專利名稱：輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于輸變電設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國受大氣候和微地形、微氣象條件的影響，冰災(zāi)事故頻繁發(fā)生，嚴重影響電網(wǎng)的安全運行。大范圍輸電線路覆冰能對電網(wǎng)造成嚴重的破壞，致使電網(wǎng)癱瘓。為了保證電網(wǎng)的安全運行，需對輸電線路的覆冰情況進行監(jiān)測，井根據(jù)監(jiān)測到的覆冰信息采取相應(yīng)的融冰措施，提高覆冰區(qū)輸電線路運行的可靠性。目前，輸電線路覆冰及融冰的監(jiān)測大多是對覆冰理論、冰閃機理和桿塔強度設(shè)計方面的理論研究。近年來，隨著傳感器技術(shù)和通訊技術(shù)的快速發(fā)展，開發(fā)出了針對輸電線路覆冰的在線監(jiān)測系統(tǒng)，該監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)輸電線路導(dǎo)線覆冰后的重量變化以及絕緣子的傾斜/風(fēng)偏角進行覆冰載荷(覆冰厚度、桿塔受力、導(dǎo)線應(yīng)力等)的計算，然后，將計算結(jié)果直接與輸電線路設(shè)計的參數(shù)進行比較，給出報警信息，或者是采用現(xiàn)場圖像對輸電線路覆冰進行定性觀測和分析。由于輸電線路覆冰受輸電線路所處環(huán)境的微氣候、地形、地貌以及很多隨機因素的影響，數(shù)學(xué)模型很難確定，導(dǎo)致現(xiàn)有覆冰監(jiān)測系統(tǒng)存在監(jiān)測不準確的問題，并且該監(jiān)測系統(tǒng)只能給出覆冰預(yù)警信息，不能對融冰措施啟動后，輸電線路覆冰的融冰過程進行實時監(jiān)測。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供ー種輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，不僅能對輸電線路覆冰的消融過程進行實時監(jiān)測，而且還能對輸電線路的覆冰狀況進行準確地監(jiān)測。本實用新型所采用的技術(shù)方案是，輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括通過無線ZigBee通訊的兩個或兩個以上無線溫度傳感器節(jié)點及兩個或兩個以上線路分機，線路分機通過GSM通信模塊與監(jiān)控中心相連接。本實用新型的特點還在干，其中的無線溫度傳感器節(jié)點包括并排設(shè)置的溫度傳感器A及溫度傳感器B，溫度傳感器A及溫度傳感器B分別與無線模塊相連接，無線模塊包括依次連接的無線單片機、微波傳輸線，外部天線。其中的無線單片機采用CC2430。其中的溫度傳感器A和溫度傳感器B均采用DS18B20。其中的線路分機包括依次連接的信號采集單元、信號調(diào)理單元及微處理器単元，微處理器單元上還連接有ZigBee模塊及大容量快閃存儲器。其中的微處理器單元采用MSP430F149單片機。其中的信號采集單元包括并列設(shè)置的溫濕度傳感器、風(fēng)向傳感器、氣壓傳感器、風(fēng)速傳感器、雨量傳感器、日照強度傳感器、角度傳感器及壓カ傳感器，信號調(diào)理單元包括并列設(shè)置的濾波電路A、濾波電路B及濾波電路C，微處理器単元包括處理模塊，處理模塊上分別連接有普通輸入/輸出接ロ、計數(shù)器、處理模塊及串行通訊接ロ，溫濕度傳感器、風(fēng)向傳感器和氣壓傳感器輸出的數(shù)字信號經(jīng)濾波電路A濾波后直接進入微處理器単元的普通輸入/輸出接ロ，風(fēng)速傳感器和雨量傳感器輸出的脈沖信號經(jīng)過濾波電路B濾波后直接接入計數(shù)器，日照強度傳感器、角度傳感器和壓カ傳感器輸出的模擬信號經(jīng)過放大電路放大后送入濾波電路C，再經(jīng)濾波電路C濾波后直接接入模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)具有如下優(yōu)點I.采用獨立的線路分機和監(jiān)控中心主機，兩者通過移動或聯(lián)通的GSM網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信，線路分機可獨立定時或?qū)崟r采集導(dǎo)線覆冰后重量變化、導(dǎo)線溫度等信息，監(jiān)控中心主機可遠程對線路分機的采樣時間間隔、力傳感器基準等運行參數(shù)進行設(shè)置。2.不僅能監(jiān)測輸電線路的融冰過程，而且能監(jiān)測輸電線路覆冰后的重量變化、絕緣子串的傾斜角度、風(fēng)偏角度、環(huán)境溫濕度、風(fēng)速以及風(fēng)向等信息。