CN101922924B - 一种输电线路信息检测***、方法及gps移动站装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种输电线路信息检测***、方法及GPS移动站装置，该检测***包括：GPS基准站装置，用于获取塔上GPS信息，并将该塔上GPS信息发送至GPS移动站装置；所述GPS移动站装置用于获取线上GPS信息，并根据所述的塔上GPS信息和线上GPS信息获得差分定位信息，将该差分定位信息发送至数据处理装置；所述数据处理装置用于根据所述定位信息计算所述输电线路的导线弧垂值。

Description

一种输电线路信息检测***、方法及GPS移动站装置

技术领域

本发明涉及电力监测技术领域，尤其涉及一种输电线路信息检测***。

背景技术

在一定的微气象、微地理条件下，常常会出现输电线路导线覆冰现象。导线覆冰引起的过载荷往往会造成金具损坏、导线断线、杆塔倒塌等机械事故；也可能使弧垂增大，造成闪络和烧伤、烧断导线等电气事故。

由于冰灾事故的频繁发生以及发生冰灾后果的严重性，电力生产、运行、科研单位广泛探索防冰灾的措施。要有效预防线路覆冰的危害，首先要对线路覆冰的发生进行监测和预警，在覆冰到来前或在覆冰发生初期，还未对线路造成损坏时，及时采取人工除冰，短路融冰等应对措施，防止电网大面积瘫痪对国民经济造成重大损失。

对线路覆冰进行监测必须依靠有效的覆冰监测手段和装置，目前最常用的是通过安装拉力传感器直接监测导线重量的方法。现有技术“测量架空送电线路导、地线覆冰厚度和重量的方法及***”公开了将拉力测量装置串入绝缘子串或绝缘子串上下连接金具中，来测量导线重量和厚度的方法，该拉力测量装置为拉力传感器、光栅应力测试装置或应力片传感器。现有技术“一种对输电线路覆冰及舞动的在线预警装置”将重力传感器的顶部球头挂环与铁塔上顶端球头相连，用剪应力测量方式来测量导线及覆冰的重量。

以上测量方法比较直接，但是拉力传感器本身是非标金具，其自身的材料强度须经过严格的试验，用在已建线路上须对线路本身进行施工，施工难度高，且可能会改变线路本身的绝缘电气间隙，从线路拉力状态，电气绝缘和施工等各方面对线路安全都存在潜在的影响。而采用间接的方法进行测量时，可以将装置用卡具直接安装在已建线路上，但必须解决带线电路上产生的强电磁干扰、电晕放电问题，及能量供给问题。

公开号为CN 1844849A、CN 101038186A的中国专利所公开的内容被合并于此，以作为本发明的现有技术。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种输电线路信息检测***，该检测***包括：GPS基准站装置，用于获取塔上GPS信息，并将该塔上GPS信息发送至GPS移动站装置；所述GPS移动站装置用于获取线上GPS信息，并根据所述的塔上GPS信息和线上GPS信息获得定位信息，将该定位信息发送至数据处理装置；所述数据处理装置用于根据所述定位信息计算所述输电线路的导线弧垂值。

本发明实施例还提供了一种输电线路信息检测***，该检测***包括：GPS基准站装置，用于获取塔上GPS信息，并将该塔上GPS信息发送至数据处理装置；GPS移动站装置，用于获取线上GPS信息和导线温度，并将该线上GPS信息和导线温度发送至数据处理装置；所述数据处理装置用于根据所述塔上GPS信息和线上GPS信息获得定位信息，并根据该定位信息和导线温度计算所述输电线路的导线弧垂值和覆冰重量

本发明实施例还提供了一种用于输电线路信息采集的GPS移动站装置，该装置包括：GPS接收单元，用于获取全球定位***GPS信息，所述的GPS接收单元包括GPS接收模块和GPS天线，其中，所述的GPS接收模块包括无线射频单元、信号通道、微处理器和存储单元，GPS天线的非GPS信号接收面部分封装在壳体内，GPS天线和GPS接收模块通过双层屏蔽线连接，将来自天空的GPS射频信号输入GPS接收模块；温度传感与调理单元，用于传感所述输电线路的导线温度信号，并将该温度信号调理为标准电压信号；采集与控制单元，连接于无线传输单元及所述的GPS接收单元和温度传感与调理单元，用于获取所述的GPS信息、根据上述标准电压信号获取导线温度信息，并通过无线传输单元发送上述GPS信息和导线温度信息，以及通过该无线传输单元接收远程控制命令。

本发明实施例还提供了一种输电线路信息检测方法，该方法包括：获取所述输电线路的线上GPS信息和塔上GPS信息；根据所述输电线路的线上GPS信息和塔上GPS信息计算所述输电线路的导线弧垂值。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：提供了一种输电线路信息检测***及方法，可用于监测导线弧垂和覆冰重量，还可跟踪导线运动轨迹，便于对导线舞动、风偏等做定量的监测和预警。并提供了一种输电线路信息采集装置，便于安装在现有输电线路上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种输电线路信息检测***的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种输电线路信息检测***的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种输电线路信息检测***中GPS基准站装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种输电线路信息检测***中GPS移动站装置的结构示意图；

图5为本发明另一实施例提供的一种输电线路信息检测***的结构示意图；

图6为本发明另一实施例提供的一种输电线路信息检测***的结构示意图；

图7为本发明另一实施例提供的一种输电线路信息检测***中GPS基准站装置的结构示意图；

图8为本发明另一实施例提供的一种输电线路信息检测***中GPS移动站装置的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的一种输电线路信息计算方法示意图；

图10为发明实施例提供的一种用于输电线路信息采集的GPS移动站装置的结构示意图；

图11为发明另一实施例提供的一种用于输电线路信息采集的GPS移动站装置的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的一种用于输电线路信息采集的GPS移动站装置的结构分解示意图；

