幅度提高。但是，在输电线路防冰融冰过程中，需要对输电线路的运行情况进行监控，为输电线路控制与预测提供参考。本发明给出了一种嵌入绝缘材料自融冰导线在线监测设备与监测方法。通过模拟导线，模拟控制过程，对如发明专利CN201610867150.1《一种自融冰导体以及融冰设备》所涉及的一类自制热导线的防冰融冰控制进行预判与分析。

(三)实用新型内容

CN201610867150.1《一种自融冰导体以及融冰设备》和CN201810370549.8《一种基于自制热导线的输电线路在线防冰融冰热量计算方法》公开的输电导线，可以实施防冰与融冰工作。发明专利“CN201810370549.8”，通过绝缘材料让内导体和外导体隔离，并同通过内导体和外导体单独带负载的方法，调整发热量。在输电线路中，内导体比外导体电阻率更大，截面积更小。因此，可以通过增加内导体负载使得导线加热而实施防冰融冰。

本实用新型的目的是提供一种输电线路在线防冰融冰中内导体负载大小测量技术：通过模拟导线，模拟实际运行内导体电流，判断不同负载下的防冰融冰效果，以对发明专利CN201810370549.8《一种基于自制热导线的输电线路在线防冰融冰热量计算方法》的防冰融冰控制进行预判与分析。

本实用新型的目的是这样达到的：

在线监测设备包括现场导线传感装置和模拟导线监测系统、模拟程控负载三部分，与上位机构成通信系统。

现场导线传感装置由拉力传感装置和温度传感装置组成。拉力传感装置安装在杆塔横担与绝缘子之间，测量绝缘子承受的拉力，温度传感器装置安装在输电导线上，测量导线温度。

拉力传感装置由拉力传感器及调理电路、拉力传感微处理器、拉力无线传输模构成。拉力传感器及调理电路测量的拉力数据称为在线拉力数据。温度温度传感器装置由温度传感器及调理电路、温度传感微处理器、温度无线传输模块构成。温度传感器装置由温度传感器及调理电路测量数据称为在线温度数据。

模拟导线监控系统由n个模拟导线固定装置、n根模拟自制热导线、n个程控负载，n个温度传感器及调理电路，n个拉力传感器及调理电路以及模拟导线安装装置、模拟导线微处理器、模拟导线无线通信模块、电源组成。

模拟导线安装装置上安装若干模拟导线固定装置，每个模拟导线固定装置都对应安装一根模拟自制热导线、一个程控负载。

n根模拟自制热导线安装在模拟导线固定装置的矩形连接杆上；模拟自制热导线的内导体与对应的程控负载连接，外导体直接连接到电源。

温度传感器及调理电路对应安装在n根模拟自制热导线上，并与模拟导线微处理器连接。

拉力传感器及调理电路连接在模拟导线安装装置上。

程控负载的负载大小受模拟导线微处理器控制，程控负载与内导体，电源构成串联回路；程控负载数量为n个。

所述模拟程控负载由若干控制端子、若干程控开关以及与若干电阻构成；单个电阻与单个程控开关串联，组成一个电阻与程控开关串联组合，再将多个电阻与程控开关串联组合并联，电阻一端并联形成一个连接端子，程控开关一端并联，形成另一个连接端子，两个连接端子与电源和内导体组成串联电路，微处理器通过控制端子控制程控开关的闭合与断开；当某个程控开关闭合时，其串联的电阻便接入电电源，流过电流。

模拟导线安装装置安装在与监测输电线路相同的气候环境和海拔高度，用于安装模拟导线固定装置，所述自制热导线为嵌入绝缘材料自融冰导线，其长度根据需要确定。

模拟导线固定装置为带有矩形槽的固定外壳和矩形连接杆，矩形槽内安装拉力传感器及调理电路，固定外壳顶部固定在模拟导线安装装置上；拉力传感器及调理电路一端连接固定外壳，另一端与矩形连接杆连接。

