CN2879209Y - 输电线路动态监测增容系统的在线监测装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，分布在采用增容系统的输电线路上；其特点是，包括：辐射传感器、导线温度传感器、环境温度传感器、高压取电电路、数据采集和控制电路、数据通讯电路；三个传感器的输出端分别与数据采集和控制电路的输入端连接；高压取电电路用于为装置提供电源；数据采集和控制电路用于对采集到的数据进行处理、并完成对装置的控制，其与数据通讯电路之间双向连接；数据通讯电路提供与公网的数据双向通讯，其通过天线收发信号。可动态监测输电线路增容所需的相关参数，提供给系统进行作为动态监测增容的依据。无需对线路做任何改造，具有监测速度快、投资低、安全性高的优点。

Description

输电线路动态监测增容系统的在线监测装置
技术领域
本实用新型涉及一种利用动态监测增容技术提高输电线路输送能力的输电线路动态监测增容系统的在线监测装置。
背景技术
近年来，随着社会需求的发展和发电厂建设步伐的加快，电网规划建设滞后、输电走廊稀缺等引起的输电能力不足的问题日益突出，电网输电线路的增容需求量很大并很迫切。
为解决全国性的缺电的问题，目前，我国已完成了以“厂网分开”为主要特征的电力市场改革，由于电源投资主体的多样化和近年来的缺电局面，又造成了电源的无序建设，给电网的规划和建设带来了许多不确定的因素。
在技术层面上，受短路电流超标的限制，也不可能毫无约束地大量建设输电线路。例如华东电网，在电网输送能力严重不足的同时，电网的短路电流超标问题非常突出，变电站过多的进出线是造成华东电网短路电流超标的主要因素之一，这严重制约了华东电网的输电线路建设。
另外，线路(高压传输线)载流量的计算公式采用的是通过热平衡原理推导公式。我国现行规程(DL/T 5092——1999 110～500kV架空送电线路设计技术规程)中采用的是英国摩尔根公式，导线载流量I与环境温度θa、风速V、日照强度JS、导线温度限额θ及导线本身的物理参数k(多个)有关，可用函数表达式简单表示如下：
I＝f(θa，V，JS，θ，k)
上述函数中的5个自变量按如下原则确定：
1)物理参数k(多个)
具体为导线的直径、直流电阻、温度系数等等，高压传输线确定后，各参数也相应确定。
2)导线温度限额θ
考虑导线的机械强度损失，导线确定后，导线温度限额θ也相应确定，对于500kV线路常用的4×400mm2钢芯铝绞线，温度限额为70℃。
3)环境条件：环境温度θa，风速V，太阳辐射强度JS
由于运行人员并不知道和掌握线路现场的具体情况，为了确保线路的安全运行，在计算确定导线输送电流限额时，只能假定可能出现的较差组合的环境条件，环境温度采用40℃(最高气温月的最高平均气温)、太阳辐射强度采用1000W/m2(晴天，日光直射)，风速采用0.5m/s(基本无风，一级风力风速为0.3m/s至1.5m/s)。因此只能粗略保守的计算输电线路输送电流的限额。
为了应对上述矛盾，解决全国各大电网或多或少都存在电网输电能力不足的问题，除了建设新的线路(电网)外，提高现有输电线路的输送容量，是一个既快又省的有效途经。而且动态增容技术在提高电网输送能力的同时，对电网的短路电流无丝毫的增加，是提高电网输送能力和控制电网短路电流的两全之策，是实现电网可持续发展的重要技术。
发明内容
本实用新型是为了解决现有上述输电线路的输送容量的问题，而提出的一种既能提高现有输电线路的输送容量，又减小新增投资的幅度的输电线路动态监测增容系统的在线监测装置装置，该装置可以实时的监测输电线路增容所需的相关参数(既上述摩尔根公式中的环境温度θa、太阳辐射强度JS和导线的实时温度θ)，并以无线网络通信传输方式，将监测到的参数即时提供给“增容系统主站”，为整个输电线路动态监测增容系统提供科学依据。从而解决了输电瓶颈的问题，提升了电网的输电能力。
本实用新型采取的技术方案是：输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，分布在增容系统的输电线路上；其特征在于，包括：辐射传感器、导线温度传感器、环境温度传感器、高压取电电路、数据采集和控制电路、数据通讯电路；
