一種無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統的製作方法
2023-06-15 08:08:16
一種無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統，屬於網絡通信與電氣【技術領域】，該系統包括管理終端主站、電力線路檢測裝置和無線通訊裝置；電力線路檢測裝置包括太陽能供電單元、傳感器單元和中央處理器單元；傳感器單元包括溫溼度傳感器、大氣壓力傳感器、風速傳感器、拉力傳感器和電壓傳感器，電力線路檢測裝置通過無線通訊裝置與管理終端主站進行無線通訊。有益效果：本實用新型實時監測溫度、溼度、風速、氣壓等氣象要素及線路張力，並將採集到的各類氣候參數及其變化狀況實時傳送到信息中心，準確地反映特定輸電線路走廊的微氣象環境，降低人工巡檢強度，提高設備運行實時信息效率。
【專利說明】—種無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於網絡通信與電氣【技術領域】，具體是一種無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統。
【背景技術】
[0002]2008年春節期間發生在我國南方的冰雪天氣，造成湖南、江西、貴州、湖北、廣西、浙江及安徽等省的供電主網部分或全部中斷，部分省市的電網甚至退出大電網獨立運行。這次冰雪天氣造成的大停電，給國民經濟帶來了巨大損失，其主要原因在於各省主要高壓輸電線路無法承載超過設計標準的結冰厚度，以至於輸電線路重量大增，最終拉倒高壓輸電桿塔形成供電中斷。同時，高壓輸電線路大都處於地理環境惡劣的野外，搶險工作難以展開，恢復性工作進度緩慢。
[0003]現有除冰技術主要就是中斷對外輸電，用超過正常強度的電流加熱架空輸電線路，使上面的覆冰融化，問題是要中斷傳輸電力，導線加熱溫升不能準確控制。如果我們能過測量或者預測輸電線的環境參數，及時採取措施，可以避免更大的損失。
[0004]成本較低的無線傳感器網絡技術的出現，使我們以較低成本檢測線塔的環境參數成為可能。我們可以利用傳感器進行數據的採集，使用工業用中央控制器進行數據的傳遞和處理，每隔幾百米乃至數公裡輸電線塔都裝上這樣的裝置，可以實時的得到有關輸電線的各個點的環境參數，如溫度、溼度、氣壓、線拉力等，通過對這些參數的測定來測量和預測線路的結冰情況，還可以保證操作員在遠距離對輸電線進行實時監控。國內現有相似產品都是通過GPRS來實現，但是受到GPRS的覆蓋範圍，同時還有每月固定的通訊成本限制，無法進行普及。我們要開發一種不依賴於GPRS信號，同時又是免費的能夠實現上述功能的產品。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在的問題，本實用新型提供一種無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統。
[0006]本實用新型的技術方案是:
[0007]一種無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統，包括有多個匯聚節點的管理終端主站，匯聚節點包括協調器、GPRS模塊和上位機，協調器的輸出端連接GPRS模塊的輸入端，GPRS模塊的輸出端連接上位機；
[0008]該系統還包括電力線路檢測裝置和無線通訊裝置；
[0009]所述電力線路檢測裝置位於輸電線塔塔頂的防雷裝置下方，包括太陽能供電單元、傳感器單元和中央處理器單元；
[0010]所述太陽能供電單元包括光伏發電模塊，蓄電池儲能模塊和電源管理模塊(包括:穩壓輸出模塊，供電選擇電路)；光伏發電模塊的控制端和蓄電池儲能模塊的控制端均連接至電源管理模塊的輸出端；[0011]所述傳感器單元包括溫溼度傳感器、大氣壓力傳感器、風速傳感器、拉力傳感器和電壓傳感器；拉力傳感器和電壓傳感器分別安裝在輸電線塔的輸電線路上，風速傳感器安裝在輸電線塔塔頂的防雷裝置的正下方，溫溼度傳感器和大氣壓力傳感器均安裝在輸電線塔所在環境內；
[0012]所述無線通訊裝置安裝在輸電線塔的塔頂；
[0013]所述溫溼度傳感器的輸出端、大氣壓力傳感器輸出端、風速傳感器輸出端、拉力傳感器輸出端和電壓傳感器輸出端均連接至中央處理器單兀的輸入端，光伏發電模塊的輸出端和蓄電池儲能模塊的輸出端分別連接傳感器單元的供電端、中央處理器單元的供電端和無線通訊裝置的供電端，中央處理器單元的信號輸出端連接無線通訊裝置的輸入端，中央處理器單元的控制輸出端連接電源管理模塊的輸入端；
[0014]所述電力線路檢測裝置通過無線通訊裝置與管理終端主站進行無線通訊。