并可根據(jù)建立的導(dǎo)線覆冰分析模型、線路融冰分析模型、覆冰導(dǎo)線舞動仿真模型、覆冰生長機理初步分析模型，結(jié)合各線路分機監(jiān)測采集的信息計算分析輸電導(dǎo)線覆冰厚度、導(dǎo)線舞動、覆冰增長預(yù)測以及線路融冰效率、優(yōu)化的融冰參數(shù)等，及時給出冰害的預(yù)報警信息以及融冰的過程信息。3.同時對硬件和軟件采取抗干擾措施，保證了系統(tǒng)在高壓環(huán)境下測得信號的準確性，系統(tǒng)不僅在硬件設(shè)計上，實現(xiàn)整機高屏蔽、高密封設(shè)計，具有良好的耐高溫和耐腐蝕性能，并采用看門狗電路和等電位接地等方法，增強其抗干擾性能，并有效防止了系統(tǒng)的死機；軟件采取了陷阱技術(shù)、冗余設(shè)計、濾波技術(shù)和故障自動恢復(fù)技術(shù)等措施，保證了系統(tǒng)在高壓、惡劣環(huán)境下穩(wěn)定地工作。4.結(jié)合現(xiàn)有可行的輸電線路融冰技木，實現(xiàn)了對覆冰線路的融冰過程和融冰效率的實時監(jiān)測。

圖I是本實用新型輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)中無線溫度傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)中線路分機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)中采用的專家軟件功能模塊架構(gòu)圖。圖中，I.無線溫度傳感器節(jié)點，2.線路分機，3. GSM通信模塊，4.監(jiān)控中心，5.輸電導(dǎo)線，6.溫度傳感器A，7.溫度傳感器B，8.無線模塊，8-1.無線單片機，8-2.微波傳輸線，
8-3.外部天線，9.信號采集單元，9-1.溫濕度傳感器，9-2.風(fēng)向傳感器，9-3.氣壓傳感器，
9-4.風(fēng)速傳感器，9-5.雨量傳感器，9-6.日照強度傳感器，9-7.角度傳感器，9-8.壓カ傳感器，10.信號調(diào)理單元，10-1.濾波電路A，10-2.濾波電路B，10-3.放大電路，10-4.濾波電路C，11.微處理器單元，11-1.普通輸入/輸出接ロ，11-2.計時器，11-3.處理模塊，11-4.模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，11-5.串行通訊接ロ，12.大容量快閃存儲器，13. ZigBee模塊。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。本實用新型輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)ー種實施例的結(jié)構(gòu)，如圖I所示，包括依次連接的多個無線溫度傳感器節(jié)點I、多個線路分機2、GSM通信模塊3和監(jiān)控中心4。無線溫度傳感器節(jié)點1，用于采集融冰過程中輸電線路監(jiān)測點的溫度信息，并將采集的信息傳送至相應(yīng)的線路分機2 ；線路分機2，用于實時監(jiān)測輸電線路導(dǎo)線重量、絕緣子串傾斜角度和風(fēng)偏角度的變化以及輸電線路周圍環(huán)境參數(shù)的變化，用于接收相應(yīng)的若干無線溫度傳感器節(jié)點I傳輸?shù)男畔?，用于將自身采集的信息和接收到的無線溫度傳感器節(jié)點I發(fā)送的信息進行初步處理和儲存，并將處理后的信息傳送至GSM通信模塊3 ；GSM通信模塊3，用于接收線路分機2傳輸?shù)男畔?，并將該信息傳送至監(jiān)控中心4，用于接收監(jiān)測中心4發(fā)出的指令，并將該指令傳輸至線路分機2 ；監(jiān)控中心4，用于發(fā)出指令，并將該指令發(fā)送至GSM通信模塊3，用于接收GSM通信模塊3傳輸?shù)男畔?，并將接收到的信息進行分析、處理和儲存，得到輸電線路的覆冰和融冰 狀況，并對監(jiān)測分機2進行遠程管理和遠程設(shè)置，提供融冰參數(shù)信息、歷史數(shù)據(jù)查詢和報警記錄查詢。本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)中無線溫度傳感器節(jié)點I的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，包括并排設(shè)置的溫度傳感器A6和溫度傳感器B7以及分別與該兩個傳感器相連接的無線模塊8。無線模塊8包括依次連接的無線單片機8-1，微波傳輸線8-2，外部天線8-3。溫度傳感器A6和溫度傳感器B7采用DS18B20。無線單片機8_1采用CC2430。本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)中線路分機2的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，包括依次連接的信號采集単元9、信號調(diào)理單元10、微處理器単元11，微處理器単元11上分別連接有ZigBee模塊13及大容量快閃存儲器12。