图13A、图13B为本发明实施例提供的一种用于输电线路信息采集的GPS移动站装置的结构及安装示意图；

图14为本发明实施例提供的一种用于输电线路信息采集的GPS移动站装置中GPS接收单元的电源控制开关示意图；

图15为本发明实施例提供的一种用于输电线路信息采集的GPS移动站装置中感应取能供电单元的剖面示意图；

图16为本发明实施例提供的一种用于输电线路信息采集的GPS移动站装置的工作流程图；

图17为本发明实施例提供的一种输电线路信息检测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供一种输电线路信息检测***，该***包括：

GPS基准站装置102，用于获取塔上基准站安装点GPS信息，并将该塔上GPS信息发送至GPS移动站装置104；

所述GPS移动站装置用于获取线上移动站安装点GPS信息，并根据所述的塔上GPS信息和线上GPS信息获得差分定位信息，将该差分定位信息发送至数据处理装置106；

所述数据处理装置106用于根据所述差分定位信息计算所述输电线路的导线弧垂值。上述技术方案提供了一种输电线路信息检测***及方法，可用于监测导线弧垂。

实施例二

如图2所示，本发明实施例提供一种输电线路信息检测***，该***由1台GPS基准站装置202、1台GPS移动站装置204及数据处理装置206组成，其中，GPS基准站装置202安装在铁塔横担上，并保证该GPS基准站装置202上方无铁塔角钢遮挡，GPS移动站装置204安装在被测导线所在档距正中，即1/2处。

其中，所述的GPS基准站装置202，用于通过GPS卫星获取塔上基准站安装点GPS信息，通过无线传感器网络或采用zigbee、Wifi等短距离无线通信方式将自身的精确三维坐标和测距码观测量、载波相位观测量，或观测量的修正值发送至GPS移动站装置204。

所述GPS移动站装置用于通过GPS卫星获取线上移动站安装点GPS信息，该线上GPS信息包括测距码信息、载波相位信息和导航电文，并同时接收来自所述GPS基准站的改正信息，根据基准站传递的信息和自身测量的结果，组成差分模型，进行基线向量的结算，获得厘米级精度的定位信息，通过GPRS或CDMA等无线通信网络发送到INTERNET网上的指定IP地址设备，即数据处理装置206。

所述GPS移动站装置还通过热电阻获取安装点导线温度数据，并通过GPRS或CDMA等无线通信网络将导线温度数据和上述差分定位信息一起发送给数据处理装置206。

所述数据处理装置206根据现场各安装点的测绘定位结果和移动站的差分定位信息，得出导线弧垂、风偏，并可进一步建立导线力学状态模型，求出导线覆冰重量。

其中，如图3所示，所述的GPS基准站装置202包括：

第一GPS接收单元302，用于通过GPS卫星获取塔上基准站安装点GPS信息；

第一采集与控制单元304，连接于第一无线传输单元306及所述的第一GPS接收单元302，用于从第一GPS接收单元302获取所述的塔上GPS信息并通过该第一无线传输单元306发送至所述的GPS移动站装置，以及通过该第一无线传输单元306接收所述的数据处理装置发送的控制命令。

上述GPS基准站装置202还由太阳能供电单元及壳体组成。所述第一GPS接收单元302接收天空GPS信息，并按第一采集与控制单元304的指令将有效信息传送给第一采集与控制单元304，其输出输入接口分别与第一采集与控制单元304的输入输出接口连接；所述的第一采集与控制单元304输出输入接口分别与第一无线传输单元306的输入输出接口连接，将所述塔上GPS信息通过第一无线传输单元306发送到GPS移动站装置204，并可通过第一无线传输单元306接收来自数据处理装置206的指令。所述的太阳能供电单元由太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池及稳压电路组成，将带太阳能电池板吸收的太阳能转为稳定的直流电源，同时给第一GPS接收单元302、第一采集与控制单元304、第一无线传输单元306供电。

在本实施例中，上述第一无线传输单元306由2.4G无线传感器网络模块和2.4天线组成，用于将基准站准确坐标、观测信息或改正信息发送到GPS移动站装置204。

其中，如图4所示，所述GPS移动站装置204包括：

第二GPS接收单元402，用于通过GPS卫星获取线上GPS移动站安装点GPS信息；

温度传感与调理单元404，用于传感所述输电线路的温度信号，并将该温度信号调理为标准电压信号；

第二采集与控制单元406，连接于第二无线传输单元408及所述的第二GPS接收单元402和温度传感与调理单元404，用于获取所述的线上GPS信息和标准电压信号，及接收所述GPS基准站装置202发送的塔上GPS信息，根据所述塔上GPS信息和线上GPS信息获得差分定位信息，并对上述标准电压信号进行AD转换处理得出导线温度信息，并通过所述第二无线传输单元408发送该差分定位信息和导线温度信息至所述的数据处理装置206，以及通过该第二无线传输单元408接收所述的数据处理装置206发送的控制命令。

其中，所述的第二无线传输单元408包括：短距离无线通信模块，用于接收所述GPS基准站装置202发送的塔上GPS信息，由第二GPS接收单元402进行差分处理后得到定位信息，将结果回传第二采集与控制单元406，并由第二采集与控制单元406通过第二无线传输单元408将定位信息发送到数据处理装置206；远距离无线通信模块，用于将所述的定位信息和导线温度信息传送至所述的数据处理装置206，以及通过该远距离无线通信模块接收所述的数据处理装置206发送的控制命令。

在本发明另一实施例中所述的第二无线传输单元408由单个无线通信模块构成，由通信模块接收GPS基准站装置202发送的信息，传送给采集与控制单元，第二GPS接收单元402将基准站信息传送给第二GPS接收单元402，由第二GPS接收单元402进行差分处理后得到定位信息，将结果回传给第二采集与控制单元406，并由第二采集与控制单元406通过第二无线传输单元408将定位信息发送到数据处理装置206。

上述GPS移动站装置202中的第二GPS接收单元402由GPS天线和GPS模块构成，该GPS天线的非信号接收面部分由光滑屏蔽壳体封装，通过带重力锤的固定架固定在导线上；GPS天线可以与GPS移动站装置202本体分开一段距离安装，两者之间通过双层屏蔽线连接。