现场导线传感装置中，拉力传感器及其调理电路采集绝缘子在线拉力数据，传给拉力传感微处理器，拉力传感微处理器再将绝缘子在线拉力数据通过拉力无线传输模块发送给出去，温度传感器及其调理电路采集输电导线在线温度数据，传给温度传感微处理器，温度传感微处理器再将输电导线在线温度数据通过温度无线传输模块发送出去。

模拟程控负载由八个控制端子、八个程控开关与八个电阻构成。按照8个电阻分别用R0,R1,……，R7表示，程控开关分别用S0，S1,……，S7表示；R0与S0串联，R1与S1串联，……，R7与S7串联的方式连接；8个电阻与程控开关串联组合并联，电阻一端并联形成一个连接端子，程控开关一端并联形成另一个连接端子，两个连接端子与电源和模拟自制热导线内导体组成串联电路。

模拟导线监控系统用于记录导线覆冰过程，模拟导线运行状况，模拟导线控制过程，模拟导线控制参数功能，每个功能使用n个模拟导线固定装置.

模拟导线微处理器分别与模拟导线装置的拉力传感器及其调理电路、温度传感器及调理电路、程控负载、模拟导线无线通信模块连接，直接接收模拟导线监测系统内的拉力传感器及其调理电路的模拟拉力数据、温度传感器及调理电路的模拟温度数据，通过模拟导线无线通信模块连接接收现场导线传感装置的拉力传感器及其调理电路的现场拉力数据、温度传感器及调理电路的现场温度数据，控制程控负载的开与关。

根据自制热导线型号、自融冰导线设计参数以及输电线路设计参数，通过实验确定导线模拟实际工况时，内导体流经的最大电流Imax和最小电流Imin；设电源电压为Vcc；则各电阻阻值如式(3-1)

用Bm表示S0的开闭状态；用b0表示S1开闭状态，b1表示S2开闭状态，……,b6表示S1开闭状态；1表示闭合，0表示断开；

b0,b1,……,b6组成二进制数Ds，Ds＝(b6b5b4b3b2b1b0)B，

Ds称为开关控制数；

模拟自制热导线内导体流经的电流Im为：

本实用新型的积极效果是：

1、嵌入绝缘材料自融冰导线在线监测设备，利用现场导线传感装置和模拟导线监测系统、模拟程控负载三部分，与上位机构成通信系统，对输电线路运行参数进行准确测量，对输电线路防冰融冰控制进行预判与分析。

2、设备简单可靠，安装方便，具有推广价值。

(四)附图说明

图1是本发明现场导线传感装置架空输电线路安装示意图。

图2是现场导线传感装置的拉力传感装置结构方框图。

图3是现场导线传感装置的温度传感装置结构方框图。

图4是本发明的模拟导线监测系统结构示意图。

图5是模拟导线固定装置安装拉力传感装置后的结构示意图。

图6是本发明的模拟程控负载结构示意图。

图7是上位机结构示意图。

图8是本实用新型使用的微处理器电路图。单片机U11:MSP430F5438为美国TEXASINSTRUMENTS。

图9是本实用新型使用的程控开关电路图。

图中，1拉力传感装置，2温度传感器装置，3绝缘子，4输电导线，5杆塔横担，6-0拉力传感器及调理电路，6-1～6-n拉力传感器及调理电路，7拉力传感微处理器，8拉力无线传输模块，9-0温度传感器及调理电路，9-1～9-n温度传感器及调理电路，10温度传感微处理器，11温度无线传输模块，12模拟导线安装装置，13-1～13-n模拟自制热导线，14-1～14-n模拟程控负载，15模拟导线微处理器，16模拟导线无线通信模块，17电源，18-1～18-n模拟导线固定装置，19固定外壳，21连接杆，22计算机，23上位机无线传输模块，24-0～24-7,电阻，25-0～25-7程控开关，26-A、26-B连接端子；27-0～27-7控制端子。

