基於無線傳感器網絡的高壓電力線受力斷裂監測系統的製作方法
2024-01-24 04:03:15
專利名稱：基於無線傳感器網絡的高壓電力線受力斷裂監測系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於高壓電力線監測技術領域，具體為一種能夠利用低功耗無線傳感器網絡採集、處理、傳輸高壓電力線受力信息的監測與報警系統。
背景技術：
2008年我國南方遭遇雪災，電力線普遍覆冰，嚴重情況下導致電力線斷裂，由於電力公司無法判斷電纜將要在何處斷裂以及斷裂後的具體位置，故無法進行及時搶修，這是現在電力線系統普遍存在的問題。現有的電力線受力監測系統有採用張力傳感器，利用全球移動通信系統(GSM)或通用分組無線電業務(GPRS)網絡進行通信，分析電力線覆冰狀況，對電力線覆冰時的受力 狀況進行監測的。但是GMS和GPRS網絡都是收費型的網絡，並且存在較大的局限性，因此這影響了系統的應用範圍和應用前景。基於無線傳感器網絡的電力線受力監測與報警系統，由於無線傳感器網絡是多跳網絡，具有無主站、自組織、自治、自適應、體積小、價格便宜等優點，而且網絡的通信是完全免費的，這對於系統的普及有很大的幫助。並且該系統可以實現全範圍監測，減少傳統人工監測的高額成本，提高監測的可靠性。它的研究成果可以滿足電力系統在這個方面的需求，應用前景廣闊。目前針對電力線監測的國內專利有專利[I]林菲，李增軍.電力線路接點溫度監測系統[P].中國專利200420112527。專利[I]公開了一種電力線路溫度的監測系統，包括若干監測裝置和控制裝置。專利[2]葉耀確，潘潤東.遠程電力線路斷線監控系統[P].中國專利200820049172. 8。專利[2]採用了由聯網監控中心、傳輸網絡和若干智能報警終端組成的監控系統。專利[3]劉建山.電力線覆冰監測裝置[P].中國專利200920276523. 3。專利[3]是針對電力線覆冰情況進行監測的裝置，該裝置通過溫溼度傳感器和視頻傳感器讀取數據，談後通過GPRS將數據傳輸到變電站監控主機。專利[4]謝完成.基於GPRS的電力線覆冰監測裝置[P].中國專利201020617498.3.專利[4]提出了一個設置有太陽能電池和備用電池的監測裝置，保證了電力的持續供電。以上這些專利都對電力線進行了監測，有基於電脈衝的，也有基於環境參數的，都採用了相應的傳感器，並用GPRS將數據傳送至終端，但都沒有提及無線傳感網絡的應用。
發明內容
為了解決已有電力線監測系統中能耗較高、準確性較低、實時性較差的不足，本發明提供一種低功耗、提高監測的準確性和實時性的基於無線傳感器網絡的高壓電力線監測系統。為了解決上述技術問題提出的技術方案為一種基於無線傳感器網絡的電力線監測系統，所述電力線監測系統包括無線傳感器節點網絡和後臺監控中心，所述無線傳感器網絡包括用以收集電力線受力數據和環境數據的傳感器節點和用於傳輸數據的Sink節點，所述傳感器節點與所述Sink節點連接，所述Sink節點與後臺監控中心連接，在每根電線桿上放置一個所述傳感器節點，所述傳感器節點包括溫度和溼度傳感器，以及與所述電線桿連接的電力線的高處安裝的張力傳感器，所述張力傳感器通過屏蔽線與無線傳感器節點連接，所述後臺監控中心包括用以將採集到的張力與預設最大拉斷力比較，當張力超過最大拉斷力時發出告警信號的異常監測模塊。進一步，所述後臺監控中心還包括用以動態地顯示各節點位置的受力情況和環境參數，將相關信息存入資料庫，提供各種方式的查詢服務的監測顯示模塊。更進一步，所述後臺監控中心還包括用以將告警信號通過簡訊貓發送到所在位置的指定手機號碼的簡訊通知模塊。所述傳感器節點包括數據採集模塊、數據處理模塊、數據傳輸模塊和電源管理模塊，其中，數據採集模塊包括張力傳感器、溫溼度傳感器和風力傳感器，數據採集模塊採集到數據後傳至數據處理模塊，數據處理模塊主要是考慮採集到的數據存在較大的冗餘 ，同時為了節省節點的能量，我們會對採集的數據進行處理，然後通過數據傳輸模塊發送至Sink節點，所述的電源管理模塊包括蓄電池和充放電模塊，充電主要採用太陽能充電機制，這樣可以保證傳感器節點的續航能力。所述Sink節點包括數據處理模塊、數據傳輸模塊、GPRS模塊和電源管理模塊；數據傳輸模塊接收來自監測節點的數據，而數據處理模塊主要是對多個傳感器節點發送過來的數據進行匯聚處理，然後通過GPRS模塊傳送至後臺監測中心。