所述的辐射传感器用于测量日照辐射；所述的导线温度传感器用于测量输电线路的导线温度；所述的环境温度传感器用于测量环境温度；该三个传感器的输出端分别与数据采集和控制电路的输入端连接；
所述的高压取电电路用于为装置提供电源，其输入端获取输电线路导线上的电源，其输出端与数据采集和控制电路的电源端连接；
所述的数据采集和控制电路用于对采集到的数据进行处理、并完成对装置的控制，其与数据通讯电路之间双向连接；
所述的数据通讯电路提供与公网的数据双向通讯，其通过天线收发信号。
上述输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其中，所述的高压取电电路包括一取电电路、一控制电路、一保护电路、以及一装置电源组；所述的取电电路用于从高压线上取得电能，输送到一装置电源组；所述的控制电路完成对取电电路的控制，其与取电电路双向连接；所述的装置电源组为装置提供不同电压的电源；所述的保护电路用于在高压线路短路时保护取电电路，其输出端与取电电路的输入端连接。
上述输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其中，所述的高压取电电路还包括一后备电源，该后备电源的输入端与取电电路的一后备电源输出端连接。
上述输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其中，所述的后备电源主要由超大容量的电容构成。
上述输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其中，所述的取电电路主要由感应线圈及铁心构成。
上述输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其中，所述的控制电路由脉宽调制电路构成。
上述输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其中，所述的数据采集和控制电路包括：监控电路、模数转换电路和微处理器；所述的监控电路完成对微处理器的监控，其与微处理器双向连接；所述的模数转换电路将辐射传感器送来的模拟信号转换成数字信号后，送到微处理器；所述的微处理器用于将高压传输线路导线温度传感器、环境温度传感器、辐射传感器送来的信号计算处理后，送数据通讯电路。
上述输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其中，所述的监控电路包括电源监控单元、微处理器工作状态监控单元、以及后备监控单元，其分别与微处理器双向连接。
由于本实用新型采用了以上的技术措施，在输电线路上安装在线监测装置，对导线状态(导线温度)和气象条件(环境温度、日照等)进行监测，将监测结果经过数据采集和控制电路的分析计算后通过网络传输到增容系统的系统主站，系统主站再根据其数学模型计算的结果，下发输电线路增容运行的指令，从而使使输电线路载流量提高10～30％左右。
附图说明
本实用新型的特征性能由以下的实施例及其附图进一步描述。
图1是本实用新型的动态监测增容系统示意图。
图2是本实用新型的动态监测增容系统中的在线监测装置的电方框图。
图3是本实用新型在线监测装置中的高压取电电路的电方框图。
图4是本实用新型在线监测装置中的数据采集和控制电路的电方框图。
图5是本实用新型在线监测装置的数据采集和控制电路中的监控电路的电方框图。
具体实施方式
请参阅图1。本实用新型输电线路动态监测增容系统，包括：调度EMS系统1、系统主站2、输电线路3以及多个在线监测装置4。调度EMS系统的输出端与系统主站的输入端连接；多个在线监测装置分别间隔设置在所需增容的输电线路沿线，各在线监测装置与系统主站之间通过无线通信网络A传输连接。
沿输电线路选取监测点，在导线上安装在线监测装置，对导线温度、环境温度、日照进行监测，与系统主站的数据和指令通过无线通信网络传输；通过网络，从运行部门(调度)的EMS系统获取本线路电流及相关线路电流。