[0015]所述電源管理模塊包括供電選擇電路和穩壓輸出模塊，供電選擇電路的輸入端連接中央處理器單元的控制輸出端，供電選擇電路的輸出端連接穩壓輸出模塊的輸入端，穩壓輸出模塊的輸出端分別連接光伏發電模塊的控制端和蓄電池儲能模塊的控制端。
[0016]所述電力線路檢測裝置通過無線通訊裝置與管理終端主站的協調器建立無線通訊。
[0017]有益效果:
[0018]應用Zigbee無線網絡技術實現低成本的長距離多節點的無線數據傳輸，實時監測測量溫度、溼度、風速、氣壓等氣象要素及線路張力，並將採集到的各類氣候參數及其變化狀況，通過Zigbee網絡實時傳送到信息中心，準確地反映特定輸電線路走廊的微氣象環境，降低人工巡檢強度，提高設備運行實時信息效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型【具體實施方式】應用的輸電線路示意圖；
[0020]圖2為本實用新型【具體實施方式】的環境參數監測系統安裝示意圖；
[0021]圖3為本實用新型【具體實施方式】的太陽能供電單元的結構示意圖；
[0022]圖4為本實用新型【具體實施方式】的單片機和穩壓電路的連接原理圖；
[0023]圖5為本實用新型【具體實施方式】的接口電路原理圖；
[0024]圖6為本實用新型【具體實施方式】的無線通信網絡示意圖；
[0025]圖7為本實用新型【具體實施方式】的無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統結構框圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細說明。
[0027]本實施方式是將無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統應用到如圖1所示的輸電線路中，輸電線路中的每個輸電線塔安裝一個環境參數監測系統。無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統，包括有多個匯聚節點的管理終端主站，如圖6所示，匯聚節點包括協調器、GPRS模塊和上位機，協調器的輸出端連接GPRS模塊的輸入端，GPRS模塊的輸出端連接上位機；[0028]該系統還包括電力線路檢測裝置和無線通訊裝置；
[0029]如圖2所示，電力線路檢測裝置位於輸電線塔塔頂的防雷裝置下方，包括太陽能供電單元、傳感器單元和中央處理器單元。
[0030]如圖3所示，太陽能供電單元包括光伏發電模塊，蓄電池儲能模塊和電源管理模塊；光伏發電模塊的控制端和蓄電池儲能模塊的控制端均連接至電源管理模塊的輸出端；電源管理模塊包括供電選擇電路和穩壓輸出模塊，供電選擇電路的輸入端連接中央處理器單元的控制輸出端，供電選擇電路的輸出端連接穩壓輸出模塊的輸入端，穩壓輸出模塊的輸出端分別連接光伏發電模塊的控制端和蓄電池儲能模塊的控制端。
[0031]傳感器單元包括溫溼度傳感器、大氣壓力傳感器、風速傳感器、拉力傳感器和電壓傳感器；拉力傳感器和電壓傳感器分別安裝在輸電線塔的輸電線路上，風速傳感器安裝在輸電線塔塔頂的防雷裝置的正下方，溫溼度傳感器和大氣壓力傳感器均安裝在輸電線塔所在環境內；
[0032]風速傳感器採用CEM華盛昌DT-8893專業風速儀，拉力傳感器採用美塞斯的magpowr-400 / 8301898 / mcOl型號的張力傳感器，大氣壓力傳感器採用的型號為TL8-GEDruck RPT410，溫溼度傳感器採用的型號為DHTlI。
[0033]中央處理器單元包括單片機和穩壓電路，單片機採用飛思卡爾公司MPC5804B單片機，穩壓電路米用PAM3101穩壓晶片，將光伏發電模塊輸出電壓穩定在3.3V和3.7V，穩壓電路的輸入端連接光伏發電模塊的輸出端，穩壓電路的輸出端連接單片機的輸入端；單片機和穩壓電路的連接原理如圖4所示，其中，C1=IOuF, C2=0.1 μ F，C3=IOuF, C6=IOuF,C7=0.1 μ F，VCC—Solar表示光伏發電模塊的輸出，VCC3.7表示穩壓後3.7V的電壓。本實施方式中，環境參數監測系統各組成之間連接所採用的接口電路如圖5所示。
[0034]如圖7所示，溫溼度傳感器的輸出端、大氣壓力傳感器輸出端、風速傳感器輸出端、拉力傳感器輸出端和電壓傳感器輸出端均連接至中央處理器單元的輸入端，光伏發電模塊的輸出端和蓄電池儲能模塊的輸出端分別連接傳感器單元的供電端、中央處理器單元的供電端和無線通訊裝置的供電端，中央處理器單元的信號輸出端連接無線通訊裝置的輸入端，中央處理器單元的控制輸出端連接電源管理模塊的輸入端。
