CN211207147U - 一种用于监测输电铁塔工况状态的监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于监测输电铁塔工况状态的监测系统，包括安装在被检测铁塔顶部的至少一个移动监测器，以及与所述移动监测器无线通信的云服务器，所述移动监测器包括九轴传感器，主控板，所述主控板还分别连接有信号发射模块、信息存储单元和供电模块；所述供电模块包括作为主电源的超安全锂亚电池和用作备用电源的超级电容，所述超级电容电连接有安装在用于固定所述移动监测器的支架表面的太阳能电池板；所述支架包括左角材和右角材，以及贯穿并将所述左角材和右角材固定在铁塔上的固锁组件。本实用新型能够在极低能耗下对铁塔的状态进行监测，对故障发生前进行预判，避免突发故障导致输电网瘫痪的问题。

Description

一种用于监测输电铁塔工况状态的监测系统

技术领域

本实用新型涉及电力监测设备领域，尤其涉及高压输电铁塔舞动监测，具体涉及一种用于监测输电铁塔工况状态的监测系统。

背景技术

近年来，随着电网建设的发展，以及灾害性气象条件的影响，我国架空输电线舞动事故发生的频率和强度都明显增加。覆冰导线的舞动除了可能引起电气事故外，严重时还会导致断线、铁塔受损甚至倒塔等严重事故。舞动一般首先造成塔材螺栓松动，进而横担断裂，然后发生掉线事故。在舞动产生恶劣后果前，实时监测分析塔材的舞动振动特性，对于研究并预警线路舞动危害至关重要。

传输线缆振动(舞动)造成的杆塔塔材振动不同于一般的振动类型，属于0.1—3Hz的低频、超低频振动，因此测量方法不同于一般的杆塔位移测量。现有的输电线路舞动测量技术多集中于导线舞动轨迹的测量；导线舞动特征是低频、大振幅，而塔材振动位移特点是低频、位移量小，因此测量方法与导线舞动轨迹的测量不同，而目前尚未有针对输电铁塔塔材舞动位移监测的装置。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题：本实用新型主要实现现有户外铁塔在恶劣天气环境下的状态监控，及时的掌握铁塔所处状态，以便为维保人员提供提前预判，维护的依据，避免发生故障。高压输电线的支撑设备是间隔设置的铁塔，在常规情况下，因输电线的跨度大，质量大，不会发生明显的舞动，但是在大风环境以及冰雪天气则完全不同，输电线缆在覆冰的状态下重量会大大增加，线缆和铁塔都将受到常规数倍甚至十数倍的应力，频繁的振动会导致构件的疲劳，从而发生故障甚至断裂。

发生在我国2008年湖南的冰灾导致陆空交通瘫痪，城区、乡村大面积停电，其主要原因就是因覆冰过重，导致铁塔断裂，从而电网崩溃，输电铁塔的断电不仅会导致大面积输电电网的瘫痪，同时还会带来巨大的安全隐患。以湖南郴州的输电塔倒塌为例，就是在输电塔逐渐结冰，随着覆冰层越来越厚，输电塔倾斜越来越大，在达到倾斜断裂极限值之前没有有效的检测信息，分析信息导致最终的输电塔断裂。为了避免此类的情况再次发生，在输电顶端安装移动监测器，能够实时或者定时检测铁塔的状态，这样维保人员就能够及时的掌握辖区所有铁塔的工作状态，及时的对受力异常，振动异常的铁塔进行检修排故，及时的消除隐患。此为本实用新型实际价值之所在。

本实用新型的监测原理相对简单，但是非常实用，基于传输线缆振动造成的铁塔塔材振动不同于一般的振动类型，属于0.1—3Hz的低频、超低频振动，通过日常检测塔材的振动，分析振动规律获知铁塔是否处于正常状态；同时，通过分析铁塔的倾斜度亦可以获知铁塔的受力情况。譬如，当输电线覆冰厚度过大后，铁塔会明显向输电线侧倾斜，承载弯针输电线的铁塔倾斜更加明显。通过对比检测数据中的倾斜角度变化趋势可以直观的获知铁塔受理情况，由于每座铁塔具有受力极限值，即设定倾斜度，在达到极限值之前，进行及时维护排出故障均可避免故障的发生，当检测值距离极限值越近，则说明铁塔故障发生的概率越大。

