專利名稱：輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于力學(xué)原理的輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及上述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
由于輸電線覆冰厚度會(huì)受輸電線所處環(huán)境的微氣候、地形、地貌以及很多隨機(jī)因素的影響，正因?yàn)槿绱溯旊娋€覆冰厚度計(jì)算模型比較難以確定。目前，國(guó)內(nèi)外采用的輸電線覆冰監(jiān)測(cè)方法存在由于傳感器數(shù)量設(shè)置不足，在計(jì)算模型建立過程中都做了較多簡(jiǎn)化，沒有考慮到兩側(cè)桿塔輸電線覆冰對(duì)輸電線受力的影響。在實(shí)際運(yùn)行過程中，輸電線等值覆冰厚度計(jì)算常常存在較大的誤差，導(dǎo)致現(xiàn)有輸電線覆冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在監(jiān)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。此外，如何根據(jù)最少的監(jiān)測(cè)量，精確的進(jìn)行輸電線覆冰厚度計(jì)算是覆冰輸電線在線監(jiān)測(cè)的一個(gè)難點(diǎn)，現(xiàn)有的等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)還有待于一步改進(jìn)，以便于實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線覆冰厚度的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅可同時(shí)獲得三基桿塔輸電線覆冰后的重量變化以及絕緣子的傾斜角信息，還能通過內(nèi)部設(shè)置的準(zhǔn)確的力學(xué)計(jì)算模型計(jì)算出輸電線的覆冰厚度。本發(fā)明的另一目的在于提供上述輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是，輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括有監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過通訊網(wǎng)絡(luò)連接有桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)，桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)通過通訊網(wǎng)絡(luò)分別連接有左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)、右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)，監(jiān)控中心包括有公司監(jiān)控中心主機(jī)，公司監(jiān)控中心主機(jī)中嵌入有專家軟件，專家軟件內(nèi)集成有等值覆冰厚度力學(xué)計(jì)算模型。本發(fā)明第一種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)，包括有微控制器，微控制器分別通過485總線分別與圖片/視頻監(jiān)測(cè)單元、傳感器監(jiān)測(cè)單元連接，微控制器還通過電源線與主分機(jī)電源模塊連接。微控制器采用DSP與ARM雙核芯片，傳感器監(jiān)測(cè)單元內(nèi)設(shè)置有微氣象傳感器和導(dǎo)線拉力監(jiān)測(cè)模塊，主分機(jī)電源模塊采用太陽能電池與蓄電池結(jié)合方式供電。左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)，包括有單片機(jī)，單片機(jī)通過485總線分別與導(dǎo)線拉力傳感器、傾角傳感器連接，單片機(jī)通過無線通信方式與導(dǎo)線溫度傳感器連接，單片機(jī)還通過電源線與副分機(jī)電源模塊連接。 右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)的結(jié)構(gòu)與左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)的結(jié)構(gòu)相同。副分機(jī)電源模塊采用導(dǎo)線互感取能，單片機(jī)均采用Zigbee內(nèi)核C8051單片機(jī)。本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是，輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，具體按照以下步驟實(shí)施步驟1、利用傳感器監(jiān)測(cè)單元和圖像/視頻監(jiān)測(cè)單元分別獲取環(huán)境信息和現(xiàn)場(chǎng)覆冰的輸電線圖像信息步驟1.1、先將桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)設(shè)置在主桿塔上，再將右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)和左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)分別設(shè)置在主桿塔兩側(cè)的副桿塔上；步驟1. 