CN211783624U - 一种输电线路覆冰参数监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种输电线路覆冰参数监测装置及系统，所述监测装置包括：控制芯片、供电模块、第一传输模块和传感器组件；其中，所述供电模块与所述传感器组件、控制芯片以及第一传输模块连接，所述供电模块用于向所述传感器组件、控制芯片以及第一传输模块供电；所述第一传输模块和传感器组件均连接至所述控制芯片；所述传感器组件用于采集线路覆冰的状态参数；所述第一传输模块用于传输所述状态参数。本是实用新型连接结构简单，稳定性好，同时能够对输电线路运行中的覆冰参数进行采集和上传，有效解放劳动力。

Description

一种输电线路覆冰参数监测装置及系统

技术领域

本实用新型涉及电力监测技术领域，具体涉及一种输电线路覆冰参数监测装置及系统。

背景技术

电力运行中，对于电力的运送往往通过输电线路来实现，输电线路的敷设一般分为两种，即架空输电线路和地下输电线路，对于架空输电线路来说，其直接暴露于敷设的环境中，因此架空输电线路受到环境的影响极大，比如异物(树枝、风筝线等)、在严寒地带的输电线路覆冰等等，均会对输电线路造成影响。

对于输电线路的覆冰来说，覆冰会增加输电线路的物理负荷，容易造成输电线路断裂、杆塔倒塌等供电事故，因此，需要对输电线路的覆冰状态进行监测，在现有技术中，对于输电线路的覆冰监测一般采用人力巡检的方式，人力巡检效率低、工作量大，浪费人力，而且还对工作人员存在严重的安全隐患，而且监测的准确性低；另一种方式为在线监测的方式，现有的在线监测有以下两种方式：采用无人机摄像，这种方式存在与人力一样的缺陷，即无人机巡检存在时间间隔问题，使得数据的连续性差，结果不准确，另一种通过在线摄像机、传感器等监测，但是，现有的这种方式则存在工作稳定性差。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的就是提供一种输电线路覆冰参数监测装置及系统，提出一种结构相对简单、稳定性好的输电线路覆冰参数监测装置。

本实用新型的目的之一是通过这样的技术方案实现的，一种输电线路覆冰参数监测装置，所述监测装置包括：控制芯片、供电模块、第一传输模块和传感器组件；

其中，所述供电模块分别与所述传感器组件、控制芯片以及第一传输模块电连接，所述供电模块用于向所述传感器组件、控制芯片以及第一传输模块供电；

所述第一传输模块和传感器组件均连接至所述控制芯片；

所述传感器组件用于采集所述输电线路上覆冰的状态参数。

可选的，所述供电模块包括顺次连接的电流互感器、整流电路、稳压控制电路以及降压电路；

其中，所述电流互感器与输电线路连接，所述降压电路向控制芯片、第一传输模块以及传感器组件供电。

可选的，所述稳压控制电路包括第一输出端；

所述供电模块还包括：充电控制电路和备用电池；

其中，所述充电控制电路连接于所述备用电池和所述第一输出端之间。

可选的，所述供电模块还包括：供电切换电路；

所述供电切换电路连接于所述备用电池与所述降压电路之间。

可选的，所述传感器组件包括：温湿度传感器、雨量传感器、风速传感器、风向传感器，和/或，拉力传感器。

本实用新型的目的之二是通过这样的技术方案实现的，一种输电线路覆冰参数监测系统，所述监测系统包括：监控中心和至少两个前述的监测装置；

其中一个所述监测装置作为主节点，剩余的所述监测装置作为子节点；

作为子节点的所述监测装置通过所述第一传输模块与作为主节点的所述监测装置通信连接；

作为主节点的所述监测装置与所述监控中心通信连接。

可选的，作为主节点的监测装置还包括第二传输模块，作为主节点的监测装置通过所述第二传输模块与所述监控中心通信连接。

可选的，作为子节点的所述监测装置依次串联后连接至作为主节点的所述监测装置，或，作为子节点的监测装置与作为主节点的监测装置之间通过星型网络连接。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点：本是实用新型连接结构简单，稳定性好，同时能够对输电线路运行中的覆冰参数进行采集和上传，有效解放劳动力。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

