CN103162667B - 特高压杆塔倾斜度在线监测***及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了特高压杆塔倾斜度在线监测***,包括有多个杆塔倾斜监测装置,杆塔倾斜监测装置通过通信网络与状态监测代理连接,本发明还涉及上述在线监测***的监测方法:1)利用安装在特高压杆塔2/3处的双轴倾角传感器a、安装在横担上的双轴倾角传感器b获取杆塔2/3处的杆塔倾斜角和横担上的杆塔倾斜角;2)利用主控制器内的杆塔倾斜计算模型计算出特高压杆塔的顺线、横向倾斜度及综合倾斜度;3)将步骤2)得到的数据经过通信网络传输至状态监测代理CMA进行处理。本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***及监测方法利用双轴倾角传感器,结合GPRS/CDMA/3G/WIFI/光纤多种通信网络,实现对杆塔的倾斜度、倾斜角监测,还能及时提醒工作人员杆塔运行情况。
Description
技术领域
本发明属于输电线路在线监测设备技术领域,涉及一种特高压杆塔倾斜度在线监测设备,本发明还涉及上述在线监测***的监测方法。
背景技术
我国幅员辽阔,可开发水力资源的三分之二分布在西北和西南地区;煤炭资源大部分蕴藏在西北地区北部和华北地区西部;而负荷中心主要集中在东部沿海地区,由此造成电力资源与负荷中心分布的不均匀,再加上我国电力需求持续增加,电网规模迅速扩大,特高压输电的研究已被提上日程。
特高压线路具有电压等级高、传输容量大、传输距离远等特点,如何保证特高压电网的安全、稳定、可靠运行就成为了关键性的问题。而杆塔倾斜作为造成倒塔、断线、跳闸等灾害的罪魁祸首,一旦发生,造成的经济损失将难以估计,因此研制一套特高压杆塔倾斜度在线监测***对于解决上述问题具有十分重要的意义。
目前,常规的杆塔倾斜测量方法是采用经纬仪在横、顺线路距离铁塔大于1.5倍塔高的位置上2次测量偏移值,进而计算获得杆塔的倾斜率,但仅适用于地形平坦的地区。而在一些地势陡峭的山区,由于受到观测点的限制,就无法按常规方法进行杆塔倾斜率测量。因此迫切需要对现有杆塔监测技术进行改进,实现对特高压杆塔倾斜度的在线监测,获得杆塔的倾斜度、倾斜角及预警等信息,为线路安全运行提供保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特高压杆塔倾斜度在线监测***,利用基于3D微机电***的双轴高精度倾角传感器,结合GPRS/CDMA/3G/WIFI/光纤多种通信网络和I1通信接口,实现对杆塔的倾斜度、倾斜角监测,还能及时、有效的提醒工作人员杆塔运行情况。
本发明的另一目的在于提供上述在线监测***的监测方法。
本发明所采用的第一种技术方案是,特高压杆塔倾斜度在线监测***,包括有多个杆塔倾斜监测装置和一个状态监测代理CMA,多个杆塔倾斜监测装置都通过通信网络与状态监测代理CMA连接。
本发明第一种技术方案的特点还在于,
杆塔倾斜监测装置,包括有主控制器,主控制器通过导线连接有电源模块,主控制器还分别外接有I1通信接口和RS485串行通信接口,双轴倾角传感器a和双轴倾角传感器b分别通过RS485总线与主控制器的RS485串行通信接口连接,双轴倾角传感器a设置于特高压杆塔2/3处,双轴倾角传感器b设置于横担上。
主控制器采用基于ARM Cotex-M3核的STM32F107互联型微控制器。
电源模块包括有太阳能电池和蓄电池。
双轴倾角传感器a和双轴倾角传感器b结构相同,均采用基于3D微机电***的双轴高精度倾角传感器芯片。
通信网络为GPRS、CDMA、3G、WIFI或光纤中的一种。
本发明所采用的第二种技术方案是,特高压杆塔倾斜度在线监测***的监测方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、利用安装在特高压杆塔2/3处的双轴倾角传感器a、安装在横担中部上的双轴倾角传感器b分别获取特高压杆塔2/3处的杆塔倾斜角及横担中部的杆塔倾斜角;
步骤2、利用经步骤1获取到的特高压杆塔2/3处的杆塔倾斜角、横担中部的杆塔倾斜角及主控制器内集成的杆塔倾斜计算模型计算出特高压杆塔的顺线倾斜度、横向倾斜度、综合倾斜度信息:
步骤2.1、将经步骤1获得的特高压杆塔2/3处的杆塔倾斜角和横担中部的杆塔倾斜角均以RS485通信方式输送主控制器内;
步骤2.2、主控制器根据步骤2.1中获得的杆塔2/3处的杆塔倾斜角和横担中部的杆塔倾斜角,并利用主控制器内集成的杆塔倾斜计算模型计算出特高压杆塔的顺线倾斜度、横向倾斜度、综合倾斜度信息及最大允许倾斜范围ΔL;
步骤3、将经步骤2计算得到的特高压杆塔的横向倾斜度、顺线倾斜度及综合倾斜度数据经过I1通信接口传输至状态监测代理CMA,状态监测代理CMA对获取的所有数据进行传输,并对分散数据进行集中,还能进行数据的缓存及与监控中心进行双向数据通信,监控中心根据最大允许倾斜范围ΔL决定是否给相关工作人员进行报警。
本发明第二种技术方案的特点还在于,
杆塔倾斜计算模型如下:
顺线倾斜度=[L1*sin(Ah1)+L2*(Ah1)]/(L1+L2);
横向倾斜度=[L1*sin(Av1)+L2*(Av1)]/(L1+L2);
综合倾斜度=sqrt(顺线倾斜度的平方+横向倾斜度的平方);
其中不同高度的铁塔,最大允许倾斜范围ΔL下按以下算法计算:
ΔL=杆塔高度(H)×杆塔允许倾斜度。
本发明的有益效果在于,
(1)本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***中的双轴倾角传感器采用的是基于3D微机电***(MEMS)的双轴高精度倾角传感器芯片,用于测量物体相对于水平面的倾斜度,该双轴倾角传感具有分辨率高、动态响应快、体积小、成本低及可靠性高等特点,还具有良好的防水、防潮和防尘能力。
(2)本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***中采用RS485通信方式连接双轴倾角传感器和主控制器,具有抗干扰能力强和准确率高的优点。
(3)本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***中的电源模块采用太阳能与蓄电池组合使用,有效解决了因电源馈电影响正常工作的问题。
(4)本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***可适应特殊地形和极端气候,不受自然环境和外界条件的影响。
(5)本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测方法中建立了杆塔倾斜模型,得出了杆塔的顺线倾斜度、横向倾斜度和综合倾斜度公式。
(6)本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测方法是根据双轴倾角传感器采集的杆塔倾斜角度,计算出杆塔的顺线倾斜度、横向倾斜度、综合倾斜度和报警信息,再通过GPRS/CDMA/3G/WIFI/光纤多种通信网络,传输到状态监测代理CMA。
附图说明
图1是本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***的结构示意图;
图2是本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***中的杆塔倾斜监测装置的结构图;
图3是本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测方法中采用的杆塔倾斜度计算模型。
图中,1.状态监测代理CMA,2.I1通信接口,3.杆塔倾斜装置,4.电源模块,5.主控制器,6.双轴倾角传感器a,7.双轴倾角传感器b,8.RS485串行通信接口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***,其结构如图1所示,包括有多个杆塔倾斜监测装置3和一个状态监测代理CMA1,多个杆塔倾斜监测装置3都通过通信网络与状态监测代理CMA1连接。
杆塔倾斜监测装置3,其结构如图2所示,包括有主控制器5,主控制器5通过导线连接有电源模块4,主控制器5还分别外接有通信接口2和RS485串行通信接口8,双轴倾角传感器a6和双轴倾角传感器b7分别通过RS485总线与主控制器5的RS485串行通信接口8连接,双轴倾角传感器a6设置于特高压杆塔2/3处,双轴倾角传感器b7设置于横担上。