请参阅图2。本实用新型输电线路动态监测增容系统的各在线监测装置4包括：辐射传感器41、导线温度传感器42、环境温度传感器43、高压取电电路44、数据采集和控制电路45、数据通讯电路46。辐射传感器、导线温度传感器、环境温度传感器的输出端分别与数据采集和控制电路的输入端连接。该高压取电电路的输出端与数据采集和控制电路的输入端连接；所述的数据采集和控制电路与数据通讯电路之间双向连接；所述的数据通讯电路通过天线47收发信号。
该高压取电电路“高压取电电路”的主要功能是为装置各部分电路提供独立的工作电源。其利用感应原理从导线获取电源，提供给装置用；三个传感器中：辐射传感器测量日照辐射；环境温度传感器测量环境温度；导线温度传感器测量导线温度；数据采集和控制电路对采集到的“日照辐射”、“环境温度”、“导线温度”的测量数据进行处理、并完成对装置的控制；数据通讯电路提供测量装置和公网的数据双向通讯，完成与系统主站之间的数据和指令传输。
请参阅图3。本实用新型输电线路动态监测增容系统所述的高压取电电路44包括一取电电路441、一控制电路442、一保护电路443、一装置电源组444以及一后备电源445。
取电电路441主要由感应线圈及铁芯构成，其是利用互感原理，从高压线上取得装置工作所需要的电能。
所述的控制电路442主要由脉宽调制电路构成，其主要功能是完成对取电电路的控制。当高压线路电流较小时，它会控制“取电电路”尽最大可能从线路中吸取电能。当高压线路电流增大时，它则会对“取电电路”的取电数量适当进行控制。而当高压线路电流过载或短路时，它则会暂时关闭“取电电路”，改用“后备电源”对装置进行供电。
所述的保护电路443，其主要作用是与控制电路相配合，在高压线路短路时保护取电电路。同时在正常工作时也为整个装置提供电源部分的抗干扰保护。
从提高本实用新型装置的抗干扰能力考虑，装置电源组444共包括了三组独立的工作电源。分别对数据采集和控制电路内的“模数转换电路”、“微处理器及其监控电路”、“数据通讯电路”进行单独供电。
从提高设备免维护能力考虑，本实施例中，高压取电电路的后备电源445未采用普通的蓄电池，而是使用超大容量的法拉电容完成对备用电能的存储。其在正常工作时的充放电次数可达一百万次以上。
请参阅图4。本实用新型输电线路动态监测增容系统所述的数据采集和控制电路45包括：监控电路451、模数转换电路452和微处理器453。所述的监控电路完成对微处理器的监控；所述的模数转换电路将辐射传感器送来的模拟信号转换成数字信号后，送到微处理器；所述的微处理器用于将导线温度传感器、环境温度传感器、辐射传感器送来的信号计算处理后，送数据通讯电路。
由于本实用新型装置对环境温度及导线温度测量数据的精度要求较高，故在该电路中温度传感器的信号传输上采用了数字传输方式。其测量信号直接送至微处理器453进行处理。而辐射传感器的输出信号则采用了模拟方式，其测量信号被送至装置的模数转换电路452，由模数转换电路452将辐射传感器送来的模拟信号转换成数字信号后，再送微处理器453进行处理。
微处理器电路453将各类传感器送来的信号收集后，根据电力传输线路增容系统的主站所发布的指令要求，完成对数据的处理工作。随后再由数据通讯电路46经过GSM/GPRS方式将完成处理后的数据发回增容系统主站。
请参阅图5。所述的监控电路451的主要作用是完成对微处理器的工作状态以及微处理器和装置内其他部件工作电压的监控工作。该监控电路主要由电压监控单元4511、微处理器工作状态监控单元4512以及后备监控单元4513三部分组成。当“微处理器电路”工作状态不正常时，及时完成对微处理器的复位工作。
本实用新型在线监测装置在输电线路动态监测增容系统中的工作流程如下：
在增容系统运行过程中，本实用新型在线监测装置的核心部件微处理器通过辐射传感器、环境温度传感器和导线温度传感器采集增容系统所需要的相关数据(即摩尔根公式中的环境温度θa、太阳辐射强度JS和导线的实时温度θ)。其中，环境温度传感器、导线温度传感器的数据直接接入微处理器，而辐射传感器的数据则经过模数转换电路进行模数转换后，再接入微处理器。