本实用新型的附图说明如下：

图1为本实用新型监测装置结构示意图；

图2为本实用新型监测装置稳压控制电路原理图；

图3为本实用新型监测装置充电控制电路及供电切换电路原理图；

图4为本实用新型监测系统一种节点连接方式；

图5为本实用新型监测系统另一种节点连接方式。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例一

本实用新型第一实施例提出一种输电线路覆冰参数监测装置，如图1所示，所述监测装置包括：控制芯片、供电模块、第一传输模块和传感器组件；

其中，所述供电模块与所述传感器组件、控制芯片以及第一传输模块连接，所述供电模块用于向所述传感器组件、控制芯片以及第一传输模块供电；

所述第一传输模块和传感器组件均连接至所述控制芯片；

所述传感器组件用于采集线路覆冰的状态参数。

具体的说，控制芯片采用现有的芯片，例如可以是STC12C5A60S2芯片，第一传输模块可以采用蓝牙模块、UWB模块、ZigBee模块中的一种，在构成监测系统的情况下，第一传输模块用于将本节点的监测装置采集的状态参数发送到指定节点，本实用新型连接结构简单，稳定性好同时能够对输电线路运行中的覆冰参数进行采集和上传，有效解放劳动力。

可选的，所述供电模块包括顺次连接的电流互感器、整流电路、稳压控制电路以及降压电路；

其中，所述电流互感器与输电线路连接，所述降压电路向控制芯片、第一传输模块以及传感器组件供电。

可选的，所述传感器组件包括：温湿度传感器，雨量传感器，风速传感器，风向传感器，和/或，拉力传感器。

进一步，在本实施例中，如图1所示，供电模块包括顺次连接的电流互感器、整流电路、稳压控制电路以及降压电路，其中，电流互感器与输电线路连接，用于从输电线路感应取电，降压电路向控制芯片、第一传输模块以及传感器组件供电。

更进一步说，本实施例中整流电路可以采用现有的二极管组成的全桥式整流电路，降压电路采用现有的降压电路，根据实际的用电需求进行降压处理，比如：如果各传感器以及控制芯片、第一传输模块的工作电压为5V，则采用输出为5V的降压电路，比如LM7805降压电路，如果传感器工作电压为5V，控制芯片工作电压为3V，则可以采用两个降压电路，一个为输出5V的降压电路，另一个输出为3.3V的降压电路，比如LM7805和AMS1117-3.3V降压电路；用户可以根据实际用电器件的需要来选择降压电路。通过本实用新型监测装置能够对输电线路运行中的覆冰参数进行实时采集并实时上传，从而保证输电线路在运行过程中覆冰参数的连续性和准确性，而且，能够为覆冰参数监测系统提供稳定的工作用电，从而确保整个监测系统的稳定性和可靠性，并且结构相对简单，能够降低制造成本。

在本实施例中传感器组件包括温湿度传感器、雨量传感器、风速传感器、风向传感器、拉力传感器，所述温湿度传感器、雨量传感器、风速传感器、风向传感器、拉力传感器的输出端均与控制芯片的输入端连接，通过上述结构，能够对输电线路的覆冰参数进行准确监测。由此可以基于监测获得的线路覆冰的状态参数通过现有的方法进行覆冰预估，比如当前输电线路的温度、湿度、雨量、风速和方向来判断当前输电线路覆冰发展情形，拉力传感器检测两杆塔之间的输电线路所承受的拉力，通过拉力传感器和风速传感器来判断覆冰的量，这些判断过程都是现有的方法，在此不加以赘述。

可选的，所述稳压控制电路具有第一输出端；

所述供电模块还包括：充电控制电路和备用电池；

其中，所述充电控制电路连接于所述备用电池和所述第一输出端之间。

具体的说，如图1所示，在本实用新型另一个可选的实施方式中提出备用供电回路，其中，在本实施例中，稳压控制电路的第一输出端VCC1输出为可以是13.6V直流，第二输出端输出可以是12V直流。

具体的一种实施方式中，如图2所示，稳压控制电路包括二极管D1、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、稳压管ZD1、稳压管ZD2、稳压管ZD3、稳压管ZD4、PMOS管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4以及稳压源U1。