主控制器5采用基于ARM(Cotex-M3)核的STM32F107互联型微控制器,它拥有64K SRAM、256K FLASH、以太网MAC等丰富的存储器及外设资源。
电源模块4包括有太阳能电池和蓄电池组成,即采用太阳能与蓄电池结合的供电方式。
通信网络为GPRS、CDMA、3G、WIFI或光纤通信中的一种,或者多种网络结合使用,这主要针对偏远的农村地区,给供用户提供了多种选择,
双轴倾角传感器a6和双轴倾角传感器b7结构相同,均采用基于3D MEMS的双轴高精度倾角传感器芯片,可实现对特高压杆塔倾斜的完全监测。
安装好本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***,具体的安装方法为:如图3所示,分别将双轴倾角传感器a6和双轴倾角传感器b7设置于杆塔2/3处和高压杆塔横担中部,将倾角支架安装于一个合适的角钢上以便调整倾角支架顶部至水平状态,将紧固螺栓拧紧;调整倾角传感器方向,将倾角Y轴平行导线,Y轴带字样的方向指向小号侧后,将倾角传感器装与支架拧紧即可。
本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测方法,该方法基于本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***,具体按照以下步骤实施:
步骤1、利用安装在特高压杆塔2/3处的双轴倾角传感器a6、安装在横担中部上的双轴倾角传感器b7分别获取杆塔2/3处的杆塔倾斜角、横担中部的杆塔倾斜角;
步骤2、利用经步骤1获取到的杆塔2/3处的杆塔倾斜角、横担中部的杆塔倾斜角及主控制器5内集成的杆塔倾斜计算模型计算出特高压杆塔的顺线倾斜度、横向倾斜度、综合倾斜度信息:
步骤2.1、将经步骤1获得的杆塔2/3处的杆塔倾斜角和横担中部的杆塔倾斜角均以RS485通信方式输送主控制器5内;
步骤2.2、主控制器5根据步骤2.1中获得的杆塔2/3处的杆塔倾斜角和横担中部的杆塔倾斜角,并利用主控制器5内集成的杆塔倾斜计算模型计算出特高压杆塔的顺线倾斜度、横向倾斜度、综合倾斜度及最大允许倾斜范围ΔL信息,杆塔倾斜计算模型如下:
顺线倾斜度=[L1*sin(Ah1)+L2*(Ah1)]/(L1+L2);
横向倾斜度=[L1*sin(Av1)+L2*(Av1)]/(L1+L2)。
综合倾斜度=sqrt(顺线倾斜度的平方+横向倾斜度的平方);
其中不同高度的铁塔,最大允许倾斜范围ΔL下按以下算法计算;
ΔL=杆塔高度(H)×杆塔允许倾斜度;
步骤3、将经步骤2计算得到的特高压杆塔的横向倾斜度、顺线倾斜度,综合倾斜度数据经过I1通信接口3传输至状态监测代理CMA 1,状态监测代理CMA 1实现跨线路的数据传输和分散数据的集中,同时实现数据缓存,替代监测装置与监控中心进行安全的双向数据通信的一种状态监测代理装置。监控中心根据最大允许倾斜范围决定是否给相关工作人员进行报警。
本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***的监测方法的原理为:
本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***在特高压杆塔的2/3处及横担上分别安装有双轴倾角传感器a6和双轴倾角传感器b7,如图3所示,其中Ah1和Ah2分别是双轴倾角传感器a6和双轴倾角传感器b7的水平倾斜角,Av1和Av2分别是双轴倾角传感器a6和双轴倾角传感器b7的垂直倾斜角;可以看出是对高压运行中杆塔的顺线及横线两个方向的角度进行全天候实时监测;再利用计算模型通过空间直角坐标系计算出综合倾斜量,综合倾斜度的计算公式为:
综合倾斜度=sqrt(水平倾斜度的平方+垂直倾斜度的平方);
其中不同高度的铁塔,最大允许倾斜范围下按以下算法计算;
ΔL=杆塔高度(H)×杆塔允许倾斜度;
由此分别计算得到的水平倾斜度和垂直倾斜度为:
水平倾斜度=L1*sin(Ah1)+L2*(Ah1);
垂直倾斜度=L1*sin(Av1)+L2*(Av1)。
本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***中各个部件的功能:
状态监测代理CMA 1主要完成通过I1接口2聚现场各状态监测装置发送的数据,实现分散数据的集中。
