CN102564493B - 一种架空输电线路舞动在线监测*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于输电线路状态监测技术领域，是一种架空输电线路舞动在线监测***，其特征在于：每一个档距线路的在线监测***由安装在输电线路上的若干个监测子站、分别安装在杆塔上的两个监测主站和安装在监控中心的后台监控上位机组成。它用两个主站和若干个子站监测一个档距线路的舞动状态，子站利用加速度传感器对线路舞动进行精确定位，定位数据通过短程射频上传至主站，每个主站接收四个较近子站的舞动监测数据，通过GPRS将监测数据及环境气象数据上传至后台上位机。每个主站通过GPS模块进行对时，保证上传数据的同步性。本发明***体积小、对线路力学特性影响小、动态性能好、数据监测精度高、成本低廉、可全天候工作。
Description
技术领域
本发明属于输电线路状态监测技术领域，涉及一种架空输电线路舞动在线监测***，具体为一种基于短程射频/加速度传感器/GPS的架空线路舞动在线监测***。
背景技术
电网输电的可靠性在很大程度上取决于输电线路工作状态的可靠性。架空输电线路长期运行于露天条件下，受风、雨、冰、雷电等自然条件影响较大，其工作状态不能得到保证。尤其当发生风偏和舞动等异常状态时，线路可能发生闪络、跳闸，甚至倒塔等事故。
我国幅员辽阔，气候多变，风偏和舞动异常状态发生规律和内在机理各异。尤其近年来，受全球气候环境变化影响，沿海地区气候的雨量、日照强度、风力风向和温湿度等气候条件与内陆地区气候差异逐年加大，沿海地区线路的风偏、舞动状态的表现程度与发生概率无法参考内陆地区相关数据。为了快速、有效地查询事故原因、降低线路事故造成的经济损失、准确的对事故进行预警、详实的提供输电线路设计及技术改造的科学数据和理论依据，有必要对沿海地区线路异常状况与各种环境、气象数据对应的因果关系展开研究，并找寻风偏和舞动状态发生的原因和规律。沿海独特的台风气候中心风力可达17级以上，为了更加深入的分析沿海地区线路风偏和舞动状态发生的根本原因和规律，还需对强风条件下诱发的无冰线路风偏、舞动等状态进行研究。
至2000年以来，国内电网出现了不少因输电线风偏、舞动等异常状态引起的事故，故各研究机构对于输电线路状态分析理论及监测***的开发进行了大量研究。申请公布号为“CN 101975565A”的中国发明专利“基于GPS的输电导线舞动监测***及监测方法”，公开了一种基于GPS的输电导线舞动监测***及监测方法，但其定位误差较大，一般为1至10米。申请公布号为“CN 101986100A”的中国发明专利“基于差分GPS的输电线路导线舞动与风偏在线监测***”，公开了一种基于差分GPS的输电线路风偏、舞动在线监测***，虽然其定位较为准确，但需要建立差分GPS基站，成本过高。申请公布号为“CN 101571413A”的中国发明专利“基于加速度传感器的输电线路舞动在线监测***”，公开了一种基于加速度传感器的输电线路舞动在线监测***，一个线路档距配备一个主站和复数个子站，子站与主站距离较远，子站数据需由大功率射频上传至主站，大功率射频模块体积大、成本高，会影响线路舞动力学特性，对线路舞动造成潜在威胁。本发明公开一种基于短程射频/加速度传感器/GPS的架空线路舞动在线监测***，***体积小、对线路力学特性影响小、动态性能好、数据监测精度高、成本低廉、可全天候工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种结构合理，使用方便，能够在线监测高压运行中线路的现场温度、湿度、风速、风向、日照强度及导线温度、重力、舞动幅度等参数的一种输电线路舞动在线监测***。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明是一种架空输电线路舞动在线监测***，其特点是：每一个档距线路的在线监测***由安装在输电线路上的若干个监测子站、分别安装在杆塔上的两个监测主站和安装在监控中心的后台监控上位机组成；
所述的监测子站包括STM32单片机，在STM32单片机上连接设有智能保护CT电源、导线温度传感器、加速度传感器和RF射频模块；导线温度传感器与所述STM32单片机的AD管脚相连接；加速度传感器与所述STM32单片机的I2C管脚相连接；RF射频模块与所述STM32单片机的UART管脚连接；监测子站利用加速度传感器对线路舞动进行精确定位，定位数据通过RF射频模块上传至较近监测主站；
所述的监测主站包括STM32单片机主站控制***、供电模块、GPRS模块、RF射频模块、GPS模块、环境温湿度传感器、风速风向传感器、日照辐射传感器和雨量传感器；GPRS模块、RF射频模块、GPS模块与所述的STM32单片机主站控制***的UART管脚连接；环境温湿度传感器与STM32单片机主站控制***的SPI管脚相连接；风速风向传感器、日照辐射传感器和雨量传感器与STM32单片机主站控制***的AD管脚相连接；所述的供电模块包括光伏电源，光伏电源与控制模块串联，再与蓄电池并联，最后与负载串联；