其中，6-0拉力传感器及调理电路用于现场导线传感装置的拉力传感器及调理电路中，6-1～6-n用于模拟导线监测系统拉力传感器及调理电路，9-0温度传感器及调理电路用于现场导线传感装置的温度传感器及调理电路中，9-1～9-n温度传感器及调理电路用于模拟导线监测系统拉力传感器及调理电路中。

(五)具体实施方式

本发明的嵌入绝缘材料自融冰导线在线监测设备包括现场导线传感装置和模拟导线监测系统、模拟程控负载三部分，与上位机构成通信系统。

参见附图1、2、3。

现场导线传感装置由拉力传感装置1和温度传感装置2组成。安装在架空输电线上。架空输电线上的拉力传感装置和温度传感装置安装方式如图1所示。

拉力传感装置1安装在杆塔横担5与绝缘子3之间，测量绝缘子3承受的拉力，温度传感器装置2安装在输电导线上，测量导线温度。

拉力传感器及其调理电路6-0采集绝缘子3在线拉力数据，传给拉力传感微处理器7，拉力传感微处理器再将绝缘子3在线拉力数据通过拉力无线传输模块8发送出去。拉力传感器及调理电路测量的拉力数据称为在线拉力数据。

温度传感器及其调理电路9-0采集输电导线在线温度数据，传给温度传感微处理器10，温度传感微处理器再将输电导线在线温度数据通过温度无线传输模块11发送出去。温度传感器装置由温度传感器及调理电路测量数据称为在线温度数据。

参见附图4、5。

模拟导线监控系统由n个模拟导线固定装置18-1～18-n、n根模拟自制热导线13-1～13-n、n个程控负载14-1～14-n，n个温度传感器及调理电路9-1～9-n，n个拉力传感器及调理电路6-1～6-n以及模拟导线安装装置12、模拟导线微处理器15、模拟导线无线通信模块16、电源17组成。

本实施例使用的模拟自制热导线13-1～13-n是发明专利CN201610867150.1《一种自融冰导体以及融冰设备》公开的自融冰导体。模拟自制热导线长度根据实验数据确定。n根模拟自制热导线13-1～13-n安装在模拟导线固定装置12的连接杆上。模拟自制热导线的内导体与对应的程控负载连接，外导体直接连接到电源17。模拟自制热导线安装在模拟导线固定装置12的连接杆21上，数量为n个。每根模拟自制热导线的内导体与对应的程控负载内的连接端子中的一个连接，外导体直接连接到电源17。

模拟导线固定装置为带有矩形槽的固定外壳19和矩形连接杆21，矩形槽内安装拉力传感器及调理电路，固定外壳顶部固定在模拟导线安装装置12上，不会因为风力的影响而发生摇摆和扭变。拉力传感器及调理电路一端连接固定外壳19，另一端与矩形连接杆21连接。用于测量连接杆与连接在连接杆上的模拟自制热导线的重力。

温度传感器及调理电路9-1～9-n安装在模拟自制热导线13-1～13-n上，实时监测模拟自制热导线温度。温度传感器及调理电路9-1～9-n与模拟导线微处理器15连接，并将温度数据传给模拟导线微处理器；温度传感器及调理电路数量为n个。

模拟导线安装装置12安装在与监测输电线路相同的气候环境和海拔高度。模拟导线安装装置12上安装若干模拟导线固定装置18-1～18-n，每个模拟导线固定装置都对应安装一根模拟自制热导线、一个程控负载。

参见附图6。

程控负载14-1～14-n的负载大小受模拟导线微处理器控制，程控负载与内导体，电源构成串联回路；程控负载数量为n个。模拟程控负载由若干控制端子、若干程控开关以及与若干电阻构成。单个电阻与单个程控开关串联，组成一个电阻与程控开关串联组合，再将多个电阻与程控开关串联组合并联，电阻一端并联形成一个连接端子，程控开关一端并联，形成另一个连接端子，两个连接端子与电源和内导体组成串联电路；微处理器通过控制端子控制程控开关的闭合与断开；当某个程控开关闭合时，其串联的电阻便接入电电源，流过电流。