二极管D1的正极作为稳压控制电路的输入端，二极管D1的负极通过电容C1接地，二极管D1的负极通过电阻R1与PMOS管Q1的源极连接，PMOS管Q1的源极与稳压管ZD1的负极连接，稳压管ZD1的正极通过电阻R2和电阻R3串联后接地，电阻R2和电阻R3之间的公共连接点与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的集电极与三极管Q2的基极连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q2的基极通过电阻R4与PMOS管Q1的源极连接，三极管Q2的基极通过电容C2接地，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极通过电阻R6与PMOS管Q1的栅极连接，PMOS管Q2的集电极通过电阻R5与PMOS管Q1的源极连接，PMOS管Q1的漏极与稳压管ZD2的负极连接，稳压管ZD2的正极与三极管Q3的集电极连接，三极管Q3的集电极通过电阻R7与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的基极连接于稳压源U1的负极，稳压源U1的正极接地，三极管Q3的发射极通过电阻R9和电阻R10串联后接地，电阻R9和电阻R10的公共连接点与稳压源U1的参考极连接，三极管Q3的发射极与稳压管ZD3的负极连接，稳压管ZD3的正极接地，三极管Q3的发射极与稳压管ZD3的负极之间的公共连接点作为稳压控制电路的第一输出端，三极管Q3的发射极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端通过电容C3接地，电阻R8和电容C3之间的公共连接点作为稳压控制电路的第二输出端，电阻R8和电容C3之间的公共连接点与稳压管ZD4的负极连接，稳压管ZD4的正极接地；其中，三极管Q3、电阻R7、稳压源U1、电阻R9和电阻R10构成稳压控制电路，稳压源U1为TL431稳压源，三极管Q1、三极管Q4、三极管Q2以及稳压管ZD1构成过压检测电路，当整流电路将电流互感器从输电线路感应得到的电流进行整流后，由电容C1进行滤波，如果此时直流电的电压大于安全电压(该安全电压通过稳压管ZD1来设定)，稳压管ZD1导通，三极管Q4得电导通，此时PMOS管Q1的栅极与源极之间反偏电压为0，PMOS管截止，从而停止供电，稳压管ZD2用于进行钳压检测，当电压低于稳压管ZD2的电压时，稳压管ZD2截止，后续电路则无法得电，因此，本实施例通过上述结构，能够为后续的用电设备提供稳定可靠的电源，从而确保整个系统的稳定性。

具体的另一种实施方式中，如图3所示，充电控制电路包括电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、PMOS管Q5、可控硅Q6、电容C4、电容C5、二极管D2、稳压管ZD5、稳压管ZD6以及比较器U2；

PMOS管Q5的源极作为充电控制电路的输入端，PMOS管Q5的源极通过电阻R17与可控硅Q6的正极连接，可控硅Q6的负极接地，可控硅Q6的正极通过电阻R16与PMOS管Q5的栅极连接，PMOS管Q5的漏极通过电容C4接地，PMOS管Q5的漏极与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极作为充电控制电路的输出端连接于备用电池，二极管D2的负极通过电容C5接地，比较器U2的同相端通过电阻R13连接于二极管D2的负极，比较器U2的电源端通过电阻R15连接于稳压控制电路的第二输出端，电阻R12的一端连接于稳压管开关电路的第一输出端，电阻R12的另一端通过电阻R14与比较器U2的反相端连接，电阻R12和电阻R14之间的公共连接点与稳压管ZD5的负极连接，稳压管ZD5的正极接地，比较器U2的输出端通过电阻R18与可控硅Q6的控制极连接，稳压管ZD6的负极连接于蓄电池，稳压管ZD6的正极通过电阻R19连接于可控硅Q6的负极，其中，比较器U2用于进行备用电池的电压检测，当备用电池的电压低于设定值(由电阻R14和电阻R12设定)，比较器U2输出高电平，触发可控硅Q6导通且并保持导通，从而PMOS管Q5导通，备用电池被充电，当备用电池电压升高并大于设定电压(由稳压管ZD6设定，比如备用电池额定输出为12V，那么设定的此时ZD6的导通电压设定为12.5V或者其他大于12V的设定值，从而确保备用电池能够充满电)，稳压管ZD6导通，从而通过电阻R19向可控硅Q6的负极施加一个电压，可控硅Q6在负极反向电压作用下截止，从而使得PMOS管Q5截止，从而停止充电。

