CN103959026A - 用于监控供电线的*** - Google Patents
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Abstract
一种用于监控在电力供应设施上的温度负荷和其他影响的传感器***包括：至少两个传感器设备，串联地布置在将被监控的电力供应设施中的位置处；一个或多个信号发射器，连接至每个传感器设备；一个或多个信号接收器，适配为与信号发射器通信并从信号发射器接收信号；以及处理单元，连接至至少一个信号接收器，以用于处理信号并提供指示信号。
Description
技术领域
本发明涉及用于使用RFID技术来监控在电力供应设施中的风负荷和温度的***和方法。
背景技术
关于电力供应设施的条例由挪威民防和应急规划局（DSB）根据1929年5月24日的有关监督电力设施和电力设备的第4号法令的授权于2005年12月20日建立并于2006年1月1日生效。这些条例取代了1994年8月18日的有关电力设施和供电设施的条例。
该条例的目的在于电力供应设施应以对生命、健康和物资不造成威胁并且同时执行它们本来旨在的功能的方式来规划、建立、运营和维护。这些条例针对的是电力供应设施的所有者和运营商。负责设施的规划、建立、改造、运营或维护的那些人负责确保包括在其活动中的设施符合在条列中规定的要求。负责设施的规划、建立或改造的每个人必须发表说明已经根据条例中阐述的要求来建立设施的声明。
对于高压架空电力线路，以下内容尤其适用：
必要时，应检查架空电力线路以检查它们是否满足所要求的条件。
进行线路检查：
当线路已经经受了异常的影响时，必须进行线路检查，并且每年至少一次。线路检查应由线路检查报告记录在案。
线路检查包括检查机械部件（基础、后期）和实际电子设施（绝缘子、线路和电闸等）。现在通常利用从直升机的热像仪和地面上的人工检查来进行电力设施的线路检查。红外相机检测尤其是由于连接松动和损坏/磨损的部件引起的异常发热。这种异常发热指示故障，并且在发热导致电力供应设施的崩溃或失灵之前可修复该故障。
线路在风中摇摆是正常的，但期望限制移动从而使支撑点所承受的机械力不是太大。有几种限制移动的方式，例如，通过在线路上悬挂重物。
电缆的中断能够具有重大的影响并且导致很多人没有电，并且连同严重事故，赔偿金额可能巨大。
所有的电网公司在电力供应的长期中断的事件中担负经济责任。
如果发生对高压电缆/线路（其也是传输最大能量的电缆/线路）的损坏，则赔偿金额可能极其高。举例而言：如果德拉门黑暗了一个小时，这相当于大约5百万挪威克朗的停电成本。
在此参考挪威电力监管法案，但其他国家也具有类似的立法。
尤其借鉴上面所述的，期望具有更多的改进。利用根据本专利权利要求的发明，获得了多个优点：
-对电力供应设施的几乎连续的监控使得可以在早期阶段警告在设施中增加的温度，从而可以及时修复故障。
-可精确地测量风负荷（load）并且向设施的所有者/用户指示是否需要采取措施来限制线路的物理移动。
-随着时间推移，成本比使用直升机和人工线路检查低。
这些改进将导致：
-对于用户的增强的安全性
-增强的供电可靠性
-较低的运营成本
发明内容
本发明的目标是提供一种用于在电力供应设施中测量风负荷、阻止过热和防止火灾的***和方法。这通过利用如本专利权利要求中的一种用于在电力供应设施中测量风强度和预防火灾的***来实现。
在实施方式中，一种用于监控在电力供应设施中的温度和其他影响的传感器***包括：
-至少两个传感器设备，串联地布置在将被监控的电力供应设施中的位置处；
-一个或多个信号发射器，连接至每个传感器设备；
-一个或多个信号接收器，适配为与信号发射器通信并从信号发射器接收信号；以及
-处理单元，连接至至少一个信号接收器，用于处理信号并提供指示信号。
电力供应设施中的位置可以例如是沿着/经过线路的一个或多个点、汇流排、断路器（接头/SF6/油）、GIS（接头/SF6/母线/插座）、绝缘片（接头）、电流变压器、电压变压器、电力变压器（绕组）等。
在本发明的一个方面中，传感器设备包括风力传感器、温度传感器、张力传感器、高度传感器或其组合。在一种实施方式中，传感器设备具有与将被监控的电力供应设施的物理接触点。在实施方式中，也可通过该***检测电晕放电。
在本发明的一个方面中，信号发射器和信号接收器是电磁信号发射器和读取器。
一个或多个传感器设备可连接至信号接收器，从而它们包括信号发射器和信号接收器。在这些实例中，传感器设备可以能够从另一个传感器设备（例如相邻传感器设备）接收信号并且中继该信号。
在实施方式中，传感器设备电连接至电力供应设施，并且电力供应设施是传感器设备的能量来源。传感器设备也可包括用于将电压从高压转换为配电电压的变压器。该***还可包括用于测量在传感器设备上的电力负荷的装置。