本發明的技術構思為由無線傳感器節點網絡和後臺監控中心兩部分組成，其特徵在於所述傳感器節點網絡能夠採集電力線受力數據和環境數據，並將數據傳至Sink節點，再由Sink節點將數據傳輸到後臺監控中心，通過後臺監控中心將收到的數據進行匯總處理，動態顯示地顯示各節點的受力情況，將相關信息存入資料庫，並用我們設計的預測算法對數據進行分析，並異常情況進行報警，並提供各種方式的查詢服務，所述無線傳感器節點網絡由監測節點和Sink節點(即匯聚節點)組成，所有監測節點和Sink節點構成了一個統一的無線傳感器網絡。本發明的有益效果為採用無線傳感器節點網絡和後臺監控終端相配合的形式，可以很好地解決電力線的監測問題，免去人工檢查的繁瑣過程和維護次數，既減少成本，同時又提高了監測的可靠性，是一種有利於實時對高壓電力線進行監控和報警的系統。
圖I為系統示意圖。圖2為電力線受力情況示意圖。圖3為受力監測終端結構示意圖。圖4為張力傳感器示意圖。附圖標號說明1 一無線傳感器節點網絡、2—後臺監控終端3 — Sink節點、4一無線傳感器監測節點、5—張力傳感器、6—簡訊貓。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步說明。
參照圖I :一種基於無線傳感器網絡的高壓電力線監測系統，包括無線傳感器節點網絡I和後臺監控中心2，所述無線傳感器節點網絡能夠採集電力線受力數據和環境數據，並將數據傳至Sink節點3，再由Sink節點3將數據傳輸到後臺監控中心2，通過後臺監控中心2將收到的數據進行匯總處理，動態顯示地顯示各節點的受力情況，將相關信息存入資料庫，對異常情況進行報警，並提供各種方式的查詢服務，所述無線傳感器節點網絡I由Sink節點3、無線傳感器節點4和張力傳感器5組成,所有Sink節點3和無線傳感器節點4以及張力傳感器5構成了一個統一的無線傳感器網絡。張力傳感器5通過屏蔽線將採集到的高壓電力線受力信息傳遞給無線傳感器節點4，無線傳感器節點4本身自帶溫度和溼度傳感器，故通過無線傳感器節點4可採集到電力線受力數據和環境數據，然後將數據以一定格式的數據包的形式經過無線傳感器網絡I發送到Sink節點3，再由Sink節點3將數據傳輸到後臺監控系統2，後臺監控系統2發現異常情況時通過簡訊貓6將異常信息發送到指定的手機上。參照圖2 :所述的電力線受力情況，可通過架空電線上作用的張力大小與電線材 質、截面積和承受的荷載等因素計算獲得。為了表徵和比較電線的受力情況，通常以單位截面上的量值來進行電線的力學計算。可把單位截面上作用的張力稱為應力(σ)，單位為N/mm2或MPa ;電線單位長度、單位截面上承受的荷載稱為比載(r)，單位用N/mm2 · m或MPa/m表示。在覆冰情況下，電線垂向比載(rv)包括電線自重比載(rvl)和覆冰比載(rv2)
020.9π2 bib + /)) χ 10~!
rV=rVi+^ =—f +------:-其中，q為電線單位長度質量(kg/m) ；gn為
' AA
ο
重力加速度(N/kg) ;A為電線截面積(mm2) ;b為覆冰厚度(mm) ;D為電線外徑(mm)。電線
(D + 2b)WΜμ^ .μ0 x IO'1
水平比載(rh)為:rh - ° ^ C^e-其中，為基準風壓標準值；α
A
O
為風壓不均勻係數；μ s。為電線體型係數；μ z為風壓高度變化係數；μ θ為風壓隨風向的變
化係數。有冰有風時，電線的綜合比載r為r = 7 + rh2電線任一點c的軸向應力ox
與該點對最低點高差之間的關係式為σ χ= σ 0+r(y-y0) (N/mm2)。其中，σ。為電線最低處的水平應力，r為比載，y和y。分別為電線C點和O點處的縱坐標值(m)。由上式可知，在同一檔內電線相對高度越高的點上，其軸向應力越大。因此，我們在安裝張力傳感器的時候一定要將其裝在電力線相對位置較高的地方。參照圖3 :所述無線傳感器節點選用工作在2. 4GHz免費頻段的JN5139型無線傳感器節點。所述無線傳感器節點通過CPU控制AD轉換器周期性的採集張力、溫度、溼度和風力數據，通過自身帶有的12位高精度的AD轉換器將各個傳感器傳來的信號轉換為數位訊號，CPU將各種傳感器採集到的數據按一定的格式通過無線收發器發送給靠近匯聚節點的JN5139節點，節點在收到數據包之後即將數據包發送給離其最近且靠近匯聚節點的節點。