杆塔倾斜监测装置3的主要作用是利用双轴倾角传感器a6和双轴倾角传感器b7测得的杆塔2/3处的杆塔倾斜角和横担上的杆塔倾斜角,结合杆塔倾斜计算模型计算特高压杆塔的倾斜度。
整个特高压杆塔倾斜度在线监测***采用电源模块4供电,电源模块4采用太阳能与蓄电池结合的供电方式,当阳光充足时太阳能电池能产生足够的电能,除供给整个***用电外,多余的电能经过控制器给蓄电池充电;当夜晚或者阴天的时候太阳能电池产生的电能不足以供***用电的时候,由蓄电池给***供电,整个过程由控制器自动完成。
RS485串行通信接口8主要将双轴倾角传感器a6和双轴倾角传感器b7的监测数据传输至主控制器5,由主控制器5内的杆塔倾斜计算模型进行运算。
本发明的特高压杆塔倾斜度在线监测***中采用了2个双轴倾角传感器,分别实时监测杆塔顶部和2/3杆塔高度处的二轴倾角,再借助GPRS/CDMA/3G/WIFI/光纤通信网络将实时数据传输到输电线路状态监测代理CMA 1,根据杆塔倾斜模型计算杆塔的顺线倾斜度、横向倾斜度和综合倾斜度,得出杆塔倾斜情况,实现对特高压杆塔倾斜的完全监测。
Claims (1)
1.特高压杆塔倾斜度在线监测***的监测方法,该监测方法基于特高压杆塔倾斜度在线监测***;
特高压杆塔倾斜度在线监测***,包括有多个杆塔倾斜监测装置(3)和一个状态监测代理CMA(1),所述多个杆塔倾斜监测装置(3)都通过通信网络与所述状态监测代理CMA(1)连接;所述通信网络为3G、WIFI或光纤中的一种;
所述杆塔倾斜监测装置(3)包括有主控制器(5),所述主控制器(5)通过导线连接有电源模块(4),所述主控制器(5)还分别外接有I1通信接口(2)和RS485串行通信接口(8),双轴倾角传感器a(6)和双轴倾角传感器b(7)分别通过RS485总线与所述主控制器(5)的RS485串行通信接口(8)连接,所述双轴倾角传感器a(6)设置于特高压杆塔2/3处,所述双轴倾角传感器b(7)设置于横担上;
所述主控制器(5)采用基于ARM Cotex-M3核的STM32F107互联型微控制器;
所述电源模块(4)包括有太阳能电池和蓄电池;
所述双轴倾角传感器a(6)和双轴倾角传感器b(7)结构相同,均采用基于3D微机电***的双轴高精度倾角传感器芯片;
该监测方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:
步骤1、利用安装在特高压杆塔2/3处的双轴倾角传感器a(6)、安装在横担中部上的双轴倾角传感器b(7)分别获取杆塔2/3处的杆塔倾斜角、横担中部的杆塔倾斜角;
步骤2、利用经步骤1获取到的杆塔2/3处的杆塔倾斜角、横担中部的杆塔倾斜角及主控制器(5)内集成的杆塔倾斜计算模型计算出特高压杆塔的倾斜度、倾斜角及预警信息:
步骤2.1、将经步骤1获得的杆塔2/3处的杆塔倾斜角和横担中部的杆塔倾斜角均以RS485通信方式输送主控制器(5)内;
步骤2.2、主控制器(5)根据步骤2.1中获得的杆塔2/3处的杆塔倾斜角和横担中部的杆塔倾斜角,并利用杆塔倾斜计算模型计算出特高压杆塔的顺线倾斜度、横向倾斜度、综合倾斜度信息;
所述杆塔倾斜计算模型如下:
顺线倾斜度=[L1*sin(Ah1)+L2*(Ah2)]/(L1+L2);
横向倾斜度=[L1*sin(Av1)+L2*(Av2)]/(L1+L2);
其中,L1是双轴倾角传感器a(6)的高度值,L2是位于双轴倾角传感器a(6)和双轴倾角传感器b(7)之间的高度值;Ah1和Ah2分别是经双轴倾角传感器a(6)和双轴倾角传感器b(7)测得的水平倾斜角,Av1和Av2分别是经双轴倾角传感器a(6)和双轴倾角传感器b(7)测得的垂直倾斜角;
综合倾斜度=sqrt(顺线倾斜度的平方+横向倾斜度的平方);
其中不同高度的铁塔,最大允许倾斜范围ΔL下按以下算法计算:
ΔL=杆塔高度(H)×杆塔允许倾斜度;
步骤3、将经步骤2计算得到的特高压杆塔的横向倾斜度、顺线倾斜度及综合倾斜度数据经过I1通信接口(2)传输至状态监测代理CMA(1),状态监测代理CMA(1)对获取的所有数据进行传输,并对分散数据进行集中,还能进行数据的缓存及与监控中心进行双向数据通信,监控中心根据最大允许倾斜范围ΔL决定是否给相关工作人员进行报警。
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