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

一种用于监测输电铁塔工况状态的监测系统，包括安装在被检测铁塔顶部的至少一个移动监测器，以及与所述移动监测器无线通信的云服务器，所述移动监测器包括用于采集铁塔顶部状态的九轴传感器，用于处理九轴传感器传输的采集信息的主控板，所述主控板还分别连接有信号发射模块、信息存储单元和供电模块；所述供电模块包括作为主电源的超安全锂亚电池和用作备用电源的超级电容，所述超级电容电连接有安装在用于固定所述移动监测器的支架表面的太阳能电池板；所述支架包括左角材和右角材，以及贯穿并将所述左角材和右角材固定在铁塔上的固锁组件。

作为本实用新型的优选方案，所述主控板包括定时唤醒电路、采样电路、供电电路；主控板的工作逻辑通过型号为NORDIC 52840ARM Cortex-M4 32位的处理器控制，内嵌蓝牙5.0协议栈，芯片内集成1MB flash，256kB RAM。支持蓝牙5.0，802.15.4，ANT及2.4GHz私有协议，同时与nRF51及nRF24系列兼容。供电范围为1.7V～5.5V，能够实现宽电压工作；采集的信息通过信号发射模块与云服务器通信；所述九轴传感器采用MPU9250。

为了更好的固定并提高本实用新型的适用范围，所述固锁组件包括贯穿所述左角材和右角材的螺杆和锁紧螺母；所述左角材和右角材上还螺纹连接有与所述螺杆平行设置的用于调整左角材和右角材间距的螺纹套管。输电铁塔的塔材均采用弯折角钢连接或者焊接组成，为了方便对任一型号的铁塔进行安装，固定所述移动监测器的支架则需要进行定制，以达到安装的便捷性和固定的可靠性。上述结构中，起到关键作用的是螺纹套管，在螺纹套管的调节下可以使得左角材和右角材能够实现刚性受力，通过螺杆和锁紧螺母的配合锁紧可以有效避免松动导致固定不牢的问题。所述螺纹套管上还设置有防松螺母。由于螺纹套管的作用是保证左角材和右角材之间的刚性间隙，设置防松螺母将螺纹套管与右角材固定连接，避免螺纹套管松动导致整个支架松动，从而不能准确的监测到铁塔的振动和倾斜信息。

为了进一步的实现移动监测器的安装，同时，所述左角材上固定设置有用于安装太阳能电池板的安装板，所述右角材上设置安装槽，所述安装槽内卡接有用于安装所述移动监测器的密封盒。由于本实用新型提供的初衷是检测输电铁塔状态，及时的发现铁塔的异常状态，而铁塔出现异常故障的时候往往都与恶劣的天气密不可分，故而，由于移动监测器内置电池，因此需要对移动监测器做好防冻防潮的防护。优选地，在密封盒内层与移动监测器之间还设置有隔温泡沫。所述采集信息包括铁塔顶部的加速度值和倾斜角。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是支架安装在塔材上的状态图(未示出密封盒结构)；

图2是图1的反向视角图示；

图3是支架爆炸图；

图4是本实用新型主控板控制电路简图。

图中：1-左角材；2-右角材；3-固锁组件；31-螺杆；32-螺纹套管；33-锁紧螺母；34-防松螺母；4-安装槽；5-密封盒；6-安装板；7-弯折部。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

