架空輸電線路舞動在線監測系統的製作方法
2023-05-29 10:51:01 1
專利名稱：架空輸電線路舞動在線監測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於輸電線路狀態監測技術領域，涉及ー種架空輸電線路舞動在線監測系統，具體為ー種基於短程射頻/加速度傳感器/GPS的架空線路舞動在線監測系統。
背景技術：
電網輸電的可靠性在很大程度上取決於輸電線路工作狀態的可靠性。架空輸電線路長期運行於露天條件下，受風、雨、冰、雷電等自然條件影響較大，其工作狀態不能得到保證。尤其當發生風偏和舞動等異常狀態時，線路可能發生閃絡、跳間，甚至倒塔等事故。我國幅員遼闊，氣候多變，風偏和舞動異常狀態發生規律和內在機理各異。尤其近年來，受全球氣候環境變化影響，沿海地區氣候的雨量、日照強度、風カ風向和溫溼度等氣候條件與內陸地區氣候差異逐年加大，沿海地區線路的風偏、舞動狀態的表現程度與發生概率無法參考內陸地區相關數據。為了快速、有效地查詢事故原因、降低線路事故造成的經濟損失、準確的對事故進行預警、詳實的提供輸電線路設計及技術改造的科學數據和理論依據，有必要對沿海地區線路異常狀況與各種環境、氣象數據對應的因果關係展開研究，並找尋風偏和舞動狀態發生的原因和規律。沿海獨特的颱風氣候中心風カ可達17級以上，為了更加深入的分析沿海地區線路風偏和舞動狀態發生的根本原因和規律，還需對強風條件下誘發的無冰線路風偏、舞動等狀態進行研究。至2000年以來，國內電網出現了不少因輸電線風偏、舞動等異常狀態引起的事故，故各研究機構對於輸電線路狀態分析理論及監測系統的開發進行了大量研究。申請公布號為「CN 101975565A」的中國發明專利「基於GPS的輸電導線舞動監測系統及監測方法」，公開了ー種基於GPS的輸電導線舞動監測系統及監測方法，但其定位誤差較大，ー 般為1至10米。申請公布號為「CN 101986100A」的中國發明專利「基於差分GPS的輸電線路導線舞動與風偏在線監測系統」，公開了ー種基於差分GPS的輸電線路風偏、舞動在線監測系統，雖然其定位較為準確，但需要建立差分GPS基站，成本過高。申請公布號為「CN 101571413A」的中國發明專利「基於加速度傳感器的輸電線路舞動在線監測系統」，公開了一種基於加速度傳感器的輸電線路舞動在線監測系統，ー個線路檔距配備ー個主站和複數個子站，子站與主站距離較遠，子站數據需由大功率射頻上傳至主站，大功率射頻模塊體積大、成本高，會影響線路舞動力學特性，對線路舞動造成潛在威脅。本實用新型公開ー種基於短程射頻/加速度傳感器/GPS的架空線路舞動在線監測系統，系統體積小、對線路力學特性影響小、動態性能好、數據監測精度高、成本低廉、可全天候工作。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種結構合理，使用方便，能夠在線監測高壓運行中線路的現場溫度、溼度、風速、風向、日照強度及導線溫度、重力、舞動幅度等參數的ー種輸電線路舞動在線監測系統。為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案本實用新型是ー種架空輸電線路舞動在線監測系統，其特點是每ー個檔距線路的在線監測系統由安裝在輸電線路上的若干個監測子站、分別安裝在杆塔上的兩個監測主站和安裝在監控中心的後臺監控上位機組成；所述的監測子站包括STM32單片機，在STM32單片機上連接設有智能保護CT電源、導線溫度傳感器、加速度傳感器和RF射頻模塊；導線溫度傳感器與所述STM32單片機的 AD管腳相連接；加速度傳感器與所述STM32單片機的1 管腳相連接；RF射頻模塊與所述 