2、桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)內(nèi)微氣象傳感器和導(dǎo)線拉力監(jiān)測(cè)模塊將采集到的環(huán)境信息和輸電線覆冰信息傳輸給傳感器監(jiān)測(cè)單元微氣象傳感器內(nèi)部的溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器及雨量傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲取環(huán)境的溫度和濕度、風(fēng)速、風(fēng)向及雨量信息，再將獲取的環(huán)境信息送至傳感器監(jiān)測(cè)單元內(nèi)；導(dǎo)線拉力監(jiān)測(cè)模塊通過內(nèi)部設(shè)置的拉力傳感器監(jiān)測(cè)得到輸電線自重載荷、輸電線覆冰后的載荷，通過角位移傳感器監(jiān)測(cè)得到主桿塔絕緣子的傾斜角信息，并將獲取的輸電線覆冰信息輸送至傳感器監(jiān)測(cè)單元內(nèi)；圖像/視頻監(jiān)測(cè)單元采集現(xiàn)場(chǎng)輸電線覆冰的圖像；右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)內(nèi)的導(dǎo)線拉力傳感器將監(jiān)測(cè)到的右側(cè)副桿塔上輸電線自重載荷、輸電線覆冰后的載荷，傾角傳感器將監(jiān)測(cè)到的右側(cè)副桿塔絕緣子的傾斜角信息，溫度傳感器將監(jiān)測(cè)到的右側(cè)副桿塔輸電線溫度參數(shù)分別輸送至右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)內(nèi)的單片機(jī)內(nèi)；左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)內(nèi)的導(dǎo)線拉力傳感器將監(jiān)測(cè)到的左側(cè)副桿塔上輸電線自重載荷、輸電線覆冰后的載荷，傾角傳感器將監(jiān)測(cè)到的左側(cè)副桿塔絕緣子的傾斜角信息，溫度傳感器將監(jiān)測(cè)到的左側(cè)副桿塔輸電線溫度參數(shù)分別輸送至左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)內(nèi)的單片機(jī)內(nèi)；步驟2、將桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)、右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)及左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)監(jiān)測(cè)獲取的所有信息輸送至桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)內(nèi)的微控制器中進(jìn)行匯總和存儲(chǔ)步驟2.1、經(jīng)步驟1. 2，傳感器監(jiān)測(cè)單元和圖像/視頻監(jiān)測(cè)單元將獲得的環(huán)境信息、輸電線覆冰信息及輸電線覆冰圖像輸送入桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)的微控制器內(nèi)；同時(shí)，左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)內(nèi)的單片機(jī)和右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)內(nèi)的單片機(jī)將各自獲取的監(jiān)測(cè)信息通過ZigBee傳輸至微控制器內(nèi)；步驟2. 2、微控制器OTSP芯片對(duì)環(huán)境信息、輸電線覆冰信息和覆冰圖像信息進(jìn)行總匯、存儲(chǔ)，之后再進(jìn)行初步處理，初步處理包括有單位換算、信號(hào)轉(zhuǎn)換及放大處理，得到處理后的適于專家軟件的環(huán)境溫度和濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、輸電線自重載荷、輸電線覆冰后的載荷、主桿塔絕緣子的傾斜角、左側(cè)副桿塔絕緣子的傾斜角及右側(cè)副桿塔絕緣子的傾斜角；步驟2. 3,DSP芯片實(shí)時(shí)將步驟2. 2中初步處理后得到的所有監(jiān)測(cè)信息通過SCI通信接口傳輸給ARM芯片S3C2440，并將所有監(jiān)測(cè)信息存儲(chǔ)起來，再通過無線通信方式將所有監(jiān)測(cè)信息輸送至監(jiān)控中心內(nèi)的公司監(jiān)控中心主機(jī)內(nèi)；步驟3、利用監(jiān)控中心內(nèi)的專家軟件和所有監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行計(jì)算，即得到輸電線的覆冰厚度；步驟4、采用專家軟件內(nèi)的環(huán)形覆冰厚度計(jì)算模型結(jié)合輸電線的覆冰信息計(jì)算輸電線的覆冰厚度b。本發(fā)明第二種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
步驟3具體按照以下步驟實(shí)施步驟3.1、計(jì)算輸電線覆冰后的水平張力TH、主桿塔上豎向張力Tv所對(duì)應(yīng)“平衡”的覆冰輸電線長(zhǎng)度Sd a)輸電線自重載荷下長(zhǎng)度為S1，輸電線在覆冰后的長(zhǎng)度St具體按照以下算法實(shí)施St = S1-S1 α ΔΤ(I)其中，Λ T為輸電線在常溫與覆冰時(shí)溫度差值，α為輸電線的綜合線性溫度膨脹系數(shù)，I/ C ；·
b)根據(jù)步驟a)中得到的輸電線覆冰后的長(zhǎng)度St計(jì)算輸電線覆冰后的水平張力TH，具體按照以下算法實(shí)施
權(quán)利要求