一种用于监测输电铁塔工况状态的监测系统，包括安装在被检测铁塔顶部的至少一个移动监测器，以及与所述移动监测器无线通信的云服务器，所述移动监测器包括用于采集铁塔顶部状态的九轴传感器，用于处理九轴传感器传输的采集信息的主控板，所述主控板还分别连接有信号发射模块、信息存储单元和供电模块；所述供电模块包括作为主电源的超安全锂亚电池和用作备用电源的超级电容，所述超级电容电连接有安装在用于固定所述移动监测器的支架表面的太阳能电池板；所述主控板包括定时唤醒电路、采样电路、供电电路；具体结合图4所示，主控板的工作逻辑通过型号为NORDIC 52840ARM Cortex-M4 32位的处理器控制，内嵌蓝牙5.0协议栈，芯片内集成1MB flash，256kB RAM。支持蓝牙5.0，802.15.4，ANT及2.4GHz私有协议，同时与nRF51及nRF24系列兼容。供电范围为1.7V～5.5V，能够实现宽电压工作；采集的信息通过信号发射模块与云服务器通信；所述九轴传感器采用MPU9250。

工作原理：

通过九轴传感器采集加速度值和倾斜角，当然，本实施例中采用的MPU9250可以采集更多的信息，但是对于本实用新型所要解决的技术问题而言，加速度值和倾斜角就已经足以判定，基于此，亦可以采用常规的陀螺仪传感器和加速度传感器结合使用，但那样虽然能够实现信息的采集但是对于电能的消耗亦会明显增加，由于铁塔的监测是持续性的且一次安装后不便于经常维护更换电池，因此在整个采集信息的过程中，一切能够影响到能耗增加的都应该考虑进去，同时也要结合唤醒电路进一步的控制能耗的使用，唤醒电路采用现有多种设计均可，譬如结合常规晶振电路计时而实现，配合采样电路控制九轴传感器进行信息采集，这样设置使得信息的采集从常规的持续采集更改为定时离散采集，这样将大大延长电能的续航能力。当九轴传感器采集到加速度值和倾斜角信息后，通过处理器转换到信号发射模块发射到云服务器记录分析。加速度值表征铁塔的振动位移量，倾斜角表征铁塔的持续倾斜状态，结合上述信息可以精准的判定铁塔所处状态。

具体地，譬如某一处铁塔处于狂风环境下，在输电线和风的共同作用下铁塔会发生明显的振动或者舞动，此状态下，加速度值将在一定范围内不断的变化，而倾斜角也会在一个范围内反复的变化，只要加速度和倾斜角未达到铁塔设计的极限值，那么说明铁塔状态都是属于安全的，当检测值中的加速度值或者倾斜角值接近铁塔本身的设计极限值时，那么说明该环境将可能对铁塔造成破坏，应当及时做好应急措施，提前规避可能出现的故障或者不利后果。

再者，如某地区铁塔正处于冰雪气候，输电线和铁塔上严重覆冰，在这种情况下，加速度值并不会有明显异常，但是倾斜角会逐渐增大，倾斜的方向即为铁塔受外力的方向。当然，本实施例中并不需要检测受力方向，只需要检测铁塔所处状态就足以判断，起到监测预警的作用。由于NORDIC 52840ARM Cortex-M4 32位的处理器内置蓝牙5.0协议栈，且本申请中所传输的数据量极小，采用上述现有芯片、信号发射模块的目的是使得移动监测器能够尽可能的简化，可靠和节能。本实施例中，采用锂亚ER14335电池进行供电，在无需充电的前提下，按照每天采集2次发送一次的能耗计算能够持续使用3年以上。再者，本实施例还涉及了超级电容和太阳能电池板，能够更进一步的提升移动监测器的续航能力。

