CN213960326U - 一种集成电力多传感监测的自组网通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成电力多传感监测的自组网通信装置，包括：高压感应取电模块、摄像头模块、放电检测模块、陀螺仪、倾角传感器、紫外图像传感器、MCU处理器、通信模块，所述高压感应取电模块用于为所述多传感监测装置进行供电；所述摄像头模块与所述MCU处理器基于信号线连接；所述放电检测模块与所述MCU处理器基于信号线连接；所述陀螺仪与所述MCU处理器基于信号线连接；所述倾角传感器与所述MCU处理器基于信号线连接；所述紫外图像传感器与所述MCU处理器基于信号线连接；所述MCU处理器与所述通信模块连接。在本实用新型实施例中，满足将所采集的传感器数据实现远距离回传，通过高压感应取电模块实现就地取电，满足装置的供电需求。

Description

一种集成电力多传感监测的自组网通信装置

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，具体而言，涉及一种集成电力多传感监测的自组网通信装置。

背景技术

电网的未来是透明电网，将传感器技术、信息技术、数据通信技术、电子控制技术、人工智能等有效综合运用于电力系统，可实现设备状态、运行状态、交易状态透明化。

现有电网输电线路巡检、运营维护工作主要存在四个问题：1、输电线路监测系统覆盖率无法达到100％，需要人工巡检辅助监测；2、传统人工巡检不仅会造成巡检人员工作量大、劳动强度高等问题，同时也会增加电力部门巡检运维成本；3、输电线路大多部署在荒郊野岭，当遇到雨雪、大雾等恶劣天气，长距离、大规模的巡检作业存在诸多安全隐患。随着智能电网建设推进和人工智能技术的发展，输电线路巡检已经由传统的“人巡”过渡到“人巡+智能监测”的阶段，能够较好地改善巡检和设备维护上的问题。但是同时也存在监测量单一、实时性较差等问题，未能全方位、实时性的覆盖输电线路的监测需求；4、在集成传感器之后如何实现多物理量集成传感器的数据融合、远距离传输回传至服务器的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种集成电力多传感监测的自组网通信装置，通过设置在户外杆塔上，从而满足将所采集的传感器数据实现远距离回传，通过高压感应取电模块实现就地取电，满足装置的供电需求。

相应的，本实用新型实施例提供了一种集成电力多传感监测的自组网通信装置，所述集成电力多传感监测的自组网通信装置设置于电力杆塔上，所述集成电力多传感监测的自组网通信装置包括：高压感应取电模块、摄像头模块、放电检测模块、陀螺仪、倾角传感器、紫外图像传感器、MCU 处理器、通信模块，其中：

所述高压感应取电模块用于为所述多传感监测装置进行供电；

所述摄像头模块与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述放电检测模块与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述陀螺仪与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述倾角传感器与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述紫外图像传感器与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述MCU处理器与所述通信模块连接。

所述高压感应取电模块包括：高压电缆感应取电线圈、高压保护电路、 AC-DC整流电路、DC-DC直流变换电路，其中：高压保护电路的输入端与所述高压电缆感应取电线圈的输出端相连接，所述高压保护电路的输出端与所述AC-DC整流电路的输入端相连接；所述AC-DC整流电路的输出端与所述DC-DC直流变换电路的输入端相连接。

所述信号线为：以太网线、或串口线、或USB线。

所述通信模块为：WIFI模块、或蓝牙模块、或5G通信模块。

所述通信模块上连接有通信天线。

所述放电检测模块为行波探测器。

本实用新型实施例中的多传感监测装置，可以满足输电线路巡检和线路监测智能化感知，可进一步提升输输电线路巡检信息感知能力，提高电网运行的可观性，有必要研究多传感技术以实现输电线路全方位、多角度的监测，通过研究集成多物理量传感器技术，实现输电线路传感元件的海量部署，以及实现多物理量集成传感器的多数据融合与传输，推动人工智能技术在输电线路海量监测数据的应用，研发输电线路覆冰和动态增容监测系统，解决输电线路的运维实际需求，最终达到输电线路的透明感知目标。而多传感感知的数据可以实现远距离回传，通过高压感应取电模块实现就地取电，满足装置的供电需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型实施例中的集成电力多传感监测的自组网通信装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的高压感应取电模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型实施例中的集成电力多传感监测的自组网通信装置的结构示意图，所述集成电力多传感监测的自组网通信装置设置于电力杆塔上，所述集成电力多传感监测的自组网通信装置包括：高压感应取电模块、摄像头模块、放电检测模块、陀螺仪、倾角传感器、紫外图像传感器、MCU处理器、通信模块，其中：