本实施例中，模拟程控负载由8个控制端子27-0～27-7、8个程控开关25-0～25-7与8个电阻24-0～24-7构成。按照8个电阻分别用R0,R1,……，R7表示，程控开关分别用S0，S1,……，S7表示；R0与S0串联，R1与S1串联，……，R7与S7串联的方式连接；8个电阻与程控开关串联组合并联，电阻一端并联形成一个连接端子为26-B，程控开关一端并联，形成另一个连接端子为26-A，两个连接端子与电源17和模拟自制热导线内导体组成串联电路。

根据自制热导线型号、自融冰导线设计参数以及输电线路设计参数，通过实验确定导线模拟实际工况时，内导体流经的最大电流Imax和最小电流Imin；设电源电压为Vcc；则各电阻阻值如式(3-1)

用Bm表示S0的开闭状态；用b0表示S1开闭状态，b1表示S2开闭状态，……,b6表示S1开闭状态；1表示闭合，0表示断开；

b0,b1,……,b6组成二进制数Ds，Ds＝(b6b5b4b3b2b1b0)B，

Ds称为开关控制数；

模拟自制热导线内导体流经的电流Im为：

参见附图7、8、9。

上位机系统由计算机和上位机无线传输模块构成。上位机无线传输模块接收模拟导线微处理器通过模拟导线无线通信模块发送的数据，并将数据存储到计算机。

拉力传感微处理器、温度传感微处理器、模拟导线微处理器均为单片机。所使用的微处理器均为单片机U11:MSP430F5438，美国TEXAS INSTRUMENTS。程控开关中其开关KT为：日本欧姆龙公司继电器，LY1-J。UT为：日本东芝公司生产，TLP521。QT为：美国FairchildSemiconductor Corporation公司：IN4148。

拉力无线传输模块、温度无线传输模块、模拟导线无线通信模块、上位机无线传输模块均使用沈阳中科奥维科技股份有限公司生产的无线传输模块，型号：无线通信模块使用沈阳中科奥维科技股份有限公司生产的型号：ZAWM100-B002模块。所有温度传感和调理模块采用深圳市特力康科技有限公司生产的高压输电导线温度监测单元，型号为：TLKS-TP-M。拉力传感器和调理模块使用深圳市特力康科技有限公司生产的TLKS-PMG-FB100中的拉力传感模块。

Claims (6)

1.一种嵌入绝缘材料自制热导线在线监测设备，其特征在于：在线监测设备包括现场导线传感装置和模拟导线监测系统、模拟程控负载三部分，与上位机构成通信系统；

现场导线传感装置由拉力传感装置(1)和温度传感装置(2)组成，拉力传感装置(1)安装在杆塔横担(5)与绝缘子(3)之间，测量绝缘子承受的拉力，温度传感器装置(2)安装在输电导线(4)上，测量导线温度；拉力传感装置由拉力传感器及调理电路(6-0)、拉力传感微处理器(7)、拉力无线传输模块(8)构成；拉力传感器及调理电路(6-0)测量的拉力数据称为在线拉力数据；

温度温度传感器装置由温度传感器及调理电路(9-0)、温度传感微处理器(10)、温度无线传输模块(11)构成,温度传感器装置由温度传感器及调理电路(9-0)测量数据称为在线温度数据；

模拟导线监控系统由n个模拟导线固定装置(18-1～18-n)、n根模拟自制热导线(13-1～13-n)、n个程控负载(14-1～14-n)，n个温度传感器及调理电路(9-1～9-n)，n个拉力传感器及调理电路(6-1～6-n)以及模拟导线安装装置(12)、模拟导线微处理器(15)、模拟导线无线通信模块(16)、电源(17)组成；