其中，所述数据处理装置206获取所述的定位信息后，通过以下步骤完成对覆冰线路导线弧垂及覆冰重量的计算：

1、根据档中处移动站、档距两端挂线处的空间三维坐标，按空间立体几何关系计算档中处导线在风偏面内的弧垂；

2、根据档中处移动站、档距两端挂线处的空间三维坐标，按空间立体几何关系计算档中处导线的风偏角；

3、根据导线初始安装条件包括初始安装时最低点的水平应力、导线悬挂点的高角差、导线热膨胀系数、导线弹性系数、档距、初始安装时的导线温度等以及当前的导线温度、档中风偏面内的导线弧垂计算导线总比载；

4、根据导线总比载和导线档中处风偏角计算导线垂直总比载；

5、根据导线垂直总比载和导线自重比载计算覆冰比载；

6、根据导线覆冰比载计算导线重量。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：1、现场安装时，可用圆形卡箍等固定件将线上装置固定在导线上，不需要将装置串入线路进行测量，能在不改变原有线路结构的条件进行测量，避免了线路运行风险；

2、对导线弧垂采用空间定位测量方法，测量方法直接，可准确测量出导线弧垂值，能使弧垂测量精度达到厘米级水平；

3、采用GPS动态相对定位的测量方法，即差分GPS测量法，可有效消除或消弱多项GPS卫星观测误差，如卫星钟差、接收机钟差、卫星星历误差、大气折射误差等，大大提高了导线覆冰重量测量的精度；

4、本发明不仅可监测导线弧垂和覆冰重量，还可对导线风偏等做定量的监测和预警；

5、本发明为跟踪导线风偏、舞动、振动等各类运动轨迹，进行各类线路运行状态预警提供了一个良好的***平台。

实施例三

如图5所示，本发明实施例提供一种输电线路信息检测***，该***包括：

GPS基准站装置502，用于获取塔上GPS基准站安装点GPS信息，并将该塔上GPS信息发送至数据处理装置506；

GPS移动站装置504，用于获取线上GPS移动站安装点GPS信息及导线温度，并将该线上GPS信息和导线温度发送至数据处理装置506；

所述数据处理装置506用于根据所述塔上GPS信息和线上GPS信息获得差分定位信息，并根据该差分定位信息计算所述输电线路的导线弧垂值。

上述技术方案提供了一种输电线路信息检测***及方法，可用于监测导线弧垂。

实施例四

如图6所示，本发明实施例提供一种输电线路信息检测***，该***由1台GPS基准站装置502、1台GPS移动站装置504及数据处理装置506组成，其中，GPS基准站装置502安装在铁塔横担上，并保证该GPS基准站装置502上方无铁塔角钢遮挡，GPS移动站装置504安装在被测导线所在档距正中，即1/2处。

其中，所述的GPS基准站装置502和GPS移动站装置504，同时采集同一现场的GPS卫星定位信号，并将测距码信息、载波相位信息和导航电文数据，以及导线温度数据通过GPRS/CDMA网络，或者以Wifi等无线接力方式发送到数据处理装置506，数据处理装置506对GPS基准站装置502和GPS移动站装置504传回的原始GPS数据进行差分处理，得出GPS移动站装置504在WGS-84坐标系中的坐标，建立导线力学状态方程，求出导线弧垂和覆冰重量。

其中，如图7所示，上述GPS基准站装置502主要由GPS接收单元、采集与控制单元、无线传输单元、太阳能供电单元及壳体组成。所述GPS接收单元接收天空GPS信息，并按采集与控制单元指令将有效信息传送给采集与控制单元，其输出输入接口分别与采集与控制单元的输入输出接口连接；所述的采集与控制单元输出输入接口分别与无线传输单元输入输出接口连接，将所采信息通过无线传输单元发送到数据处理装置，并可接收无线传输单元所接收的来自数据处理装置的指令。所述的太阳能供电单元将太阳能电池板吸收的太阳能转为稳定的直流电源，同时给GPS接收单元、采集与控制单元、无线传输单元供电。

上述的GPS接收单元由GPS接收模块和GPS天线组成；GPS接收模块主要由无线射频单元、信号通道、微处理器和存储单元等构成，在上电完成初始自检后，自动接收来自天线的GPS射频信号，经过滤波、放大、相关、混频等一系列处理后，完成通道对其视界内几何位置最佳的数颗卫星的连续跟踪，并且测出信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，最后按采集与控制单元的控制指令，经由I/O口输出串行数据到采集与控制单元。

上述的太阳能供电单元由太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池及稳压电路组成，其中稳压电路集成在采集与控制单元内；上述采集与控制单元带电源控制开关，可控制无线传输单元和GPS接收单元的电源供给。

在本实施例中，上述GPS基准站装置502的无线传输单元由GPRS/CDMA数据传输终端和GPRS/CDMA天线组成，用于将基准站原始的C/A码、P码、载波相位数据等发送到数据处理装置506。

除天线外，GPS基准站装置502各组成单元固定在双层或单层屏蔽的机箱内部，无线天线固定在机箱上，GPS天线从机箱内引出，与无线天线隔开一定距离后（一般1米以上），固定在铁塔上，以避免无线信号对GPS信号接收的影响，也可将GPS天线固定在机箱上，无线天线从机箱内引出，与GPS天线隔开一定距离后(一般1米以上)，固定在铁塔上。

其中，如图8所示，上述GPS移动站装置504主要由GPS接收单元、温度传感与调理单元、采集与控制单元、无线传输单元、感应取能供电单元及壳体组成。所述GPS接收单元接收天空GPS信息，并按采集与控制单元指令将有效信息传送给采集与控制单元；所述的温度传感与调理单元感测导线温度，将传感信号调理为标准电压信号传输给采集与控制单元；上述GPS接收单元、温度传感与调理单元的输出输入接口分别与采集与控制单元的输入输出接口连接；所述的采集与控制单元输出输入接口分别与无线传输单元输入输出接口连接，将GPS移动站定位信息和导线温度数据通过无线传输单元发送至数据处理装置506，并可接收无线传输单元所接收的来自数据处理装置506的指令。所述的感应取能供电单元将带电导线电磁能转为稳定的直流电源，同时给GPS接收单元、温度传感与调理单元、采集与控制单元、无线传输单元供电。