实施例2：

结合说明书附图1-3所示的用于固定移动监测器的支架结构，支架是保证移动监测器始终处于可靠状态的关键性结构，所述支架包括左角材1和右角材2，以及贯穿并将所述左角材1和右角材2固定在铁塔上的固锁组件3。所述固锁组件3包括贯穿所述左角材1和右角材2的螺杆31和锁紧螺母33；所述左角材1和右角材2上还螺纹连接有与所述螺杆31平行设置的用于调整左角材1和右角材2间距的螺纹套管32。输电铁塔的塔材均采用弯折角钢连接或者焊接组成，为了方便对任一型号的铁塔进行安装，固定所述移动监测器的支架则需要进行定制，以达到安装的便捷性和固定的可靠性。上述结构中，起到关键作用的是螺纹套管32，在螺纹套管32的调节下可以使得左角材1和右角材2能够实现刚性受力，通过螺杆31和锁紧螺母33的配合锁紧可以有效避免松动导致固定不牢的问题。所述螺纹套管32上还设置有防松螺母34。由于螺纹套管32的作用是保证左角材1和右角材2之间的刚性间隙，设置防松螺母34将螺纹套管32与右角材2固定连接，避免螺纹套管32松动导致整个支架松动，从而不能准确的监测到铁塔的振动和倾斜信息。

为了进一步的实现移动监测器的安装，同时，所述左角材1上固定设置有用于安装太阳能电池板的安装板6，所述右角材2上设置安装槽4，所述安装槽4内卡接有用于安装所述移动监测器的密封盒5。由于本实用新型提供的初衷是检测输电铁塔状态，及时的发现铁塔的异常状态，而铁塔出现异常故障的时候往往都与恶劣的天气密不可分，故而，由于移动监测器内置电池，因此需要对移动监测器做好防冻防潮的防护。在密封盒5内层与移动监测器之间还设置有隔温泡沫。密封盒5的材质优选采用对信号不具有屏蔽作用的PE材质，PE材质最大的优点是在于其具有强抗氧化性，能够常年不受环境影响保持移动监测器工作环境的稳定性。

在使用时，首先将左角材1上设置的用于卡接在铁塔塔材上的弯折部7套设在需要安装的塔材位置，以相同的操作方式将右角材2套设在于左角材1相对位置，用螺杆31贯穿左角材1和右角材2并通过锁紧螺母33锁紧，最后再将螺纹套管32通过右角材2旋拧直到螺纹套管32的端头抵靠在左角材1上，紧固，最后通过放松螺母34将螺纹套管32与右角材2锁死，起到紧固防松的目的。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于监测输电铁塔工况状态的监测系统，包括安装在被检测铁塔顶部的至少一个移动监测器，以及与所述移动监测器无线通信的云服务器，其特征在于：所述移动监测器包括用于采集铁塔顶部状态的九轴传感器，用于处理九轴传感器传输的采集信息的主控板，所述主控板还分别连接有信号发射模块、信息存储单元和供电模块；

所述供电模块包括作为主电源的超安全锂亚电池和用作备用电源的超级电容，所述超级电容电连接有安装在用于固定所述移动监测器的支架表面的太阳能电池板；

所述支架包括左角材(1)和右角材(2)，以及贯穿并将所述左角材(1)和右角材(2)固定在铁塔上的固锁组件(3)。

2.根据权利要求1所述的一种用于监测输电铁塔工况状态的监测系统，其特征在于：所述主控板包括定时唤醒电路、采样电路、供电电路；主控板的工作逻辑通过型号为NORDIC52840 ARM Cortex-M4 32位的处理器控制，内嵌蓝牙5.0协议栈，通过信号发射模块与云服务器通信；所述九轴传感器采用MPU9250。

3.根据权利要求1所述的一种用于监测输电铁塔工况状态的监测系统，其特征在于：所述固锁组件(3)包括贯穿所述左角材(1)和右角材(2)的螺杆(31)和锁紧螺母(33)；所述左角材(1)和右角材(2)上还螺纹连接有与所述螺杆(31)平行设置的用于调整左角材(1)和右角材(2)间距的螺纹套管(32)。

4.根据权利要求3所述的一种用于监测输电铁塔工况状态的监测系统，其特征在于：所述左角材(1)上固定设置有用于安装太阳能电池板的安装板(6)，所述右角材(2)上设置安装槽(4)，所述安装槽(4)内卡接有用于安装所述移动监测器的密封盒(5)。

5.根据权利要求4所述的一种用于监测输电铁塔工况状态的监测系统，其特征在于：所述螺纹套管(32)上还设置有防松螺母(34)。

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