可选的，所述供电模块还包括：供电切换电路；

所述供电模块还包括：供电切换电路；

所述供电切换电路连接于所述备用电池与所述降压电路之间。

所述备用电池通过所述供电切换电路向所述降压电路的输入端供电。

具体的说，在本实用新型另一种可选的实施方式中，如图3所示，供电切换电路包括三极管Q7、电阻R11、电阻R22、电阻R20以及电阻R21；

三极管Q7的发射极连接于备用电池，三极管Q7的基极通过电阻R11与稳压控制电路的第一输出端连接，三极管Q7的集电极作为供电切换电路的输出端连接于降压电路的输入端，所述电阻19的一端连接于三极管Q7的集电极，电阻R22的另一端通过电阻R21接地，电阻R22和电阻R21的公共连接点与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端作为供电切换电路的检测输出端连接于控制芯片，其中三极管Q7为P型三极管，当稳压控制电路输出正常时，则由稳压控制电路提供工作用电，由于三极管Q7的基极与发射极之间无反偏导通电压，三极管Q7截止，当稳压控制电路输出异常，即过压保护、欠压保护以及停电均使得稳压控制电路无输出，此时，三极管Q7的基极和发射极之间为反向偏置电压并大于导通电压，三极管Q7导通，从而由备用电池向用电设备提供工作用电。

本实施例中，控制芯片不仅将传感器输出的参数信息通过第一传输模块进行上传，当备用电池供电时，说明当前电压波动或者故障断电，控制芯片接收通过电阻R20输出的高电平并向监控中心上传告警信息，监控中心的工作人员根据该告警信息即使进行运维检修。

综上，本实用新型传感器组件连接关系简单，成本低廉，通过本实用新型监测装置包含稳定的工作用电，从而确保整个监测系统的稳定性和可靠性，并且结构相对简单，制造成本低廉。

实施例二

本实用新型第二实施例提出一种输电线路覆冰参数监测系统，所述监测系统包括：监控中心和至少两个前述的监测装置；

其中一个所述监测装置作为主节点，剩余的所述监测装置作为子节点；

作为子节点的所述监测装置通过所述第一传输模块与作为主节点的所述监测装置通信连接；

作为主节点的所述监测装置与所述监控中心通信连接。

可选的，作为主节点的监测装置还包括第二传输模块，作为主节点的监测装置通过所述第二传输模块与所述监控中心通信连接。

本实施例中，监测系统包括监控中心和至少两个前述的监测装置；其中，至少两个监测装置中的其中一个监测装置作为主节点，至少两个监测装置中的剩余监测装置作为子节点。

如图1所示，为主节点的监测装置结构示意图，主节点的监测装置还包括第二传输模块，主节点的监测装置通过第二传输模块与监控中心通信连接，第二传输模块可以是移动通信模块或者2.4G电力无线专网模块。

可选的，所述子节点依次串联后连接至所述主节点，或，所述子节点与所述主节点之间通过星型网络连接。

具体的说，如图4、图5所示，在本实施例中提出两种节点之间的连接方式，一种为顺次型，如图4，即由靠近主节点到主节点上定义为从下游到上游，那么，上游的子节点通过第一传输模块将信息传输至相邻的下游子节点，由最靠近主节点的子节点将上游信息通过第一传输模块上传至主节点，然后由主节点通过第二传输模块上传至监控中心。

也可以采用直接上传型：图5所示，即每个子节点均与主节点通信连接，子节点将状态信息通过第一传输模块直接上传至主节点，主节点的监测装置通过第二传输模块将状态信息上传至监控中心。

在具体实施过程中，对于子节点众多的输电线路监测，可以采用第一种方式，如果子节点较少，且距离较近，两种方式任一种均可。

本实施例中，传感器组件包括温湿度传感器、雨量传感器、风速传感器、风向传感器、拉力传感器，所述温湿度传感器、雨量传感器、风速传感器、风向传感器、拉力传感器的输出端均与控制芯片的输入端连接，通过上述结构，能够对输电线路的覆冰参数进行准确监测，监控中心根据上述传感器所输出的参数对输电线路的环境实时掌握，并通过现有的方法进行覆冰预估，比如当前输电线路的温度、湿度、雨量、风速和方向来判断当前输电线路覆冰发展情形，拉力传感器检测两杆塔之间的输电线路所承受的拉力，通过拉力传感器和风速传感器来判断覆冰的量，这些判断过程都是现有的方法，在此不加以赘述。

综上，本实施例提出一种输电线路覆冰参数监测系统，包括：监控中心，以及多个监测节点且监测节点中设定一个主节点，其余监测节点设定为子节点；

主节点和子节点均包括供电模块、控制芯片、第一传输模块以及用于监测反应覆冰状态的参数的传感器组件；

子节点和主节点的供电模块和控制芯片结构相同，所述主节点和子节点的第一监测装置均具有第一传输模块，所述主节点的监测装置还具有第二传输模块，所述子节点的控制芯片通过第一传输模块与主节点通信连接，所述主节点通过第二传输模块与监控中心通信连接，所述供电模块向控制芯片、传感器组件和第一传输模块供电；