其中，当数据处理装置506远离线路现场时，上述GPS移动站装置的无线传输单元由GPRS/CDMA模块构成；当数据处理装置506在导线附近时，无线传输单元由无线传感器网络模块构成。由GPS接收单元将卫星观测信息传送给采集与控制单元，采集与控制单元通过无线传输单元将原始观测信息和导线温度发送到数据处理装置506。

其中，所述的数据处理装置506还用于根据所述差分定位信息计算所述输电线路的风偏角，及根据所述的导线弧垂值及输电线路的初始信息计算该输电线路的覆冰重量，本实施例提供的一种具体计算方法如下：

1）根据档距1/2处移动站、档距两端挂线处A、B的空间三维坐标，按空间立体几何关系计算档距1/2处风偏面内的导线弧垂，如图9所示，

以悬点高差角不是很大的弧立档为例进行分析，其悬点固定或变动幅度很小。（对于耐张段，可能由于风偏或覆冰因素导致各档水平张力不同，悬点位置也会有变）

GPS移动站安装于导线档距中央即1/2处的C点，导线两悬挂点A、B的坐标可通过现场测绘获得。设悬点A和悬点B的现场坐标分别为（x_A,y_A,z_A）和（x_B,y_B,z_B），则弦AB中点Z的坐标（x_z,y_z,z_z）为

x_z＝x_A+(x_B-x_A)/2

y_Z＝y_A+(y_B-y_A)/2

z_Z＝z_A+(z_B-z_A)/2

由GPS移动站装置504的定位信息换算出的GPS移动站在与A、B同一现场坐标系中的坐标为：（x_C,y_C,z_C），

则在档距1/2处即档中处风偏面内的弧垂为：

${f_M}^{\′}=\sqrt{{(x_C-x_Z)}^2+{(y_C-y_Z)}^2+{(z_C-z_Z)}^2}---(4-1)$

2）根据档距1/2处移动站、档距两端挂线处A、B的空间三维坐标，按空间立体几何关系计算档距1/2处导线的风偏角。

设通过AB两点的竖直垂面为S，点C在垂面S中的投影为D，通过求解AB两点的竖直面平面方程及C到此平面的最小距离，求出点D的坐标为（x_D,y_D,z_D）；（在没有风的情况下，C点和D点重合，风偏角为0）

则C到面S的垂足D距离为：

$d_{\mathrm{CD}}=\sqrt{{(x_C-x_D)}^2+{(y_C-y_D)}^2+{(z_C-z_D)}^2}---(4-2)$

由此可以求得导线档中处风偏角η为：

$\sin \mathrm{\η}=\frac{d_{\mathrm{CD}}}{{f_M}^{\′}}---(4-3)$

3）根据导线初始安装条件、导线自身参数、当前导线温度及导线在档中风偏面内的弧垂计算导线总比载。

在覆冰和有风的情况下，风偏面内的导线综合比载可用下列公式求得：

$g^{\′}=\frac{8f_M^{\′}{\mathrm{\δ}}_o^{\′}\cos \mathrm{\β}}{l^2}---(4-4)$

其中：

${\mathrm{\δ}}_o^{\′}={\mathrm{\δ}}_{\mathrm{or}}+\frac{8E{f}_M^{\′2}{\cos }^5\mathrm{\β}}{3l^2}-\frac{E{g}_{\mathrm{or}}^2{l}^2{\cos }^3\mathrm{\β}}{24{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{or}}^2}-\mathrm{\α}E\cos \mathrm{\β}(t-t_{\mathrm{or}}),---(4-5)$

式（4-4）和（4-5）各参数含义如下：

δ′_o——导线最低点处当前最小水平应力

δ_or——初始安装时的导线最低点的水平应力

g_or——导线初始比载，即自重比载

f′_M——档距1/2处风偏面内的弧垂

β——导线两悬点间的高差角

α——导线热膨胀系数(1／℃)

E——导线弹性系数(MPa)

l——档距(m)

t_or——初始安装时的导线温度（℃）（环境温度）

t——当前的导线温度（℃）

4）根据导线总比载和导线档中处风偏角计算导线垂直总比载。

导线垂直总比载g_v和水平比载g_h分别为：

g_v＝g′cosη

g_h＝g′sinη           （4-6）

5）根据导线垂直总比载和导线自重比载计算覆冰比载。

由垂直方向总比载g_v＝g_or+g_i，其中导线自重比载g_or为已知条件，则导线覆冰比载g_i为：

g_i＝g_v-g_or         （4-7）

6）根据导线覆冰比载计算导线覆冰重量。

G＝g_iAL′           （4-8）

式（4-8）中，

G为导线覆冰重量；

g_i为导线覆冰比载；

A为导线截面积；

L′为档距内导线的长度。

L′可以使用下列公式计算：

$L^{\′}=\frac{l}{\cos \mathrm{\β}}+\frac{g^{\′2}{l}^3\cos \mathrm{\β}}{24{\mathrm{\δ}}_o^{\′2}}=\frac{l}{\cos \mathrm{\β}}+\frac{8f_M^{\′}l{\cos }^2\mathrm{\β}}{3}---(4-9)$

上述技术方案具有如下优点或有益效果：1、现场安装时，可用圆形卡箍等固定件将线上装置固定在导线上，不需要将装置串入线路进行测量，能在不改变原有线路结构的条件进行测量，避免了线路运行风险；

2、对导线弧垂采用空间定位测量方法，测量方法直接，可准确测量出导线弧垂值，能使弧垂测量精度达到厘米级水平；

3、采用GPS动态相对定位的测量方法，即差分GPS测量法，可有效消除或消弱多项GPS  星观测误差，如卫星钟差、接收机钟差、卫星星历误差、大气折射误差等，大大提高了导线覆冰重量测量的精度；