JN5139節點採用定期休眠和喚醒機制，這樣可以節省能量，使整個無線傳感器網絡在沒有光照的情況下持續運行更長的時間。參照圖4 :所述的張力傳感器，電力線通過U形螺栓固定在傳感器上，當鋼絲繩受拉力時，力通過導向輪作用於傳感器上，傳感器內部應變片產生形變之後經過特定的電路產生對應的受力信號，張力傳感器內部自帶放大電路，輸出信號為O 5V的模擬電壓信號，綜合精度誤差為±0. 3%F · S，工作溫度為一20° C +60° C，工作電壓為12V，量程為10T,大於一般用於110千伏高壓輸電線的最大拉斷力(一般用於傳輸Iio千伏高壓輸電線為鋼線7根直徑2. 4mm，鋁線24根直徑3. 6mm,拉斷力75620牛約7716千克)。所述後臺監控中心系統主界面，圖中黑色區域為受力圖形顯示區，受力大小以柱形圖顯示，當受力數據屬於正常範圍的時候，受力數據將在接收顯示區顯示，否則就在異常數據顯示區顯示，同時通過簡訊貓將受力異常數據發至指定的手機號碼上，即使沒有人在後臺監控系統旁也可以知道哪裡電力線將要或者已經出現了故障，這樣可以使電力公司迅速組織人力物力及時解決電力線因覆冰或其他原因而出現的險情。本系統另外一個功能是可以根據日期和受力等條件查詢電力線的受力數據，供日後電力部門工作人員分析電力線 因環境等因素受力改變提供原始數據。
權利要求
1.一種基於無線傳感器網絡的高壓電力線受力斷裂監測系統，其特徵在於所述電力線監測系統包括無線傳感器節點網絡和後臺監控中心，所述無線傳感器網絡包括用以收集電力線受力數據和環境數據的傳感器節點和用於傳輸數據的Sink節點，所述傳感器節點與所述Sink節點連接,所述Sink節點與後臺監控中心連接,在每根電線桿上放置一個所述傳感器節點，所述傳感器節點包括溫度和溼度傳感器，以及與所述電線桿連接的電力線的高處安裝的張力傳感器，所述張力傳感器通過屏蔽線與無線傳感器節點連接，所述後臺監控中心包括用以將採集到的張力與預設最大拉斷力比較，當張力超過最大拉斷力時發出告警信號的異常監測模塊。
2.如權利要求I所述的基於無線傳感器網絡的電力線監測系統，其特徵在於所述後臺監控中心還包括用以動態地顯示各節點位置的受力情況和環境參數，將相關信息存入資料庫，提供各種方式的查詢服務的監測顯示模塊。
3.如權利要求I或2所述的基於無線傳感器網絡的電力線監測系統，其特徵在於所述後臺監控中心還包括用以將告警信號通過簡訊貓發送到所在位置的指定手機號碼的簡訊通知模塊。
4.如權利要求I或2所述的基於無線傳感器網絡的電力線監測系統，其特徵在於所述傳感器節點包括數據採集模塊、數據處理模塊、數據傳輸模塊和電源管理模塊，其中，數據採集模塊包括張力傳感器、溫溼度傳感器和風力傳感器，數據採集模塊採集到數據後傳至數據處理模塊，並通過數據傳輸模塊發送至Sink節點。
5.如權利要求I或2所述的基於無線傳感器網絡的電力線監測系統，其特徵在於所述Sink節點包括數據處理模塊、數據傳輸模塊、GPRS模塊和電源管理模塊；數據傳輸模塊接收來自監測節點的數據經數據處理模塊處理後通過GPRS模塊傳送至後臺監測中心。
全文摘要
一種基於無線傳感器網絡的高壓電力線受力斷裂監測系統，包括無線傳感器節點網絡和後臺監控中心，無線傳感器網絡包括用以收集電力線受力數據和環境數據的傳感器節點和用於傳輸數據的Sink節點，傳感器節點與所述Sink節點連接，所述Sink節點與後臺監控中心，在每根電線桿上放置一個所述傳感器節點，所述傳感器節點上溫度和溼度傳感器，與所述電線桿連接的電力線的高處安裝張力傳感器，所述張力傳感器通過屏蔽線與無線傳感器節點連接，所述後臺監控中心包括用以將採集到的張力與預設最大拉斷力比較，當張力超過最大拉斷力時發出告警信號的異常監測模塊。本發明低功耗、提高監測的準確性和實時性。
文檔編號G08C17/02GK102867399SQ201210329660
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月7日 優先權日2012年9月7日
發明者陳慶章, 倪雲峰, 王凱, 範聰玲, 吳榮傑, 楊帆, 李興華, 陳宇錚, 毛科技, 趙小敏, 宦若紅, 雷豔靜 申請人:浙江工業大學