在本发明的一个方面中，处理单元连接至用于与外部单元无线通信的装置，外部单元用于传输指示信号或与指示信号相关的其他信息。外部单元可以例如是警报中心、移动电话、计算机等。
还利用一种用于在电力供应设施中测量风强度和预防火灾的方法来实现本发明的目的，该方法包括：
-在将被监控的电力供应设施中的位置处放置至少两个传感器设备；
-利用连接至传感器设备的一个或多个信号发射器发射来自传感器设备的传感器信号；
-利用一个或多个信号接收器从信号发射器接收信号；以及
-处理信号并提供指示信号。
附图说明
现在将详细地并参照附图来描述本发明。
图1示出了根据本发明的***的原理。
图2示出了根据本发明的传感器设备的实施方式的安装。
图3示出了在安装之前的根据本发明的传感器设备的实施方式。
图4示出了在安装之后的根据本发明的传感器设备的实施方式。
图5示出了穿过如图3和图4中示出的传感器设备的截面。
具体实施方式
图1a和图1b示出了用于监控包括多个高压线杆或电缆塔11（高压线路13排列在其上）的电力供应设施10的传感器***的两种实施方式。在该实例中，传感器设备12布置在电力供应设施中沿着高压线路13的多个位置处。传感器设备12包括用于测量希望通过该***监控的特性的一个或多个传感器。例如，传感器可以是温度传感器、风力传感器、张力传感器、高度传感器、电场传感器等。连接至传感器设备的是能够发射来自传感器的测量数据的信号发射器。一种这样的发射器可以例如是RFID芯片（射频识别芯片）。RFID芯片包含使其能够接收并响应来自RFID收发器的射频信号的天线。芯片至少利用其唯一标志符、ID号码来进行响应。具有几种类型的RFID芯片。无源芯片利用微弱的无线电信号来进行响应并且不需要电源，而有源芯片发射经过略微更远的距离的更强的响应信号并且需要电源。第三种替代物是半无源芯片，这种芯片必须具有外部电源以发起发射/响应，但具有更强的传输强度并且因此具有更大的范围。
替代性信号发射器的实例是光学发射器和基于SAW的发射器，例如，基于SAW的RFID芯片。
该***还包括用于与信号发射器通信并且从信号发射器接收信号的一个或多个信号接收器。接收器可布置在某些或全部传感器设备12中、一个或多个高压线杆11上或其他合适的点上。在图1a中，传感器设备12布置在每个高压线杆11上的高压线路13上，而在图1b中，传感器设备12布置在沿着高压线路的几个位置处。在这些实例中，传感器设备可具有从另一个传感器设备（例如，相邻的传感器设备）接收信号并且中继这些信号的能力。具有信号发射器和信号接收器的传感器设备在该实例中构成传感器网络中的节点。
该***提供了在电力供应设施中连续监控和警告例如温度变化以及测量阵风的可能性。该***可具有与RFID芯片无线通信的转发器。此外，RFID芯片能够彼此无线通信。转发器将信息中继至读取单元。读取单元与监控和警报中心、移动电话等通信。这使得操作人员可以在电力供应设施中的温度达到危险的水平之前进行干预。利用上述传感器还可以检测线路在风中摇摆的程度。从RFID***中检索的数据为操作人员提供必要的信息以评估是否有理由对电力供应设施进行更仔细的检查。总之，该***将使得可以将部分线路检查留给电子***。
在实施方式中，还可由该***检测电晕放电。电晕放电是由于高电场造成的导体周围的局部放电。在导体附近的空气中的自由电子在电场强度大于30kW/cm时具有足够的能量来电离氧分子。离子轰击绝缘材料并可通过绝缘来形成导电通道，这反过来可导致在导体之间或在导体与地面之间的击穿和电弧。空气间隙、开放式栅栏以及尖锐的边缘是电晕放电的常见原因。
高压线路附近的放电破坏了绝缘并且产生无线电噪声。这是由于氧分子被电离并且形成击穿绝缘材料的臭氧的事实。正负离子产生红绿光以及干扰无线电信号的无线电波。
在如上所述的基于RFID技术的传感器网络/***中，在射频范围内发射和接收电子信息。节点的无线电部分将能够检测电晕（在无线电波范围内的扰动），并且在网络中中继该信息。通过比较节点的唯一ID和无线电噪声的强度，接收器将能够识别电晕放电的位置。
电力供应设施可具有很多英里的长度。在两个线杆之间的距离可以是几百米。为了在这些实例种获得满意的范围，RFID芯片因此必须是有源的—即，具有其自身的电源。同时，电源不应基于通常必须每年更换的电池操作。
图2示出了根据本发明的传感器设备20如何能够安装在高压线路22上的一个实例。