每个监测主站接收较近监测子站的舞动监测数据，通过GPRS模块将监测数据及环境气象数据上传至后台监控上位机；通过GPS模块进行对时，保证上传数据的同步性。
本发明架空输电线路舞动在线监测***中：所述智能保护CT电源可以使用现有技术中公开的常用智能电源或CT电源，优选的智能保护CT电源包括取电模块、电能调理模块、智能保护模块；
所述取电模块含一次母线、电流互感器磁芯、二次线圈、取样电阻、单刀双掷继电器；一次母线穿过所述电流互感器磁芯；二次线圈绕在电流互感器磁芯上，并与取样电阻并联，再与单刀双掷继电器串联；
所述电能调理模块含整流电路、尖端泄放电路、纹波滤除电容、稳压电路，各电路之间依次串联连接；所述的尖端泄放电路包括稳压管，稳压管与稳压管限流电阻串联后与整流桥的直流输出并联，其中间并联另一个限流电阻，该限流电阻与功率管门极相连，以控制功率管导通或关断的电压；
所述智能保护电路包括STM8单片机、RF射频模块和超级电容；RF射频模块与所述STM8单片机的UART管脚连接；超级电容并联在所述STM8单片机的供电端。
本发明架空输电线路舞动在线监测***技术方案中，各元器件、模块及控制***如无特别说明，均可以使用现有技术中公开的可适用于本发明的元器件、模块及控制***。
本发明中每一个档距线路上的监测子站的个数按需要设定，设定时按线路的长短，一般每一个档距线路上的监测子站为8个左右。
在本发明所述的后台监控上位机上可以安装专家分析软件；最好带有以下功能：显示、存储监测数据，为调度人员提供输各种参数以便了解线路安全，及时检修和防治。
所述监测子站采用智能保护CT电源来供电，监测主站采用供电模块供电，所述后台监控上位机可由市电供电。所述监测子站与监测主站之间可以采用433MHz短程RF技术通信，所述监测主站与监控上位机之间采用GPRS远程无线技术通信。当高压侧线路电流过大时，所述尖端泄放电路将多余感应电能转换为热能泄放。当泄放保护电路温升过高时，所述智能保护模块将切断供电回路，直到电源温度降低到允许工作温度。
与现有技术相比，本发明本发明***体积小、对线路力学特性影响小、动态性能好、数据监测精度高、成本低廉、可全天候工作。由于采用加速度传感器/GPS结合方式，既能精确定位又能保证上传数据的同步性，且成本较构建差分GPS基站低得多。本发明的应用可节约人力、物力和时间，可避免造成大面停电事故，为安全输电提供有力措施，可广泛用于高压输电线路上。
附图说明
图1为本发明的一种设置示意图；
图2为本发明的监测子站的结构框图；
图3为本发明的智能保护CT电源结构示意框图；
图4为本发明的监测主站的结构框图；
图5为本发明的供电模块的结构示意框图。
具体实施方式
以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，参照图1-5，一种架空输电线路舞动在线监测***，分布在需要舞动监测的输电线路上，如图1所示，每一个线路档距内的在线监测***由安装在输电线路上的八个监测子站1、安装在杆塔上的两个监测主站2和安装在监控中心的监控上位机3构成。其中监测子站1与较近的监测主站2之间通过短程RF技术进行通信；监测主站2与监控上位机3之间通过GPRS技术进行通信。
如图2所示，所述监测子站1包括STM32单片机11、智能保护CT电源12、导线温度传感器13、加速度传感器14、RF射频模块15。导线温度传感器13（可使用热敏电阻MF52）和加速度传感器14（MMA7455）将测得的导线温度及舞动参数存至STM32单片机11中，通过RF射频模块15（Si4432）将数据发送给监测主站2。运行过程中，监测子站1通过智能保护CT电源12供电。
如图3所示，所述智能保护CT电源12包括取电模块121、电能调理模块122、智能保护模块123；
所述取电模块含一次母线1211、电流互感器磁芯1212、二次线圈1213、取样电阻1214、单刀双掷继电器1215；一次母线1211穿过所述电流互感器磁芯1212；二次线圈1213绕在电流互感器磁芯1212上，并与取样电阻1214并联，再与单刀双掷继电器1215串联；
所述电能调理模块含整流电路1221、尖端泄放电路1222、纹波滤除电容1223、稳压电路1224；各电路之间依次串联连接；所述的尖端泄放电路1222包括稳压管，稳压管与稳压管限流电阻串联后与整流桥的直流输出并联，其中间并联另一个限流电阻，该限流电阻与功率管门极相连，以控制功率管导通或关断的电压
所述智能保护模块含STM8单片机1231、RF射频模块15和超级电容。RF射频模块15与所述STM8单片机1231的UART管脚连接；超级电容并联在所述STM8单片机1231的供电端。