STM32單片機的UART管腳連接；監測子站利用加速度傳感器對線路舞動進行精確定位，定位數據通過RF射頻模塊上傳至較近監測主站；所述的監測主站包括STM32單片機主站控制系統、供電模塊、GPRS模塊、RF射頻模塊、GPS模塊、環境溫溼度傳感器、風速風向傳感器、日照輻射傳感器和雨量傳感器；GPRS模塊、RF射頻模塊、GPS模塊與所述的STM32單片機主站控制系統的UART管腳連接；環境溫溼度傳感器與STM32單片機主站控制系統的SPI管腳相連接；風速風向傳感器、日照輻射傳感器和雨量傳感器與STM32單片機主站控制系統的AD管腳相連接；所述的供電模塊包括光伏電源，光伏電源與控制模塊串聯，再與蓄電池並聯，最後與負載串聯；每個監測主站接收較近監測子站的舞動監測數據，通過GPRS模塊將監測數據及環境氣象數據上傳至後臺監控上位機；通過GPS模塊進行對時，保證上傳數據的同步性。本實用新型架空輸電線路舞動在線監測系統中所述智能保護CT電源可以使用現有技術中公開的常用智能電源或CT電源，優選的智能保護CT電源包括取電模塊、電能調理模塊、智能保護模塊；所述取電模塊含一次母線、電流互感器磁芯、二次線圈、取樣電阻、單刀雙擲繼電器；一次母線穿過所述電流互感器磁芯；二次線圈繞在電流互感器磁芯上，並與取樣電阻並聯，再與單刀雙擲繼電器串聯；所述電能調理模塊含整流電路、尖端洩放電路、紋波濾除電容、穩壓電路，各電路之間依次串聯連接；所述的尖端洩放電路包括穩壓管，穩壓管與穩壓管限流電阻串聯後與整流橋的直流輸出並聯，其中間並聯另ー個限流電阻，該限流電阻與功率管門極相連，以控制功率管導通或關斷的電壓；所述智能保護電路包括STM8單片機、RF射頻模塊和超級電容；RF射頻模塊與所述 STM8單片機的UART管腳連接；超級電容並聯在所述STM8單片機的供電端。本實用新型架空輸電線路舞動在線監測系統技術方案中，各元器件、模塊及控制系統如無特別說明，均可以使用現有技術中公開的可適用於本實用新型的元器件、模塊及控制系統。本實用新型中每ー個檔距線路上的監測子站的個數按需要設定，設定時按線路的長短，一般每ー個檔距線路上的監測子站為8個左右。在本實用新型所述的後臺監控上位機上可以安裝專家分析軟體；最好帶有以下功能顯示、存儲監測數據，為調度人員提供輸各種參數以便了解線路安全，及時檢修和防治。所述監測子站採用智能保護CT電源來供電，監測主站採用供電模塊供電，所述後臺監控上位機可由市電供電。所述監測子站與監測主站之間可以採用433MHz短程RF技術通信，所述監測主站與監控上位機之間採用GPRS遠程無線技術通信。當高壓側線路電流過大時，所述尖端洩放電路將多餘感應電能轉換為熱能洩放。當洩放保護電路溫升過高吋，所述智能保護模塊將切斷供電迴路，直到電源溫度降低到允許工作溫度。與現有技術相比，本實用新型本實用新型系統體積小、對線路力學特性影響小、動態性能好、數據監測精度高、成本低廉、可全天候工作。由於採用加速度傳感器/GPS結合方式，既能精確定位又能保證上傳數據的同步性，且成本較構建差分GPS基站低得多。本實用新型的應用可節約人力、物力和時間，可避免造成大面停電事故，為安全輸電提供有力措施，可廣泛用於高壓輸電線路上。
圖1為本實用新型的一種設置示意圖；圖2為本實用新型的監測子站的結構框圖；圖3為本實用新型的智能保護CT電源結構示意框圖；圖4為本實用新型的監測主站的結構框圖；圖5為本實用新型的供電模塊的結構示意框圖。
具體實施方式