图3示出了在安装之前的根据本发明的传感器设备20的实施方式。传感器设备20具有圆环的形状并且包括两个部分31和32，在安装时，这两个部分在构成高压线路的电缆上夹在一起。传感器设备的这两个部分具有外壳34和内芯35。外壳34由绝缘和防水材料制成。内芯35例如是铁芯或另一种导电材料的芯。垫36设置在两个部分31与32之间以提供它们的防水连接。传感器设备的整体是沿着圆环的内环布置的传感器33，从而当传感器设备已经被安装上时传感器33将与电缆接触。传感器设备20还包括连接至传感器设备的信号发射器，例如，以RFID芯片的形式。传感器设备20还包括变压器，该变压器从高压线路中接收电流并且将该电流转换成用于信号发射器/RFID芯片的期望的电压电平。变压器还可测量在线路上的负荷，即，电能。该信息对网络所有人（供电设施的所有人/用户）是有用的，因为所有人能够监控并且利用线路网络内的固有（built-in，内建）安全边界。
图4示出了在安装之后的根据本发明的传感器设备的实施方式，其中，两个部分夹在一起，从而传感器设备形成封闭的防水单元。
在图5中，从截面来看图3和4的传感器设备。传感器设备50在此布置在电缆56上并且包括夹在一起的两个部分。传感器设备是圆环的形状，并且具有绝缘塑料材料的外表面53以及内部铁芯54、55。传感器53布置在传感器设备的与电缆56接触的一侧。传感器53以及连接至传感器的信号发射器和可选的信号读取器经由线圈51将电缆中的电流用作能源，线圈51缠绕在铁芯上并且连接至将在电缆中的电压转换成合适的电压电平的电子电路。
RFID芯片连接至变压器的次级侧。所示出的解决方案允许传感器设备安装在线路上，而无需线路与绝缘体分离。
Claims (18)
1.一种用于监控在电力供应设施上的温度负荷和其他影响的传感器***，包括
-至少两个传感器设备，串联地布置在将被监控的所述电力供应设施中的位置处；
-一个或多个信号发射器，连接至每个所述传感器设备；
-一个或多个信号接收器，适配为与所述信号发射器通信并从所述信号发射器接收信号；以及
-处理单元，连接至至少一个所述信号接收器以处理所述信号并提供指示信号。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述传感器设备包括风力强度传感器和温度传感器。
3.根据权利要求1所述的***，其中，所述传感器设备包括张力传感器和/或高度传感器。
4.根据权利要求1所述的***，包括用于测量在所述传感器设备上的电力负荷的装置。
5.根据权利要求1所述的***，包括用于检测电晕放电的装置。
6.根据权利要求1所述的***，其中，所述信号发射器和所述信号接收器是电磁信号发射器和读取器。
7.根据权利要求1所述的***，其中，一个或多个所述传感器设备连接至信号接收器。
8.根据权利要求1所述的***，其中，所述传感器设备电连接至所述电力供应设施，所述电力供应设施用作所述传感器设备的能量来源。
9.根据权利要求1所述的***，其中，所述传感器设备具有与将被监控的所述电力供应设施的物理接触点。
10.根据权利要求1所述的***，其中，所述处理单元连接至用于与外部单元无线通信的装置，所述外部单元用于传输所述指示信号或与所述指示信号相关的其它信息。
11.根据权利要求8所述的***，其中，所述外部单元是警报中心、移动电话、计算机等。
12.根据权利要求7所述的***，其中，所述传感器设备包括用于将电压从高电压转换为配电电压的变压器。
13.一种用于监控在电力供应设施中的温度负荷和其他影响的方法，包括：
-在将被监控的所述电力供应设施中的位置处放置至少两个传感器设备；
-利用连接至所述传感器设备的一个或多个信号发射器发射来自所述传感器设备的传感器信号；
-利用一个或多个信号接收器从所述信号发射器接收信号；以及
-处理所述信号并提供指示信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述传感器设备测量风力强度和温度。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传感器设备测量张力和/或在地面之上的高度。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述信号发射器和所述信号接收器是电磁信号发射器和读取器。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，一个或多个所述传感器设备利用信号接收器从其他传感器设备接收信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，利用所述信号发射器中继从另一传感器设备接收的所述信号。
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