1.輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括有監(jiān)控中心(1)，所述監(jiān)控中心(I)通過通訊網(wǎng)絡(luò)連接有桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)(17)，所述桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)(17)通過通訊網(wǎng)絡(luò)分別連接有左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)(6)、右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)(4)，所述監(jiān)控中心(I)包括有公司監(jiān)控中心主機(jī)(12)，所述公司監(jiān)控中心主機(jī)中嵌入有專家軟件(2)，所述專家軟件(2)內(nèi)集成有等值覆冰厚度力學(xué)計(jì)算模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)(17)，包括有微控制器(5)，所述微控制器(5)分別通過485總線分別與圖片/視頻監(jiān)測(cè)單元(9)、傳感器監(jiān)測(cè)單元(8)連接，所述微控制器(5)還通過電源線與主分機(jī)電源模塊(3)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述微控制器(5 )采用DSP與ARM雙核芯片，所述傳感器監(jiān)測(cè)單元(8 )內(nèi)設(shè)置有微氣象傳感器(10 )和導(dǎo)線拉力監(jiān)測(cè)模塊(11)，所述主分機(jī)電源模塊(3)采用太陽能電池與蓄電池結(jié)合方式供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)(6)，包括有單片機(jī)(13)，所述單片機(jī)(13)通過485總線分別與導(dǎo)線拉力傳感器(14)、傾角傳感器(15)連接，所述單片機(jī)(13)通過無線通信方式與導(dǎo)線溫度傳感器(16)連接，所述單片機(jī)(13)還通過電源線與副分機(jī)電源模塊(7)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)(4)的結(jié)構(gòu)與所述左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)(6)的結(jié)構(gòu)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的副分機(jī)電源模塊(7)采用導(dǎo)線互感取能，所述單片機(jī)(13)均采用Zigbee內(nèi)核C8051單片機(jī)。
7.輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施 步驟1、利用傳感器監(jiān)測(cè)單元和圖像/視頻監(jiān)測(cè)單元分別獲取環(huán)境信息和現(xiàn)場(chǎng)覆冰的輸電線圖像信息 步驟1.1、先將桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)(17)設(shè)置在主桿塔上，再將右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)(4)和左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)(6)分別設(shè)置在主桿塔兩側(cè)的副桿塔上； 步驟1. 2、桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)(17)內(nèi)微氣象傳感器(10)和導(dǎo)線拉力監(jiān)測(cè)模塊(11)將采集到的環(huán)境信息和輸電線覆冰信息傳輸給傳感器監(jiān)測(cè)單元(8) 微氣象傳感器(10)內(nèi)部的溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器及雨量傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)獲取環(huán)境的溫度和濕度、風(fēng)速、風(fēng)向及雨量信息，再將獲取的環(huán)境信息送至傳感器監(jiān)測(cè)單元(8)內(nèi)； 導(dǎo)線拉力監(jiān)測(cè)模塊(11)通過內(nèi)部設(shè)置的拉力傳感器監(jiān)測(cè)得到輸電線自重載荷、輸電線覆冰后的載荷，通過角位移傳感器監(jiān)測(cè)得到主桿塔絕緣子的傾斜角信息，并將獲取的輸電線覆冰信息輸送至傳感器監(jiān)測(cè)單元(8)內(nèi)； 圖像/視頻監(jiān)測(cè)單元(2)采集現(xiàn)場(chǎng)輸電線覆冰的圖像； 右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)(4)內(nèi)的導(dǎo)線拉力傳感器(14)將監(jiān)測(cè)到的右側(cè)副桿塔上輸電線自重載荷、輸電線覆冰后的載荷，傾角傳感器(15)將監(jiān)測(cè)到的右側(cè)副桿塔絕緣子的傾斜角信息，溫度傳感器(16)將監(jiān)測(cè)到的右側(cè)副桿塔輸電線溫度參數(shù)分別輸送至右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)(4)內(nèi)的單片機(jī)(13)內(nèi)； 左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)(6)內(nèi)的導(dǎo)線拉力傳感器(14)將監(jiān)測(cè)到的左側(cè)副桿塔上輸電線自重載荷、輸電線覆冰后的載荷，傾角傳感器(15)將監(jiān)測(cè)到的左側(cè)副桿塔絕緣子的傾斜角信息，溫度傳感器(16)將監(jiān)測(cè)到的左側(cè)副桿塔輸電線溫度參數(shù)分別輸送至左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)(4)內(nèi)的單片機(jī)(13)內(nèi)； 步驟2、將桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)、右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)及左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)監(jiān)測(cè)獲取的所有信息輸送至桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)內(nèi)的微控制器中進(jìn)行匯總和存儲(chǔ) 步驟2.1、經(jīng)步驟1. 