模拟导线安装装置(12)上安装若干模拟导线固定装置(18-1～18-n)，每个模拟导线固定装置都对应安装一根模拟自制热导线、一个程控负载；

n根模拟自制热导线(13-1～13-n)安装在模拟导线固定装置(12)的矩形连接杆(21)上；模拟自制热导线的内导体与对应的程控负载连接，外导体直接连接到电源(17)；

温度传感器及调理电路(9-1～9-n)对应安装在n根模拟自制热导线(13-1～13-n)上，并与模拟导线微处理器(15)连接；

拉力传感器及调理电路(6-1～6-n)连接在模拟导线安装装置(18-1～18-n)上；程控负载(14-1～14-n)的负载大小受模拟导线微处理器控制，程控负载与内导体，电源构成串联回路；程控负载数量为n个；

所述模拟程控负载由若干控制端子、若干程控开关以及与若干电阻构成；单个电阻与单个程控开关串联，组成一个电阻与程控开关串联组合，再将多个电阻与程控开关串联组合并联，电阻一端并联形成一个连接端子，程控开关一端并联，形成另一个连接端子，两个连接端子与电源和内导体组成串联电路；微处理器通过控制端子控制程控开关的闭合与断开；当某个程控开关闭合时，其串联的电阻便接入电电源，流过电流。

2.如权利要求1所述的嵌入绝缘材料自制热导线在线监测设备，其特征在于：所述模拟导线安装装置安装在与监测输电线路相同的气候环境和海拔高度，用于安装模拟导线固定装置，所述自制热导线(13-1～13-n)为嵌入绝缘材料自融冰导线，其长度根据需要确定。

3.如权利要求1所述的嵌入绝缘材料自制热导线在线监测设备，其特征在于：所述模拟导线固定装置为带有矩形槽的固定外壳(19)和矩形连接杆(21)，矩形槽内安装拉力传感器及调理电路，固定外壳顶部固定在模拟导线安装装置(12)上；拉力传感器及调理电路一端连接固定外壳(19)，另一端与矩形连接杆(21)连接。

4.如权利要求1所述的嵌入绝缘材料自制热导线在线监测设备，其特征在于：所述现场导线传感装置中，拉力传感器及其调理电路采集绝缘子在线拉力数据，传给拉力传感微处理器，拉力传感微处理器再将绝缘子在线拉力数据通过拉力无线传输模块发送给出去，温度传感器及其调理电路采集输电导线在线温度数据，传给温度传感微处理器，温度传感微处理器再将输电导线在线温度数据通过温度无线传输模块发送出去。

5.如权利要求1所述的嵌入绝缘材料自制热导线在线监测设备，其特征在于：所述模拟程控负载由控制端子(27-0～27-7)、程控开关(25-0～25-7)与电阻(24-0～24-7)构成，以8个电阻分别用R0,R1,……，R7表示，程控开关分别用S0，S1,……，S7表示；R0与S0串联，R1与S1串联，……，R7与S7串联的方式连接；8个电阻与程控开关串联组合并联，电阻一端并联形成一个连接端子为(26-B)，程控开关一端并联，形成另一个连接端子为(26-A)，两个连接端子与电源(17)和模拟自制热导线内导体组成串联电路。

6.如权利要求5所述的嵌入绝缘材料自制热导线在线监测设备，其特征在于：所述程控负载，根据自制热导线型号、自融冰导线设计参数以及输电线路设计参数，通过实验确定导线模拟实际工况时，自制热导线内导体流经的最大电流Imax和最小电流Imin；设电源电压为Vcc；则程控负载中各电阻阻值如式(3-1)

用Bm表示S0的开闭状态；用b0表示S1开闭状态，b1表示S2开闭状态，……,b6表示S1开闭状态；1表示闭合，0表示断开；

b0,b1,……,b6组成二进制数Ds，Ds＝(b6b5b4b3b2b1b0)B，

Ds称为开关控制数；

模拟自制热导线内导体流经的电流Im为：