4、本发明不仅可监测导线弧垂和覆冰重量，还可对导线风偏等做定量的监测和预警；

5、本发明为跟踪导线风偏、舞动、振动等各类运动轨迹，进行各类线路运行状态预警提供了一个良好的***平台。

实施例五

如图10所示，本发明实施例提供一种用于输电线路信息采集的GPS移动站装置，该装置包括：

GPS接收单元1002，用于获取全球定位***GPS信息；

温度传感与调理单元1004，用于传感所述输电线路的导线温度信号，并将该温度信号调理为标准电压信号；

采集与控制单元1006，连接于无线传输单元1008及所述的GPS接收单元1002和温度传感与调理单元1004，用于获取所述的GPS信息和标准电压信号，将对上述标准电压信号进行AD转换处理获取导线温度信息，并通过无线传输单元1008发送GPS信息和导线温度信息，以及通过该无线传输单元1008接收远程控制命令。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：提供了一种用于输电线路信息采集的GPS移动站装置，便于安装在现有输电线路上，其采集的输电线路的信息可用于监测导线弧垂和覆冰重量，还可跟踪导线运动轨迹，便于对导线舞动、风偏等做定量的监测和预警。

实施例六

如图11所示，本发明实施例提供一种用于输电线路信息采集的GPS移动站装置，该装置可用于上述实施例所述的输电线路的信息检测***，该GPS移动站装置包括：

GPS接收单元1102，用于获取全球定位***GPS信息；

温度传感与调理单元1104，用于测量所述输电线路的导线温度信号，并将该温度信号调理为标准电压信号；

采集与控制单元1106，连接于无线传输单元1108及所述的GPS接收单元和温度传感与调理单元，用于获取所述的GPS信息，将对上述标准电压信号进行AD转换处理获取导线温度信息，并通过无线传输单元发送，以及通过该无线传输单元接收远程控制命令；

感应取能供电单元1110，连接于所述的GPS接收单元、温度传感与调理单元、采集与控制单元和无线传输单元，用于将所述输电线路的电磁能转换为稳定的直流电源，并给所述的GPS接收单元、温度传感与调理单元、采集与控制单元和无线传输单元供电。

其中，所述GPS接收单元1102接收天空GPS信息，并将有效信息传送给采集与控制单元。该GPS接收单元1102主要包括GPS接收模块和GPS天线，GPS接收模块主要由无线射频单元、信号通道、微处理器和存储单元等构成；GPS天线的非GPS信号接收面部分封装在单层或双层屏蔽的圆柱形、圆弧形或圆球形金属壳体内；GPS天线和GPS模块之间通过双层屏蔽线连接，将来自天空的GPS射频信号输入GPS模块进行处理和传输。

所述的GPS接收模块主要由无线射频单元、信号通道、微处理器和存储单元等构成。在上电完成初始自检后,它将自动接收来自天线的GPS射频信号，经过滤波、放大、相关、混频等一系列处理后，完成通道对其视界内几何位置最佳的数颗卫星的连续跟踪，并且测出信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，最后按采集与控制单元的控制指令，经由I/O口输出串行数据，这些数据包括用于差分计算用的测距码信息、载波相位信息和导航电文数据，或者是经差分处理后的信息采集装置的三维空间坐标信息。

所述的温度传感与调理单元1104感测导线表面温度，将传感信号调理为标准电压信号传输给采集与控制单元。该温度传感与调理单元1104由1路或2路温度传感器，和信号调理模块组成，温度传感器为热电阻、集成温度传感器或其他接触式测温元件，温度传感器引线通过检测装置底部固定块上的小孔引入信号调理模块。

上述无线传输单元1108有以下几种构成和传输方式：

1）无线传输单元1108由短距离无线传感器网络模块和GPRS数据传输终端及相应无线天线构成，由短距离通信模块接收其他GPS信息采集装置发送的信息，传送给上述采集与控制单元，采集与控制单元将其他GPS信息采集装置发送的信息传送给上述GPS接收单元，由GPS接收单元进行差分处理后，将结果传给采集与控制单元，并由采集与控制单元通过GPRS网络将处理结果和导线温度发送到后端***。

2）无线传输单元1108由单个双向无线传感器网络通信模块及相应无线天线构成，由通信模块接收其他GPS信息采集装置发送的信息，传送给上述采集与控制单元，采集与控制单元将其他GPS信息采集装置发送的信息传送给GPS接收单元，由GPS接收单元进行差分处理后，将结果传给采集与控制单元，并由采集与控制单元通过无线传感器网络模块将处理结果和导线温度发送到后端***。

3）无线传输单元1108由单个GPRS/CDMA模块或者单个无线传感器网络模块及相应无线天线构成；由GPS接收单元将卫星观测信息传送给采集与控制单元，采集与控制单元通过无线模块将原始观测信息和导线温度发送到后端差分处理***进行处理。

所述的GPS接收单元1102、温度传感与调理单元1104的输出输入接口分别与采集与控制单元1106的输入输出接口连接；所述的采集与控制单元1106输出输入接口分别与无线传输单元1108输入输出接口连接，将所采信息通过无线传输单元1108发送到附近或远程的接收设备，并可接收无线传输单元所接收的来自远程的指令。所述的采集与控制单元1106上带有若干电源控制开关，可分别控制GPS接收单元、信号调理单元及无线传输模块的电源供给。

所述的感应取能供电单元1110由感应取能模块、电源调理模块、限流散热电阻和蓄电池组成。感应取能模块1110由对接的环形铁芯和缠绕在铁芯上的线圈组成，上下铁芯分别封装在对接的光滑环形封装内，环形封装与壳体连接处留有过孔，铁芯上缠绕的线圈为1组或2组。当线圈为1组时，线圈一端经过孔接入电源调理模块，另一端通过过孔后串入限流散热电阻，再接入电源调理模块；当所绕线圈为2组时，匝数较少的线圈两端经过孔直接接入电源调理模块，匝数较多的线圈一端经过孔直接接入电源调理模块，另一端串入单个或依次连接的限流散热电阻后，再接入电源调理模块。