所述高压感应取电模块用于为所述多传感监测装置进行供电；

所述摄像头模块与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述放电检测模块与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述陀螺仪与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述倾角传感器与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述紫外图像传感器与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述MCU处理器与所述通信模块连接。

图2示出了高压感应取电模块的结构示意图，该高压感应取电模块包括：高压电缆感应取电线圈、高压保护电路、AC-DC整流电路、DC-DC直流变换电路，其中：高压保护电路的输入端与所述高压电缆感应取电线圈的输出端相连接，所述高压保护电路的输出端与所述AC-DC整流电路的输入端相连接；所述AC-DC整流电路的输出端与所述DC-DC直流变换电路的输入端相连接。高压感应取电模块可以为磁芯材料为坡莫合金，裸芯尺寸为长55mm宽75mm高20mm，通过高压电路一次输入转换，二次输出电压可达到24V，满足多传感监测装置和多传感器的供电需求。

所述信号线为：以太网线、或串口线、USB线。

所述通信模块为：WIFI模块、或蓝牙模块、或5G通信模块。所述通信模块上连接有通信天线。该集成电力多传感监测的自组网通信装置的外形结构包括外设了大功率5G频段定向天线，用于多个通信设备间的连接，同时在装置下半部分设计了周围覆盖2.4G频段WiFi天线，用于现场设备接入和监测传感器接入数据通信链路。多级通信装置互联可形成完整的通信链路，该通信模块可以充分利用5G频段的资源，采用2块3X3，或者2 块4X4的基带芯片，实现500Mbps以上的点点之间传输带宽；解决原有2.4G 频段的带宽受限问题，进而增加网络中可容纳的节点数量；对于5G芯片底层控制代码、802.11ac协议进行修改，增加对于不同MCU的状态采集、分析，根据逻辑，调整策略，解决网络节点的智能发现、自动连接问题、连接方向的智能判断问题、成环问题。部署多MCU硬件电路，通过嵌入式 CPU，控制每个射频部分的无线发射频率，彼此智能避让，解决节点与节点之间的同频干扰所造成的通信质量下降问题。编写嵌入式硬件的接口协议，编写前端软件，实现对于整个网络的拓扑结构、节点状态的控制、网络状态的变更通知以及手自动调整。

该组网通信装置的通信原理为：使用公频频段5.150～5.825GHz进行智能跳频无线直连，设备周围覆盖标准2.4GWiFi网络信号。通信设备采用 STRONLINK分布式智能物联网方法，通过基于原生AP-CLIENT全双工原理，实现设备的全智能自动化组网和数据的双向传输，实现设备的全智能自动化组网和数据的双向传输，满足多物理量集成传感器大数据传输所需带宽和低延时的要求。同时采用多MCU技术、多模块MESH技术解决了无线同频干扰和双向智能自组网和现场设备接入的问题。