以下參照附圖，進一歩描述本實用新型的具體技術方案，以便於本領域的技術人員進ー步地理解本實用新型，而不構成對其權利的限制。實施例1，參照圖1-5，ー種架空輸電線路舞動在線監測系統，分布在需要舞動監測的輸電線路上，如圖1所示，每ー個線路檔距內的在線監測系統由安裝在輸電線路上的八個監測子站1、安裝在杆塔上的兩個監測主站2和安裝在監控中心的監控上位機3構成。 其中監測子站1與較近的監測主站2之間通過短程RF技術進行通信；監測主站2與監控上位機3之間通過GPRS技術進行通信。如圖2所示，所述監測子站1包括STM32單片機11、智能保護CT電源12、導線溫度傳感器13、加速度傳感器14、RF射頻模塊15。導線溫度傳感器13 (可使用熱敏電阻MF52) 和加速度傳感器14 (MMA7455)將測得的導線溫度及舞動參數存至STM32單片機11中，通過RF射頻模塊15 (Si4432)將數據發送給監測主站2。運行過程中，監測子站1通過智能保護CT電源12供電。如圖3所示，所述智能保護CT電源12包括取電模塊121、電能調理模塊122、智能保護模塊123 ；所述取電模塊含一次母線1211、電流互感器磁芯1212、二次線圈1213、取樣電阻 1214、單刀雙擲繼電器1215 ；—次母線1211穿過所述電流互感器磁芯1212 ；二次線圈1213 繞在電流互感器磁芯1212上，並與取樣電阻1214並聯，再與單刀雙擲繼電器1215串聯；所述電能調理模塊含整流電路1221、尖端洩放電路1222、紋波濾除電容1223、穩壓電路12M ；各電路之間依次串聯連接；所述的尖端洩放電路1222包括穩壓管，穩壓管與穩壓管限流電阻串聯後與整流橋的直流輸出並聯，其中間並聯另ー個限流電阻，該限流電阻與功率管門極相連，以控制功率管導通或關斷的電壓所述智能保護模塊含STM8單片機1231、RF射頻模塊15和超級電容。RF射頻模塊15與所述STM8單片機1231的UART管腳連接；超級電容並聯在所述STM8單片機1231 的供電端。[0031]所述一次母線1211上通有幅值恆定的交流電流，線路周圍將產生交變磁場，並在所述鐵芯1212上產生交變的磁通，這個磁通將在所述感應線圈1213上感應出交變的感應電流。感應電流在所述取樣電阻1214上成為電動勢輸出。在所述單刀雙擲繼電器1215 (JQC-3F)閉合的條件下，所述感應電動勢經整流電路1221整流後變為脈動直流電壓。脈動直流電壓經所述尖端洩放電路1222後，將脈動直流的尖峰能量洩放，再經所述濾波電容 1223可將較大的電壓紋波濾除。最後，該電壓經穩壓電路12M後降至5. 5V，以供使用。整個電路運行過程中，所述單片機控制模塊1231，可監測尖端洩放電路1222的エ 作溫度，並預設溫度超標閾值、恢復閾值和超標時長。工作溫度超標後，所述單片機控制模塊1231通過所述單刀雙擲繼電器1215斷開供電電路，直到所述尖端洩放電路1222的工作溫度進入恢復閾值後，所述單刀雙擲繼電器1215重新接入供電電路。供電斷開後，所述單片機控制模塊1231由內部超級電容供電。當在預設超標時長內，所述尖端洩放電路1222 的工作溫度不能進入恢復閾值吋，所述RF射頻模塊15啟動，下發電源裝置故障命令。如圖4所示，所述監測主站2包括STM32單片機主站控制系統21、供電模塊22、 GPRS模塊23、RF射頻模塊15、GPS模塊25、環境溫溼度傳感器26、風速風向傳感器27、 日照輻射傳感器觀、雨量傳感器四。環境溫溼度傳感器沈(SHT71)、風速風向傳感器27 (BCQ-FS-BA)、日照輻射傳感器28 (GZD系統)、雨量傳感器(WD211)將測得的環境參數存至 STM32單片機控制系統21中，通過GPRS模塊23 (EM310)將這些數據以及通過RF射頻模塊 15 (Si4432)所收到的監測子站1中所測數據一併發送給監控中心3。運行過程中，供電模塊22向監測主站2供電；GPS模塊25 (EM310)進行對吋，保證上傳數據的同步性。如圖5所示，所述供電模塊22，由太陽能光伏電源221、蓄電池222及控制模塊223 構成。光伏電源221通過控制模塊進行電能調理，給蓄電池222充電，再由蓄電池給後方負載供電。本實施例的監控子站利用加速度傳感器對線路舞動進行精確定位，定位數據通過短程射頻上傳至監控主站，每個監控主站接收四個較近監控子站的舞動監測數據，通過 GPRS將監測數據及環境氣象數據上傳至後臺監控上位機。每個監控主站通過GPS模塊進行對時，保證上傳數據的同步性。