其中，所述的信号调理模块可集成在电源调理模块或采集与控制单元上。

上述GPS接收单元、温度传感与调理单元的输出接口分别与采集与控制单元的输入接口连接，其中GPS接收单元与采集与控制单元之间通过232串行接口连接，按采集与控制单元指令将处理后的有效数据输入采集与控制单元；

如图12所示，为上述实施例提供的GPS移动站装置的结构分解示意图；所述的GPS接收模块、信号调理模块、采集与控制单元、无线传输模块、电源调理模块和蓄电池通过壳体内部插槽固定在双层或单层屏蔽的金属壳体内；限流散热电阻以环行排列方式安装在监测仪壳体的环行内壁上，限流散热电阻与安装内壁之间的缝隙以散热垫填充；上述无线天线与GPS天线由壳体同一侧的端盖引出和固定，无线天线安装在端盖上靠近导线的部位。

如图13A所示，为上述实施例提供的GPS移动站装置的结构及安装示意图；其中，所述的温度传感元件为2路金属外壳封装的热电阻1、热电阻2，固定在卡箍与壳体底部固定块连接处的方形小孔中，当卡箍卡紧导线时，热电阻自然与导线紧密接触以感测导线表面温度，热电阻通过固定块上的小孔引入壳体内部的温度信号调理模块上，经温度信号调理模块将电阻变化转为标准电压信号送入采集与控制单元。

本发明另一实施例还提供一种GPS移动站装置的结构及安装示意图，如图13B所示，GPS天线为圆盘状、轻便、抗恶劣环境的天线，顶部突起的一面为GPS信号接收面，信号接收面以下部分均封装在顶部开口的圆柱形金属屏蔽筒内，该屏蔽筒由内外双层金属构成，边角处均采用圆弧过渡结构，以达到良好的电磁屏蔽和防电晕效果。GPS天线由底部螺栓固定在屏蔽筒底侧，屏蔽筒则由一个或多个配套卡环固定在导线上，其中外侧卡环与屏蔽筒连接，内侧卡环固定在导线上，外侧卡环可绕内侧卡环转动，外侧卡环下部安装有重力锤。当导线摆动时，重力锤带动卡环转动，使屏蔽筒及GPS天线保持始终向上的位置，以保证GPS天线处于良好的卫星信号接收状态。

图14为上述实施例提供的输电线路的信息采集装置中GPS接收单元1102的电源控制开关示意图，如图所示，该控制开关采用继电器控制结构，集成在所述的采集与控制单元上。当给引出点为5、6的继电器控制端加控制电压时，输入电压Vin+连接触点4与GPS模块电源正极输入端连接触点3断开，GPS模块处于失电状态，以达节省装置功耗的目的；当给引出点为1、2的控制端加控制电压时，输入电压Vin+连接触点4切换到触点3，接通GPS模块正极电压GPS+，启动GPS单元的工作。

图15为上述实施例提供的输电线路的信息采集装置中感应取能供电单元1110的剖面示意图，如图所示，感应取能供电单元1110由感应取能模块、电源调理模块、限流散热电阻和蓄电池组成。感应取能装置由对接的环形铁芯和缠绕在靠近壳体一侧的铁芯上的线圈组成，上下铁芯分别封装在对接的光滑环形封装内，环形封装与壳体连接处留有过孔。根据不同现场的导线运行电流范围，铁芯上缠绕的线圈为1组或2组，当线圈为1组时，线圈一端经过孔接入电源调理模块，一端通过孔后串入限流散热电阻R1-R7，再接入电源调理模块；当所绕线圈为2组时，匝数较少的线圈两端经过孔直接接入电源调理模块，匝数较多的线圈一端经过孔直接接入电源调理模块，另一端串入依次连接的限流散热电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7后，再接入电源调理模块。

在本实施例中，先将限流散热电阻R1-R7通过平头螺丝固定在由薄片制成的尺寸合适的金属套筒内壁上，散热电阻与内壁之间的缝隙通过散热垫填充，以达到良好的散热效果，然后将金属套筒塞到双层装置壳体的内壁，保持与壳体内壁的良好接触，使感应取能产生的多余能量尽可能通过散热面积较大的壳体散发出去。

现场安装时，先后用与导线尺寸匹配的环行卡箍将信息采集装置固定在导线上，用带重力锤的成套卡环将GPS天线固定在导线上，再用带对插头的屏蔽引线将GPS天线与检测装置连接，即可完成线上安装过程。上述实施例提供的输电线路的信息采集装置的GPS数据接收的工作流程图如图16所示，开始采集时，首先设置好采集与控制单元与GPS接收单元通信的波特率，向GPS接收模块发送一系列初始化及采集指令，完成后开始采集GPS接收模块接收并传送过来的GPS信息，采集完成后，采集与控制单元监测移动通信网络是否畅通，如果连通则开始发送GPS数据，如果未连通，则将数据进行存储，之后关闭GPS模块的电源等待下一次采集。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：1.采用差分GPS测量方法，内置GPS模块测量导线弧垂，测量方法直接，能准确测量导线弧垂，从而提高了覆冰重量测量的准确度；

2.安装时，可用圆形卡箍等固定件将装置固定在导线上，不需要将装置串入线路进行测量，实现了不改变原有线路结构进行测量的目的；

3.由于包含GPS接收单元，本装置不仅可监测导线弧垂和覆冰重量，还可跟踪导线运动轨迹，便于对导线舞动、风偏等做定量的监测和预警；

4.装置内各主要耗能部件包括GPS接收模块、无线传输模块的供电通路均设置开关，便于实现在线路停电状态或运行电流过小，取能不足情况下，蓄电池能保证装置运行足够长的时间。