2，傳感器監(jiān)測(cè)單元(8)和圖像/視頻監(jiān)測(cè)單元(2)將獲得的環(huán)境信息、輸電線覆冰信息及輸電線覆冰圖像輸送入桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)的微控制器(5)內(nèi)； 同時(shí)，左側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)(6)內(nèi)的單片機(jī)(13)和右側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)(4)內(nèi)的單片機(jī)(13)將各自獲取的監(jiān)測(cè)信息通過ZigBee傳輸至微控制器(5)內(nèi)； 步驟2. 2、微控制器(5) DSP芯片對(duì)環(huán)境信息、輸電線覆冰信息和覆冰圖像信息進(jìn)行總匯、存儲(chǔ)，之后再進(jìn)行初步處理，初步處理包括有單位換算、信號(hào)轉(zhuǎn)換及放大處理，得到處理后的適于專家軟件(9)的環(huán)境溫度和濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、輸電線自重載荷、輸電線覆冰后的載荷、主桿塔絕緣子的傾斜角、左側(cè)副桿塔絕緣子的傾斜角及右側(cè)副桿塔絕緣子的傾斜角； 步驟2. 3,DSP芯片實(shí)時(shí)將步驟2. 2中初步處理后得到的所有監(jiān)測(cè)信息通過SCI通信接口傳輸給ARM芯片S3C2440，并將所有監(jiān)測(cè)信息存儲(chǔ)起來，再通過無線通信方式將所有監(jiān)測(cè)信息輸送至監(jiān)控中心(7)內(nèi)的公司監(jiān)控中心主機(jī)(I)內(nèi)； 步驟3、利用監(jiān)控中心內(nèi)的專家軟件和所有監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行計(jì)算，即得到輸電線的覆冰厚度； 步驟4、采用專家軟件內(nèi)的環(huán)形覆冰厚度計(jì)算模型結(jié)合輸電線的覆冰信息計(jì)算輸電線的覆冰厚度b。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟3具體按照以下步驟實(shí)施 步驟3.1、計(jì)算輸電線覆冰后的水平張力TH、主桿塔上豎向張力Tv所對(duì)應(yīng)“平衡”的覆冰輸電線長(zhǎng)度Sd a)輸電線自重載荷下長(zhǎng)度為S1，輸電線在覆冰后的長(zhǎng)度St具體按照以下算法實(shí)施 St = S1-S1 a AT(I) 其中，AT為輸電線在常溫與覆冰時(shí)溫度差值，a為輸電線的綜合線性溫度膨脹系數(shù)，I/。。； b)根據(jù)步驟a)中得到的輸電線覆冰后的長(zhǎng)度St計(jì)算輸電線覆冰后的水平張力Th，具體按照以下算法實(shí)施 式中，I表示主桿塔與一個(gè)副桿塔間的距離，h表示主桿塔與副桿塔間的高度差，Citl表不輸電線自重載荷，St表不覆冰時(shí)輸電線的長(zhǎng)度；c)計(jì)算懸點(diǎn)不等聞時(shí)的等效檔距Im 計(jì)算主桿塔上豎向張力Tv所對(duì)應(yīng)“平衡”的覆冰輸電線長(zhǎng)度，左、兩側(cè)副桿塔與主桿塔等高時(shí)整個(gè)檔距的輸電線長(zhǎng)度C : A — B — B'，具體按照以下算法實(shí)施
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟4具體按照以下步驟實(shí)施 采用專家軟件(9)中的環(huán)形覆冰厚度計(jì)算模型結(jié)合輸電線覆冰信息，計(jì)算輸電線覆冰厚度b，具體算法如下
10.根據(jù)權(quán)利要求7或9所述的輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述輸電線為N股分裂輸電線，要將監(jiān)測(cè)到的覆冰載荷qiM均攤至各股輸電線上計(jì)算覆冰厚度b，具體按照以下算法實(shí)施
全文摘要
本發(fā)明公開的輸電線等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法，包括有監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過通訊網(wǎng)絡(luò)連接有桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)，桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)通過通訊網(wǎng)絡(luò)分別連接有兩個(gè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)，監(jiān)控中心包括有公司監(jiān)控中心主機(jī)，公司監(jiān)控中心主機(jī)中嵌有專家軟件。本發(fā)明還涉及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，步驟1、獲取環(huán)境信息和現(xiàn)場(chǎng)覆冰的輸電線圖像；步驟2、將桿塔監(jiān)測(cè)主分機(jī)、兩側(cè)桿塔監(jiān)測(cè)副分機(jī)獲取的所有信息輸送至微控制器內(nèi)；步驟3、計(jì)算輸電線覆冰密度；步驟4、計(jì)算輸電線的覆冰厚度b。本發(fā)明可同時(shí)獲得三基桿塔輸電線覆冰后的重量變化及絕緣子的傾斜角信息，通過準(zhǔn)確的力學(xué)計(jì)算模型直接給出用戶需要的覆冰厚度，提高在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)G01B21/08GK103017714SQ201210528609
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者黃新波, 魏旭, 李佳杰 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)