[0035]無線通訊裝置安裝在輸電線塔的塔頂，電力線路檢測裝置通過無線通訊裝置與管理終端主站的協調器建立無線通訊。為解決目前工控組態軟體不能有效支持ZigBee無線傳感網絡的通訊問題，本實施方式採用基於標誌位的變量交換策略進行無線通訊，具體是:
[0036]第一步:確立初始化的無線通訊設備編號和和判斷標識；
[0037]第二步:對發送判斷標識進行判斷，判斷其是否為零，如果為零，則進行第三步；否則進行第四步；
[0038]第三步:進行下位機(即各個環境參數監測系統的無線通訊裝置)檢測:對初始化的設備，發送可操作檢測命令，並判斷下位機是否正確回應，如果正確回應，則通過增加設備來完成所有的設備進行檢測；如果不能正確回應，則在上位機判定初始化的設備損壞，返回第一步；第四步:對初始化的設備，發送可讀取檢測命令，等讀取到初始化的設備的回應後，對下一個設備發送標識，直至所有的設備都真確回應後，對所有設備的數據進行採集。本實施方式中，初始化設備號I=I和發送判斷標識J=O ;若判斷發送判斷標識J為零，則進行下位機檢測，則對設備1=1，發送標誌:4138(可操作檢測命令)；下位機不能正確回應，在上位機界面上顯示設備I=I損壞；若J不為零，則對設備1=1，發送標誌:3530(可讀取檢測命令)。等讀取到設備I=I的回應後，對設備1=2發送標誌；等到所有的設備都真確回應後，對所有設備的數據進行採集。
[0039]可以採用無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統進行環境參數監測，監測過程如下:步驟1:在上位機設定電力輸電線路監測參數的基準指標，監測參數包括環境參數和電氣參數，環境參數的基準指標包括基準環境溫度Tn=30°C、基準環境溼度Hn=50%、基準環境大氣壓ATMn=100kPa、基準風速￥11=3111 / S、基準張力Ln=2000N，電氣參數的基準指標為基準對地電壓Un=380V ；
[0040]步驟2:光伏發電模塊和蓄電池儲能模塊同時為傳感器單元、中央處理器單元和無線通訊裝置供電；
[0041]步驟3:採集電力輸電線路的環境溫度Tm、環境溼度Hm、環境大氣壓ATMm、風速Vm、張力Lm和對地電壓U111,見表1 ;
[0042]表1採集樣本數據
[0043]
【權利要求】
1.一種無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統，包括有多個匯聚節點的管理終端主站，匯聚節點包括協調器、GPRS模塊和上位機，協調器的輸出端連接GPRS模塊的輸入端，GPRS模塊的輸出端連接上位機，其特徵在於:還包括電力線路檢測裝置和無線通訊裝置； 所述電力線路檢測裝置位於輸電線塔塔頂的防雷裝置下方，包括太陽能供電單元、傳感器單元和中央處理器單元； 所述太陽能供電單元包括光伏發電模塊，蓄電池儲能模塊和電源管理模塊；光伏發電模塊的控制端和蓄電池儲能模塊的控制端均連接至電源管理模塊的輸出端； 所述傳感器單元包括溫溼度傳感器、大氣壓力傳感器、風速傳感器、拉力傳感器和電壓傳感器；拉力傳感器和電壓傳感器分別安裝在輸電線塔的輸電線路上，風速傳感器安裝在輸電線塔塔頂的防雷裝置的正下方，溫溼度傳感器和大氣壓力傳感器均安裝在輸電線塔所在環境內； 所述無線通訊裝置安裝在輸電線塔的塔頂； 所述溫溼度傳感器的輸出端、大氣壓力傳感器輸出端、風速傳感器輸出端、拉力傳感器輸出端和電壓傳感器輸出端均連接至中央處理器單元的輸入端，光伏發電模塊的輸出端和蓄電池儲能模塊的輸出端分別連接傳感器單元的供電端、中央處理器單元的供電端和無線通訊裝置的供電端，中央處理器單元的信號輸出端連接無線通訊裝置的輸入端，中央處理器單元的控制輸出端連接電源管理模塊的輸入端； 所述電力線路檢測裝置通過無線通訊裝置與管理終端主站進行無線通訊。
2.根據權利要求1所述的無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統，其特徵在於:所述電源管理模塊包括供電選擇電路和穩壓輸出模塊，供電選擇電路的輸入端連接中央處理器單兀的控制輸出端，供電選擇電路的輸出端連接穩壓輸出模塊的輸入端，穩壓輸出模塊的輸出端分別連接光伏發電模塊的控制端和蓄電池儲能模塊的控制端。
3.根據權利要求1所示的無線通信電力輸電線路的環境參數監測系統，其特徵在於:所述電力線路檢測裝置通過無線通訊裝置與管理終端主站的協調器建立無線通訊。
【文檔編號】G01D21/02GK203605975SQ201320745341
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】張曉慧, 陳曉明, 李松松, 趙琰, 張東, 王剛, 郭靖, 馬義 申請人:瀋陽工程學院