5.采用外壳散热方式，能最大限度的将感应电源产生的多余能量耗散开，以便提高装置耐受线路电流的范围和工作可靠性；

6.采用GPS天线与装置本体分开安装的方式，可有效避免无线信号对GPS信号的影响。

7.该装置为研究导线风偏、舞动、振动等各类运动轨迹，进行各类线路运行状态预警提供了一个良好的装置平台。

实施例七

如图17所示，本发明实施例提供一种输电线路信息检测方法，该方法包括：

步骤1701，获取所述输电线路的线上GPS信息和塔上GPS信息；

步骤1702，根据所述输电线路的线上GPS信息和塔上GPS信息计算所述输电线路的弧垂值。

其中，所述输电线路的线上GPS信息为该输电线路被测导线所在档距中央，即1/2处导线的GPS信息，所述输电线路的塔上GPS信息为塔上固定的GPS信息采集点的定位信息。

在本发明另一实施例中，所述的方法还包括：根据所述输电线路的线上GPS信息和塔上GPS信息计算所述输电线路的风偏角。

在本发明另一实施例中，所述的方法还包括：获取所述所述输电线路的导线温度信息；根据所述输电线路的导线弧垂值、导线温度信息及该输电线路的导线初始安装信息计算该输电线路的覆冰重量。

其中，本实施例提供的上述方法的具体计算方法如下：

1）根据被测导线所在档距1/2处移动站、档距两端挂线处A、B的空间三维坐标，按空间立体几何关系计算档距1/2处风偏面内的导线弧垂，如图9所示，

以悬点高差角不是很大的弧立档为例进行分析，其悬点固定或变动幅度很小。（对于耐张段，可能由于风偏或覆冰因素导致各档水平张力不同，悬点位置也会有变）

GPS移动站安装于导线档距中央即1/2处的C点，导线两悬挂点A、B的坐标可通过现场测绘获得。设悬点A和悬点B的现场坐标分别为（x_A,y_A,z_A）和（x_B,y_B,z_B），则弦AB中点Z的坐标（x_z,y_z,z_z）为

x_z＝x_A+(x_B-x_A)/2

y_Z＝y_A+(y_B-y_A)/2

z_Z＝z_A+(z_B-z_A)/2

由GPS移动站装置504的定位信息换算出的GPS移动站在与A、B相同的现场坐标系中的坐标为：（x_C,y_C,z_C），

则在档距1/2处即档中处风偏面内的弧垂为：

${f_M}^{\′}=\sqrt{{(x_C-x_Z)}^2+{(y_C-y_Z)}^2+{(z_C-z_Z)}^2}---(4-1)$

2）根据档距1/2处移动站、档距两端挂线处A、B的空间三维坐标，按空间立体几何关系计算档距1/2处导线的风偏角。

设通过AB两点的竖直垂面为S，点C在垂面S中的投影为D，通过求解AB两点的竖直面平面方程及C到此平面的最小距离，求出点D的坐标为（x_D,y_D,z_D）；（在没有风的情况下，C点和D点重合，风偏角为0）

则C到面S的垂足D距离为：

$d_{\mathrm{CD}}=\sqrt{{(x_C-x_D)}^2+{(y_C-y_D)}^2+{(z_C-z_D)}^2}---(4-2)$

由此可以求得导线档中处风偏角η为：

$\sin \mathrm{\η}=\frac{d_{\mathrm{CD}}}{{f_M}^{\′}}---(4-3)$

3）根据导线初始安装条件、导线自身参数、当前导线温度及导线在档中风偏面内的弧垂计算导线总比载。

在覆冰和有风的情况下，风偏面内的导线综合比载可用下列公式求得：

$g^{\′}=\frac{8f_M^{\′}{\mathrm{\δ}}_o^{\′}\cos \mathrm{\β}}{l^2}---(4-4)$

其中：

${\mathrm{\δ}}_o^{\′}={\mathrm{\δ}}_{\mathrm{or}}+\frac{8E{f}_M^{\′2}{\cos }^5\mathrm{\β}}{3l^2}-\frac{E{g}_{\mathrm{or}}^2{l}^2{\cos }^3\mathrm{\β}}{24{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{or}}^2}-\mathrm{\α}E\cos \mathrm{\β}(t-t_{\mathrm{or}}),---(4-5)$

式（4-4）和（4-5）各参数含义如下：

δ_o——导线最低点处当前最小水平应力

δ_or——初始安装时的导线最低点的水平应力

g_or——导线初始比载，即自重比载

f′_M——档距1/2处风偏面内的弧垂

β——导线两悬点间的高差角

α——导线热膨胀系数(1／℃)

E——导线弹性系数(MPa)

l——档距(m)

t_or——初始安装时的导线温度（℃）（环境温度）

t——当前的导线温度（℃）

4）根据导线总比载和导线档中处风偏角计算导线垂直总比载。导线垂直总比载g_v和水平比载g_h分别为：

g_v＝g′cosη

g_h＝g′sinη         （4-6）

5）根据导线垂直总比载和导线自重比载计算覆冰比载。

由垂直方向总比载g_v＝g_or+g_i，其中导线自重比载g_or为已知条件，则导线覆冰比载g_i为：

g_i＝g_v-g_or             （4-7）

6）根据导线覆冰比载计算导线覆冰重量。

G＝g_iAL′              （4-8）

式（4-8）中，

G为导线覆冰重量；

g_i为导线覆冰比载；

A为导线截面积；

L′为档距内导线的长度。

L′可以使用下列公式计算：

$L^{\′}=\frac{l}{\cos \mathrm{\β}}+\frac{g^{\′2}{l}^3\cos \mathrm{\β}}{24{\mathrm{\δ}}_o^{\′2}}=\frac{l}{\cos \mathrm{\β}}+\frac{8f_M^{\′}l{\cos }^2\mathrm{\β}}{3}---(4-9)$

上述技术方案具有如下优点或有益效果：提供了一种输电线路信息检测方法，对导线弧垂采用空间定位测量方法，测量方法直接，可准确测量出导线弧垂值，能使弧垂测量精度达到厘米级水平；采用GPS动态相对定位的测量方法，即差分GPS测量法，可有效消除或消弱多项GPS卫星观测误差，如卫星钟差、接收机钟差、卫星星历误差、大气折射误差等，大大提高了导线覆冰重量测量的精度；本发明不仅可监测导线弧垂和覆冰重量，还可对导线风偏等做定量的监测和预警。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种输电线路信息检测***，其特征在于，该检测***包括：