權利要求1.ー種架空輸電線路舞動在線監測系統，其特徵在於每ー個檔距線路的在線監測系統由安裝在輸電線路上的若干個監測子站、分別安裝在杆塔上的兩個監測主站和安裝在監控中心的後臺監控上位機組成；所述的監測子站包括STM32單片機，在STM32單片機上連接設有智能保護CT電源、導線溫度傳感器、加速度傳感器和RF射頻模塊；導線溫度傳感器與所述STM32單片機的AD管腳相連接；加速度傳感器與所述STM32單片機的1 管腳相連接；RF射頻模塊與所述STM32 單片機的UART管腳連接；監測子站利用加速度傳感器對線路舞動進行精確定位，定位數據通過RF射頻模塊上傳至較近監測主站；所述的監測主站包括STM32單片機主站控制系統、供電模塊、GPRS模塊、RF射頻模塊、 GPS模塊、環境溫溼度傳感器、風速風向傳感器、日照輻射傳感器和雨量傳感器；GPRS模塊、 RF射頻模塊、GPS模塊與所述的STM32單片機主站控制系統的UART管腳連接；環境溫溼度傳感器與STM32單片機主站控制系統的SPI管腳相連接；風速風向傳感器、日照輻射傳感器和雨量傳感器與STM32單片機主站控制系統的AD管腳相連接；所述的供電模塊包括光伏電源，光伏電源與控制模塊串聯，再與蓄電池並聯，最後與負載串聯；每個監測主站接收較近監測子站的舞動監測數據，通過GPRS模塊將監測數據及環境氣象數據上傳至後臺監控上位機；通過GPS模塊進行對時，保證上傳數據的同步性。
2.根據權利要求1所述的架空輸電線路舞動在線監測系統，其特徵在於所述智能保護CT電源包括取電模塊、電能調理模塊、智能保護模塊；所述取電模塊含一次母線、電流互感器磁芯、二次線圈、取樣電阻、單刀雙擲繼電器；一次母線穿過所述電流互感器磁芯；二次線圈繞在電流互感器磁芯上，並與取樣電阻並聯，再與單刀雙擲繼電器串聯；所述電能調理模塊含整流電路、尖端洩放電路、紋波濾除電容、穩壓電路，各電路之間依次串聯連接；所述的尖端洩放電路包括穩壓管，穩壓管與穩壓管限流電阻串聯後與整流橋的直流輸出並聯，其中間並聯另ー個限流電阻，該限流電阻與功率管門極相連，以控制功率管導通或關斷的電壓；所述智能保護電路包括STM8單片機、RF射頻模塊和超級電容；RF射頻模塊與所述 STM8單片機的UART管腳連接；超級電容並聯在所述STM8單片機的供電端。
專利摘要本實用新型屬於輸電線路狀態監測技術領域，是一種架空輸電線路舞動在線監測系統，其特徵在於每一個檔距線路的在線監測系統由安裝在輸電線路上的若干個監測子站、分別安裝在杆塔上的兩個監測主站和安裝在監控中心的後臺監控上位機組成。它用兩個主站和若干個子站監測一個檔距線路的舞動狀態，子站利用加速度傳感器對線路舞動進行精確定位，定位數據通過短程射頻上傳至主站，每個主站接收四個較近子站的舞動監測數據，通過GPRS將監測數據及環境氣象數據上傳至後臺上位機。每個主站通過GPS模塊進行對時，保證上傳數據的同步性。本實用新型系統體積小、對線路力學特性影響小、動態性能好、數據監測精度高、成本低廉、可全天候工作。
文檔編號G01D21/02GK202304896SQ20112041801
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月28日 優先權日2011年10月28日
發明者吳軍基, 應展烽, 朱立位, 衡思坤, 郭昊坤, 陳運運 申請人:江蘇省電力公司連雲港供電公司