溫濕度傳感器9-1、風(fēng)向傳感器9-2和氣壓傳感器9-3輸出的數(shù)字信號經(jīng)濾波電路A10-1濾波后直接進入微處理器単元11的普通輸入/輸出接ロ 11-1。風(fēng)速傳感器9-4和雨量傳感器9-5輸出的脈沖信號經(jīng)過濾波電路B10-2濾波后直接接入計數(shù)器11-2。日照強度傳感器9-6、角度傳感器9-7和壓カ傳感器9-8輸出的模擬信號經(jīng)過放大電路10-3放大后送入濾波電路C10-4，再經(jīng)濾波電路C10-4濾波后直接接入模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器11-4，從而實現(xiàn)了微控制器単元11對輸入信號的定時采樣(時間可遠程修改)。同時線路分機2的ZigBee模塊13實時接收安裝于輸電線路上無線溫度傳感器節(jié)點I發(fā)送的輸電線路導(dǎo)線的溫度值，ZigBee模塊13將接收到的溫度值通過串行通訊接ロ 11_5送入處理模塊11_3，處理模塊11-3將接收到的所有數(shù)據(jù)經(jīng)過初步處理后，一方面及時將初步處理的數(shù)據(jù)打包輸送至GSM通信模塊3，GSM通信模塊3將接收到的數(shù)據(jù)通過GSM SMS網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控中心4，監(jiān)控中心4對收到的數(shù)據(jù)進行進ー步處理；另ー方面處理模塊11-3將有效數(shù)值存入不易丟失的大容量快閃存儲器12。監(jiān)控中心4由エ業(yè)控制計算機、GSM通信基站以及專家軟件等組成。エ業(yè)控制計算機和GSM通信基站通過RS232串ロ連接，并通過AT指令進行數(shù)據(jù)通信。專家軟件對各種數(shù)據(jù)進行分析處理，并提出優(yōu)化的融冰方案，其功能架構(gòu)圖，如圖4所示，該專家軟件根據(jù)各線路分機發(fā)送的數(shù)據(jù)，結(jié)合建立的導(dǎo)線覆冰厚度與桿塔傾斜角、絕緣子風(fēng)偏角、導(dǎo)線張力、導(dǎo)線弧長、環(huán)境溫度、濕度、雨量、風(fēng)速、風(fēng)向等環(huán)境信息之間的關(guān)系方程，分析判斷當前線路的覆冰狀況，在覆冰厚度接近當前桿塔的設(shè)計冰厚時及時給出預(yù)報警，并把報警信息以短消息模式發(fā)給當前管理員。另ー方面，專家軟件可以在融冰系統(tǒng)啟動后，通過線路分機2發(fā)送的輸電導(dǎo)線的溫度、覆冰導(dǎo)線厚度等信息，實現(xiàn)對融冰過程和融冰效果的實時監(jiān)測，并且可以結(jié)合輸電線路的信息給出優(yōu)化的融冰技術(shù)控制參數(shù)，實現(xiàn)融冰技術(shù)的高效率。此外專家軟件還可以根據(jù)存儲的信息建立該線路的覆冰信息數(shù)據(jù)庫、融冰特性信息數(shù)據(jù)庫。本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)的工作過程將無線溫度傳感器節(jié)點I布置在輸電導(dǎo)線上，對輸電導(dǎo)線的表面溫度進行監(jiān)測，并將采集的信息傳輸至相應(yīng)的線路分機2。將各線路分機2獨立安裝在不同覆冰區(qū)的桿塔上，増加線路分機2以及無線溫度傳感器節(jié)點I的數(shù)量，即可對更大面積覆冰區(qū)的輸電線路進行在線監(jiān)測。線路分機2定時/實時完成對相應(yīng)桿塔的絕緣子串傾斜角、風(fēng)偏角、導(dǎo)線覆冰后的重力變化、導(dǎo)線舞動頻率以及環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等信息的采集，并將采集的信息與接收到的無線溫度傳感器節(jié)點I發(fā)送的監(jiān)測點處的溫度值進行初步處理和儲存，然后，打包為GSM SMS，通過GSM通信模塊3發(fā)送至監(jiān)測中心4，由監(jiān)測中心4軟 件對接收到的數(shù)據(jù)進行分析、整理，判斷該輸電線路導(dǎo)線的覆冰情況以及啟動融冰后的融冰情況，對線路的融冰過程、融冰效率進行實時監(jiān)測，并且結(jié)合線路的融冰信息數(shù)據(jù)庫，給出優(yōu)化的融冰技術(shù)控制參數(shù)。如果有預(yù)警信息或者重要融冰信息，可以通過GSM模塊將信息發(fā)送給相關(guān)的管理人員。本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)能完全取代已建立的造價高昂的觀冰站，對現(xiàn)有的覆冰在線監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)技術(shù)升級，加強了對輸電線路覆冰的監(jiān)測，將覆冰事故消除在萌芽狀態(tài)，并且與現(xiàn)有融冰技術(shù)相配合，實現(xiàn)了對覆冰線路融冰過程的自動監(jiān)控，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測覆冰厚度變化和微氣象條件等數(shù)據(jù)，可制定最優(yōu)的融冰參數(shù)，有效地保證了融冰效果。