GPS基准站装置，用于获取塔上GPS信息，并将该塔上GPS信息发送至GPS移动站装置；

所述GPS移动站装置用于获取线上GPS信息，并根据所述的塔上GPS信息和线上GPS信息获得定位信息，将该定位信息发送至数据处理装置；

所述数据处理装置用于根据所述定位信息计算所述输电线路的导线弧垂值。

2.根据权利要求1所述的信息检测***，其特征在于，所述的GPS基准站装置包括：

第一GPS接收单元，用于获取塔上GPS信息；

第一采集与控制单元，连接于第一无线传输单元及所述的第一GPS接收单元，用于获取所述的塔上GPS信息并通过该第一无线传输单元发送至所述的GPS移动站装置，以及通过该第一无线传输单元接收所述的数据处理装置发送的控制命令。

3.根据权利要求1所述的信息检测***，其特征在于，所述的GPS移动站装置包括：

第二GPS接收单元，用于获取线上GPS信息；

温度传感与调理单元，用于测量所述输电线路的导线温度信号，并将该温度信号调理为标准电压信号；

第二采集与控制单元，连接于第二无线传输单元及所述的第二GPS接收单元和温度传感与调理单元，用于获取所述的线上GPS信息和标准电压信号，及接收所述GPS基准站装置发送的塔上GPS信息，根据所述塔上GPS信息和线上GPS信息获得差分定位信息，对上述标准电压信号进行处理得出导线温度信息，并通过所述第二无线传输单元发送该差分定位信息和导线温度信息至所述的数据处理装置，以及通过该第二无线传输单元接收所述的数据处理装置发送的控制命令。

4.根据权利要求3所述的信息检测***，其特征在于，所述的第二无线传输单元包括：

短距离无线通信模块，用于接收所述GPS基准站装置发送的塔上GPS信息；

远距离无线通信模块，用于将所述的定位信息和导线温度信息至所述的数据处理装置，以及通过该远距离无线通信模块接收所述的数据处理装置发送的控制命令。

5.根据权利要求3所述的信息检测***，其特征在于，数据处理装置还用于根据所述定位信息计算所述输电线路的风偏角，及根据所述的导线弧垂值、导线温度及输电线路的初始信息计算该输电线路的导线覆冰重量。

6.一种输电线路信息检测***，其特征在于，该检测***包括：

GPS基准站装置，用于获取塔上GPS信息，并将该塔上GPS信息发送至数据处理装置；

GPS移动站装置，用于获取线上GPS信息，并将该线上GPS信息发送至数据处理装置；

所述数据处理装置用于根据所述塔上GPS信息和线上GPS信息获得定位信息，并根据该定位信息计算所述输电线路的导线弧垂值。

7.根据权利要求6所述的信息检测***，其特征在于，所述的GPS基准站装置包括：

第一GPS接收单元，用于获取塔上GPS信息；

第一采集与控制单元，连接于第一无线传输单元及所述的第一GPS接收单元，用于获取所述的塔上GPS信息并通过该第一无线传输单元发送至所述的数据处理装置，以及通过该第一无线传输单元接收所述的数据处理装置发送的控制命令。

8.根据权利要求6所述的信息检测***，其特征在于，所述的GPS移动站装置包括：

第二GPS接收单元，用于获取线上GPS信息；

温度传感与调理单元，用于测量所述输电线路的导线温度信息，并将该温度信息调理为标准电压信号；

第二采集与控制单元，连接于第二无线传输单元及所述的第二GPS接收单元和温度传感与调理单元，用于获取所述的线上GPS信息和标准电压信号，对标准电压信号进行处理获取导线温度信息，并通过所述第二无线传输单元发送该定位信息和导线温度信息至所述的数据处理装置，以及通过该第二无线传输单元接收所述的数据处理装置发送的控制命令。

9.根据权利要求8所述的信息检测***，其特征在于，数据处理装置还用于根据所述定位信息计算所述输电线路的风偏角，及根据所述的导线弧垂值、导线温度及输电线路的初始信息计算该输电线路的导线覆冰重量。

10.一种用于输电线路信息采集的GPS移动站装置，其特征在于，该装置包括：

GPS接收单元，用于获取全球定位***GPS信息，所述的GPS接收单元包括GPS接收模块和GPS天线，其中，所述的GPS接收模块包括无线射频单元、信号通道、微处理器和存储单元，GPS天线的非GPS信号接收面部分封装在壳体内，GPS天线和GPS接收模块通过双层屏蔽线连接，将来自天空的GPS射频信号输入GPS接收模块；

温度传感与调理单元，用于测量所述输电线路的导线温度信息，并将该温度信息调理为标准电压信号；

采集与控制单元，连接于无线传输单元及所述的GPS接收单元和温度传感与调理单元，用于获取所述的GPS信息和导线温度信息并通过无线传输单元发送，以及通过该无线传输单元接收远程控制命令。

11.根据权利要求10所述的GPS移动站装置，其特征在于，该装置还包括：

感应取能供电单元，连接于所述的GPS接收单元、温度传感与调理单元、采集与控制单元和无线传输单元，用于将所述输电线路的电磁能转换为稳定的直流电源，并给所述的GPS接收单元、温度传感与调理单元、采集与控制单元和无线传输单元供电。

12.一种输电线路信息检测方法，其特征在于，该方法包括：

获取所述输电线路的线上GPS信息和塔上GPS信息；

根据所述输电线路的线上GPS信息和塔上GPS信息计算所述输电线路的导线弧垂值。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述输电线路的线上GPS信息为该输电线路的1/2处的GPS信息，所述输电线路的塔上GPS信息为该输电线路塔上固定参考点的GPS信息。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

根据所述输电线路的线上GPS信息和塔上GPS信息计算所述输电线路的导线风偏角。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

获取所述输电线路的导线温度信息；

根据所述输电线路的弧垂值、导线温度信息及该输电线路的初始信息计算该输电线路的导线覆冰重量。

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