所述供电模块包括电流互感器、整流电路、备用电池、充电控制电路、稳压控制电路、降压电路以及供电切换电路；

所述电流互感器设置于输电线路用于感应取电，所述电流互感器的输出端与整流电路的输入端连接，所述整流电路的输出端与稳压控制电路的输入端连接，所述稳压控制电路具有第一输出端和第二输出端，所述稳压控制电路的第一输出端与充电控制电路的输入端连接，充电控制电路的输出端与备用电池连接，所述第二输出端与降压电路的输入端连接，所述降压电路向控制芯片、第一传输模块以及传感器组件供电，所述备用电池通过供电切换电路向降压电路的输入端供电；其中，控制芯片采用现有的芯片，本实施例中采用STC12C5A60S2芯片，所述第一传输模块为蓝牙模块、UWB模块、ZigBee模块中的任意一种；所述第二传输模块为移动通信模块或者2.4G电力无线专网模块，其中，移动通信模块采用4G模块、5G模块等，所述整流电路采用现有的二极管组成的全桥式整流电路，降压电路采用现有的降压电路，根据实际的用电需求进行降压处理，比如：如果各传感器以及控制芯片、第一传输模块的工作电压为5V，则采用输出为5V的降压电路，比如LM7805降压电路，如果传感器工作电压为5V，控制芯片工作电压为3V，则可以采用两个降压电路，一个为输出5V的降压电路，另一个输出为3.3V的降压电路，比如LM7805和AMS1117-3.3V降压电路；用户可以根据实际用电器件的需要来选择降压电路。其中，稳压控制电路的第一输出端VCC1输出为13.6V直流电，第二输出端输出为12V直流电，通过本实用新型，能够对输电线路运行中的覆冰参数进行实时采集并实时上传，从而保证输电线路在运行过程中覆冰参数的连续性和准确性，而且，能够为覆冰参数监测系统提供稳定的工作用电，从而确保整个监测系统的稳定性和可靠性，并且结构相对简单，能够降低制造成本。

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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的范围当中。

Claims (8)

1.一种输电线路覆冰参数监测装置，其特征在于，所述监测装置包括：控制芯片、供电模块、第一传输模块和传感器组件；

其中，所述供电模块分别与所述传感器组件、控制芯片以及第一传输模块电连接，所述供电模块用于向所述传感器组件、控制芯片以及第一传输模块供电；

所述第一传输模块和传感器组件均连接至所述控制芯片；

所述传感器组件用于采集所述输电线路上覆冰的状态参数。

2.如权利要求1所述的输电线路覆冰参数监测装置，其特征在于，所述供电模块包括顺次连接的电流互感器、整流电路、稳压控制电路以及降压电路；

其中，所述电流互感器与输电线路连接，所述降压电路向控制芯片、第一传输模块以及传感器组件供电。

3.如权利要求2所述的输电线路覆冰参数监测装置，其特征在于，所述稳压控制电路包括第一输出端；

所述供电模块还包括：充电控制电路和备用电池；

其中，所述充电控制电路连接于所述备用电池和所述第一输出端之间。

4.如权利要求3所述的输电线路覆冰参数监测装置，其特征在于，所述供电模块还包括：供电切换电路；

所述供电切换电路连接于所述备用电池与所述降压电路之间。

5.如权利要求1-4任一项所述的输电线路覆冰参数监测装置，其特征在于，所述传感器组件包括：温湿度传感器、雨量传感器、风速传感器、风向传感器，和/或，拉力传感器。

6.一种输电线路覆冰参数监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：监控中心和至少两个如权利要求1-5任一项所述的监测装置；

其中一个所述监测装置作为主节点，剩余的所述监测装置作为子节点；

作为子节点的所述监测装置通过所述第一传输模块与作为主节点的所述监测装置通信连接；

作为主节点的所述监测装置与所述监控中心通信连接。

7.如权利要求6所述的输电线路覆冰参数监测系统，其特征在于，作为主节点的监测装置还包括第二传输模块，作为主节点的监测装置通过所述第二传输模块与所述监控中心通信连接。

8.如权利要求6所述的输电线路覆冰参数监测系统，其特征在于，作为子节点的所述监测装置依次串联后连接至作为主节点的所述监测装置，或，作为子节点的监测装置与作为主节点的监测装置之间通过星型网络连接。

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