所述一次母线1211上通有幅值恒定的交流电流，线路周围将产生交变磁场，并在所述铁芯1212上产生交变的磁通，这个磁通将在所述感应线圈1213上感应出交变的感应电流。感应电流在所述取样电阻1214上成为电动势输出。在所述单刀双掷继电器1215（JQC-3F）闭合的条件下，所述感应电动势经整流电路1221整流后变为脉动直流电压。脉动直流电压经所述尖端泄放电路1222后，将脉动直流的尖峰能量泄放，再经所述滤波电容1223可将较大的电压纹波滤除。最后，该电压经稳压电路1224后降至5.5V，以供使用。
整个电路运行过程中，所述单片机控制模块1231，可监测尖端泄放电路1222的工作温度，并预设温度超标阈值、恢复阈值和超标时长。工作温度超标后，所述单片机控制模块1231通过所述单刀双掷继电器1215断开供电电路，直到所述尖端泄放电路1222的工作温度进入恢复阈值后，所述单刀双掷继电器1215重新接入供电电路。供电断开后，所述单片机控制模块1231由内部超级电容供电。当在预设超标时长内，所述尖端泄放电路1222的工作温度不能进入恢复阈值时，所述RF射频模块15启动，下发电源装置故障命令。
如图4所示，所述监测主站2包括STM32单片机主站控制***21、供电模块22、GPRS模块23、RF射频模块15、GPS模块25、环境温湿度传感器26、风速风向传感器27、日照辐射传感器28、雨量传感器29。环境温湿度传感器26（SHT71）、风速风向传感器27（BCQ-FS-BA）、日照辐射传感器28（GZD***）、雨量传感器（WD211）将测得的环境参数存至STM32单片机控制***21中，通过GPRS模块23（EM310）将这些数据以及通过RF射频模块15（Si4432）所收到的监测子站1中所测数据一并发送给监控中心3。运行过程中，供电模块22向监测主站2供电；GPS模块25（EM310）进行对时，保证上传数据的同步性。
如图5所示，所述供电模块22，由太阳能光伏电源221、蓄电池222及控制模块223构成。光伏电源221通过控制模块进行电能调理，给蓄电池222充电，再由蓄电池给后方负载供电。
本实施例的监控子站利用加速度传感器对线路舞动进行精确定位，定位数据通过短程射频上传至监控主站，每个监控主站接收四个较近监控子站的舞动监测数据，通过GPRS将监测数据及环境气象数据上传至后台监控上位机。每个监控主站通过GPS模块进行对时，保证上传数据的同步性。
Claims (1)
1.一种架空输电线路舞动在线监测***，其特征在于：每一个档距线路的在线监测***由安装在输电线路上的若干个监测子站、分别安装在杆塔上的两个监测主站和安装在监控中心的后台监控上位机组成；
所述的监测子站包括STM32单片机，在STM32单片机上连接设有智能保护CT电源、导线温度传感器、加速度传感器和RF射频模块；导线温度传感器与所述STM32单片机的AD管脚相连接；加速度传感器与所述STM32单片机的I2C管脚相连接；RF射频模块与所述STM32单片机的UART管脚连接；监测子站利用加速度传感器对线路舞动进行精确定位，定位数据通过RF射频模块上传至较近监测主站；
所述的监测主站包括STM32单片机主站控制***、供电模块、GPRS模块、RF射频模块、GPS模块、环境温湿度传感器、风速风向传感器、日照辐射传感器和雨量传感器；GPRS模块、RF射频模块、GPS模块与所述的STM32单片机主站控制***的UART管脚连接；环境温湿度传感器与STM32单片机主站控制***的SPI管脚相连接；风速风向传感器、日照辐射传感器和雨量传感器与STM32单片机主站控制***的AD管脚相连接；所述的供电模块包括光伏电源，光伏电源与控制模块串联，再与蓄电池并联，最后与负载串联；
每个监测主站接收较近监测子站的舞动监测数据，通过GPRS模块将监测数据及环境气象数据上传至后台监控上位机；通过GPS模块进行对时，保证上传数据的同步性；
其中，所述智能保护CT电源包括取电模块、电能调理模块、智能保护模块；所述取电模块含一次母线、电流互感器磁芯、二次线圈、取样电阻、单刀双掷继电器；一次母线穿过所述电流互感器磁芯；二次线圈绕在电流互感器磁芯上，并与取样电阻并联，再与单刀双掷继电器串联；所述电能调理模块含整流电路、尖端泄放电路、纹波滤除电容、稳压电路，各电路之间依次串联连接；所述的尖端泄放电路包括稳压管，稳压管与稳压管限流电阻串联后与整流桥的直流输出并联，其中间并联另一个限流电阻，该限流电阻与功率管门极相连，以控制功率管导通或关断的电压；所述智能保护电路包括STM8单片机、RF射频模块和超级电容；RF射频模块与所述STM8单片机的UART管脚连接；超级电容并联在所述STM8单片机的供电端。
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