權(quán)利要求1.輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括通過無線ZigBee通訊的兩個或兩個以上無線溫度傳感器節(jié)點(I)及兩個或兩個以上線路分機(2)，線路分機(2)通過GSM通信模塊⑶與監(jiān)控中心⑷相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的無線溫度傳感器節(jié)點(I)包括并排設(shè)置的溫度傳感器A(6)及溫度傳感器B (7)，溫度傳感器A(6)及溫度傳感器B (7)分別與無線模塊(8)相連接，無線模塊(8)包括依次連接的無線單片機(8-1)、微波傳輸線(8-2)，外部天線(8-3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的無線單片機(8-1)采用 CC2430。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度傳感器A (6)和溫度傳感器B (7)均采用DS18B20。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述線路分機(2)包括依次連接的信號采集單元(9)、信號調(diào)理單元(10)及微處理器単元(11)，微處理器單元(11)上還連接有ZigBee模塊(13)及大容量快閃存儲器(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的微處理器單元(11)采用MSP430F149單片機。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號采集単元(9)包括并列設(shè)置的溫濕度傳感器(9-1)、風(fēng)向傳感器(9-2)、氣壓傳感器(9-3)、風(fēng)速傳感器(9-4)、雨量傳感器(9-5)、日照強度傳感器(9-6)、角度傳感器(9-7)及壓カ傳感器(9-8)，信號調(diào)理單元(10)包括并列設(shè)置的濾波電路A(IO-I)、濾波電路B(10-2)及濾波電路C (10-4)，微處理器単元(11)包括處理模塊(11-3)，處理模塊(11-3)上分別連接有普通輸入/輸出接ロ(11-1)、計數(shù)器(11-2)、處理模塊(11-3)及串行通訊接ロ(11-5)，溫濕度傳感器(9-1)、風(fēng)向傳感器(9-2)和氣壓傳感器(9-3)輸出的數(shù)字信號經(jīng)濾波電路A (10-1)濾波后直接進入微處理器単元(11)的普通輸入/輸出接ロ(11-1)，風(fēng)速傳感器(9-4)和雨量傳感器(9-5)輸出的脈沖信號經(jīng)過濾波電路B (10-2)濾波后直接接入計數(shù)器(11-2)，日照強度傳感器(9-6)、角度傳感器(9-7)和壓カ傳感器(9-8)輸出的模擬信號經(jīng)過放大電路(10-3)放大后送入濾波電路C (10-4)，再經(jīng)濾波電路C (10-4)濾波后直接接入模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(11-4)。
專利摘要本實用新型公開的輸電線路融冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括多個無線溫度傳感器節(jié)點、多個線路分機、GSM通信模塊和監(jiān)控中心，無線溫度傳感器節(jié)點采集和發(fā)送輸電線路監(jiān)測點的溫度信息；線路分機監(jiān)測輸電線路及周圍環(huán)境參數(shù)的變化，接收無線溫度傳感器節(jié)點傳輸?shù)男畔?，將兩路信息進行初步處理和儲存，將處理后的信息送至GSM通信模塊；GSM通信模塊用于將接收到的信息傳送至監(jiān)控中心，并將接收到的指令傳輸至線路分機；監(jiān)控中心用于發(fā)出將指令，將接收到的信息進行分析、處理和儲存，對監(jiān)測分機進行遠程管理和遠程設(shè)置，并提供融冰參數(shù)信息、歷史數(shù)據(jù)查詢和報警記錄查詢。本實用新型監(jiān)測系統(tǒng)能對輸電線路的覆冰狀況和覆冰的消融過程進行實時在線監(jiān)測。
文檔編號G08C17/02GK202394362SQ20112049291
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者李佳杰, 魏旭, 黃新波 申請人:西安工程大學(xué)