需要说明的是，放电检测模块为行波探测器。

集成电力多传感监测的自组网通信装置具备多硬件数据通信接口，包括以太网、串口、WiFi、蓝牙。所有传感设备均可通过通信接口接入自组网，将数据传回后台服务器。

需要说明的是，这里所集成传感器可以实现对线路覆冰异常放电监测、绝缘子劣变异常放电监测、输电线路弧垂监测、电线放电异常监测和杆塔塔身倾斜监测等等。覆冰监测模块采用力学监测模型和图像处理技术进行输电线路监测。力学监测模型是通过实时监测输电线路绝缘子串拉力、倾角、风偏角和微气象等数据计算冰厚；图像处理技术则是在杆塔附近安装摄像头拍摄线路的覆冰情况，采用区域法和IBP-CNN方法对图像分割和边缘提取，进一步获取输电线路的覆冰厚度情况。绝缘子劣变异常放电监测模块，当绝缘子表面积劣变重时，由于绝缘子的形状和电场分布的不均匀，有可能发生电晕和电火花放电。在绝缘子周围气体湿度上升的情况下，发生闪络的概率会大大增加。所述的绝缘子放电异常模块通过紫外图像传感器实现对输电线路上绝缘子异常放电的实时监控。所述的绝缘子异常放电监控原理为通过紫外图像传感器实现光电信号的转换，达到监控异常放电的目的。输电线异常放电监测模块，主要通过输电线路行波监测，利用电线异常放电行波监测技术及传感器检测技术对智能杆塔的自身状态进行实时监测，行波探测器采用罗氏线圈电流感应原理，主要用于采集输电线路上的电流信号并转换成电压信号输出。所述基于罗氏线圈的行波探测器实质为罗氏线圈电子式电流互感器，相比普通电流互感器而言，不存在铁芯饱和现象，可被用于测量大电流信号，并利用法拉第电磁感应定律直接转换成电压信号输出，适用于三相输电线路的行波电流采集。

绝缘子异常放电检测模块采用的传感器为紫外图像传感器。所述的紫外传感器的视频信号输出端基于MCU处理器与通信模块的输入端连接，实现视频信号的信号传输。

这里可以使用多传感器模块融合的办法判定杆塔自身的状态，用到的传感器包括：倾角传感器、水平传感器和陀螺仪传感器，所述倾角传感器、所述水平传感器和所述陀螺仪传感器分别通过串口与MCU处理器相连接，并进行数据融合，最终得到结果并回传。

综上，本实用新型实施例中的多传感监测装置，可以满足输电线路巡检和线路监测智能化感知，可进一步提升输输电线路巡检信息感知能力，提高电网运行的可观性，有必要研究多传感技术以实现输电线路全方位、多角度的监测，通过研究集成多物理量传感器技术，实现输电线路传感元件的海量部署，以及实现多物理量集成传感器的多数据融合与传输，推动人工智能技术在输电线路海量监测数据的应用，研发输电线路覆冰和动态增容监测系统，解决输电线路的运维实际需求，最终达到输电线路的透明感知目标。而多传感感知的数据可以实现远距离回传，通过高压感应取电模块实现就地取电，满足装置的供电需求。

另外，以上对本实用新型实施例所提供的集成电力多传感监测的自组网通信装置进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (6)

1.一种集成电力多传感监测的自组网通信装置，其特征在于，所述集成电力多传感监测的自组网通信装置设置于电力杆塔上，所述集成电力多传感监测的自组网通信装置包括：高压感应取电模块、摄像头模块、放电检测模块、陀螺仪、倾角传感器、紫外图像传感器、MCU处理器、通信模块，其中：

所述高压感应取电模块用于为所述多传感监测装置进行供电；

所述摄像头模块与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述放电检测模块与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述陀螺仪与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述倾角传感器与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述紫外图像传感器与所述MCU处理器基于信号线连接；

所述MCU处理器与所述通信模块连接。

2.如权利要求1所述的集成电力多传感监测的自组网通信装置，其特征在于，所述高压感应取电模块包括：高压电缆感应取电线圈、高压保护电路、AC-DC整流电路、DC-DC直流变换电路，其中：高压保护电路的输入端与所述高压电缆感应取电线圈的输出端相连接，所述高压保护电路的输出端与所述AC-DC整流电路的输入端相连接；所述AC-DC整流电路的输出端与所述DC-DC直流变换电路的输入端相连接。

3.如权利要求1所述的集成电力多传感监测的自组网通信装置，其特征在于，所述信号线为：以太网线、或串口线、或USB线。

4.如权利要求1所述的集成电力多传感监测的自组网通信装置，其特征在于，所述通信模块为：WIFI模块、或蓝牙模块、或5G通信模块。

5.如权利要求4所述的集成电力多传感监测的自组网通信装置，其特征在于，所述通信模块上连接有通信天线。

6.如权利要求1至5任一项所述的集成电力多传感监测的自组网通信装置，其特征在于，所述放电检测模块为行波探测器。

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