微处理器对上述数据进行运算处理后，再由数据通讯电路，以无线网络通信传输方式(GSM/GPRS)，提供给增容系统主站。
增容系统主站根据从本实用新型在线监测装置处获取的数据，再依据从运行部门(总调)的EMS系统获取的本导线电流及相关导线电流数据。通过数学模型进行实时计算，确保导线温度限额不突破原规定值，进行输电线路的增容运行。
在增容系统运行过程中，增容系统主站也可通过向增容在线监测装置发送相关的指令，随时改变增容在线监测装置的工作模式和采集数据的发送周期。
本实用新型使用在动态监测增容技术中，以提高输电线路输送能力，优点是在不突破所有现行输电线路的技术和管理规程的规定，无需对线路做任何改造，在保持线路现有安全性的条件下，进行输电线路的增容运行。并具有速度快、投资低、安全性高的优点。该动态监测增容技术既可以应用在现有的输电线路，也可以应用在新建输电线路，提高输电线路动态输送容量。可达到增加小量投资，大大提升原投资效益的目的。

Claims (8)

1、输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，分布在增容系统的输电线路上；其特征在于，包括：辐射传感器、导线温度传感器、环境温度传感器、高压取电电路、数据采集和控制电路、数据通讯电路；
所述的辐射传感器用于测量日照辐射；所述的导线温度传感器用于测量输电线路的导线温度；所述的环境温度传感器用于测量环境温度；该三个传感器的输出端分别与数据采集和控制电路的输入端连接；
所述的高压取电电路用于为装置提供电源，其输入端获取输电线路导线上的电源，其输出端与数据采集和控制电路的电源端连接；
所述的数据采集和控制电路用于对采集到的数据进行处理、并完成对装置的控制，其与数据通讯电路之间双向连接；
所述的数据通讯电路提供与公网的数据双向通讯，其通过天线收发信号。
2、根据权利要求1所述的输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其特征在于，所述的高压取电电路包括一取电电路、一控制电路、一保护电路、以及一装置电源组；所述的取电电路用于从高压线上取得电能，输送到一装置电源组；所述的控制电路完成对取电电路的控制，其与取电电路双向连接；所述的装置电源组为装置提供不同电压的电源；所述的保护电路用于在高压线路短路时保护取电电路，其输出端与取电电路的输入端连接。
3、根据权利要求2所述的输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其特征在于，所述的高压取电电路还包括一后备电源，该后备电源的输入端与取电电路的一后备电源输出端连接。
4、根据权利要求3所述的输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其特征在于，所述的后备电源主要由超大容量的电容构成。
5、根据权利要求2所述的输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其特征在于，所述的取电电路主要由感应线圈及铁心构成。
6、根据权利要求2所述的输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其特征在于，所述的控制电路由脉宽调制电路构成。
7、根据权利要求1所述的输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其特征在于，所述的数据采集和控制电路包括：监控电路、模数转换电路和微处理器；所述的监控电路完成对微处理器的监控，其与微处理器双向连接；所述的模数转换电路将辐射传感器送来的模拟信号转换成数字信号后，送到微处理器；所述的微处理器用于将高压传输线路导线温度传感器、环境温度传感器、辐射传感器送来的信号计算处理后，送数据通讯电路。
8、根据权利要求7所述的输电线路动态监测增容系统的在线监测装置，其特征在于，所述的监控电路包括电源监控单元、微处理器工作状态监控单元、以及后备监控单元，其分别与微处理器双向连接。
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