CN104360196A - 基于导线倾角的输电线路动态增容*** - Google Patents

基于导线倾角的输电线路动态增容*** Download PDF

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郗晓光
葛荣刚
李万超
李隆基
王楠
唐庆华
满玉岩
张弛
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State Grid Tianjin Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种基于导线倾角的输电线路动态增容***，其技术特点是：由多个数据采集终端和监控平台构成；数据采集终端包括传感器及其调理电路、CT取电模块、主控模块和无线数据传输模块，传感器与信号调理电路相连接，信号调理电路的输出端连接到主控单元上；CT取电模块主控模块供电；主控模块与无线数据传输模块相连接，该无线数据传输模块通过RF天线与监控平台相连接。本发明基于输电线路运行参数(倾角、环境温度、日照辐射、导线负荷)设计,利用导线温度、环境温度、日照辐射和导线负荷计算导线的动态载流量,避免了一次侧张力计安装困难、风速风向测量不准确的问题，具有测温工作安全、安装维护简便、可靠性及安全性高等特点。

Description

基于导线倾角的输电线路动态增容***
技术领域
本发明属于输电线路技术领域，尤其是一种基于导线倾角的输电线路动态增容***。
背景技术
输电线路动态增容技术可以在不新建线路的前提下，动态提升现有导线的输送容量，提高电力***运行的经济性。现有输电线路动态增容***一般利用张力传感器测量导线张力，然后根据张力获得导线温度，最后根据导线气候模型，利用风速风向、环境温度、日照辐射强度计算导线最大载流量。上述动态增容***存在的问题是：对于一次***，直接在导线上安装张力传感器往往比较困难；另外，环境条件中风速、风向有时变化较快，现有***在测量风速特别是风向时，准确度一般较低，导致载流量计算可靠性偏低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、精度及可靠性高且易于安装使用的基于导线倾角的输电线路动态增容***。
本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于导线倾角的输电线路动态增容***，由安装在高压线路杆塔上的多个数据采集终端和位于调度中心的监控平台构成，数据采集终端通过公用GSM/GPRS网络与监控平台相连接实现数据传输功能；数据采集终端包括传感器及其调理电路、CT取电模块、主控模块和无线数据传输模块，传感器安装在高压线路上并与信号调理电路相连接，信号调理电路的输出端连接到主控单元上；CT取电模块连接到高压线路上取电并进行转换为主控模块供电；主控模块与无线数据传输模块相连接，该无线数据传输模块通过RF天线与监控平台相连接。
而且，所述的主控模块由主控CPU单元及其***电路连接构成，所述的主控CPU单元采用C8051F040芯片，所述的***电路包括实时时钟、Flash存储器，主控CPU单元通过I2C接口与实时时钟相连接，主控CPU单元通过通过SPI接口与Flash存储器相连接，主控CPU单元通过A/D接口与调理电路相连接，主控CPU单元通过UART接口与无线数据传输模块相连接。
而且，所述的传感器包括倾角传感器、温度传感器和CT单元。
而且，所述的温度传感器包括直接测量导线温度用于校验的温度传感器、测量环境温度的传感器和测量导线日照辐射温度的传感器。
而且，所述的无线数据传输模块包括GPRS模块和SIM卡，该无线数据传输模块连接到主控模块的UART接口上，并通过RF天线与监控平台进行数据通信。
而且，所述的CT取电模块包括依次连接的前端冲击保护电路、整流滤波、DC/DC稳压电路，整流滤波电路输出端还通过取样电路、保护电路连接到DC/DC稳压电路，该DC/DC稳压电路还连接电池组充电、供电管理模块对DC/DC稳压进行管理，使得DC/DC稳压电路输出电压控制在允许电压范围内。
本发明的优点和积极效果是：
1、本***基于输电线路运行参数(倾角、环境温度、日照辐射、导线负荷)设计,利用导线悬挂倾角和风偏角计算导线温度，然后基于导线温度模型，利用导线温度、环境温度、日照辐射和导线负荷计算导线的动态载流量,避免了一次侧张力计安装困难、风速风向测量不准确的问题。
2、本***采用和架空线路高压部分进行隔离，确保测温工作安全。
3、本***选择电流互感器直接从高压输电线路上耦合取电，避免了一般输电线路监测装置多采用的太阳能电池***存在设备间绝缘问题。
4、本***避免了张力传感器安装不便的问题，安装维护简便。
5、本***避免了风速风向的测量，具有极高的可靠性和安全性。
6、本***便于数据统计和分析。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是数据采集终端的硬件电路框图；
图3是CT单元的放大电路原理图；
图4是CT单元的抬压电路原理图；
图5是CT取电模块的原理图；
图6是无线数据传输模块G24与主控单元C8051F040的主要接口电路图；
图7是倾角传感器所测得的二维倾角值示意图；
图8是环境温度和日照辐射温度的测量值示意图；
图9是线路现有负荷和增容后容量对比示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种基于导线倾角的输电线路动态增容***，如图1所示，由安装在高压线路杆塔上的多个数据采集终端和位于调度中心的一个监控平台构成，数据采集终端通过公用GSM/GPRS网络与监控平台相连接实现数据传输功能。
如图2所示，安装在高压线路杆塔上的数据采集终端包括传感器及其调理电路、CT取电模块、主控模块和无线数据传输模块四个部分。所述的传感器包括倾角传感器、温度传感器和CT单元并安装在高压线路上，上述传感器采集的信号输入到信号调理电路上，信号调理电路的输出端连接到主控单元的A/D接口上；主控模块由CPU主控单元及***电路连接构成，该主控单元采用C8051F040芯片，***设备包括实时时钟、Flash存储器；CT取电模块连接到高压线路上取电并进行转换为主控模块供电；无线数据传输模块包括GPRS模块(MotorolaG24模块)和SIM卡，该无线数据传输模块通过UART方式连接到主控模块上，并通过RF天线与监控平台进行数据通信。数据采集终端通过传感器实时检测导线倾角、环境温度、日照辐射和导线负荷等信息，通过信号调理电路进行滤波放大等处理，在主控单元的控制下，信号经A/D转换、缓存、打包后通过GSM/GPRS网络发送到监控管理平台以计算实时最大载流量。
倾角传感器选用V61-QXJ-BZ-V系列二维倾角传感器。由于倾角传感器的输出为标准电压信号，因此其调理电路仅需要进行电平转换，即可将信号输入A/D转换器采样。
温度传感器可分为三类：直接测量导线温度用于校验的温度传感器、测量环境温度的传感器和测量导线日照辐射温度的传感器。其中，日照辐射传感器需要将装有温度传感器的金属壳体通过铝的卡环固定在与架空导线相同型号和表面条件的导线表面，并涂以导热硅胶。温度传感器芯片采用Analog Devices公司的TMP36，无须外接电路即可送至A/D转换器。
电流互感器测取一次侧电流后，经图3所示的放大电路和图4所示的抬压电路，将输出的0～3V信号送至主控CPU单元的A/D接口。
CT取电模块如图5所示，其根据电磁感应原理，当输电线路中流过交流电时，取能线圈两端产生感应电势，经前端冲击保护电路、整流滤波、稳压后供给一次侧***终端。当一次侧电流过大或过小时，通过对锂电池的充放电解决供电过剩或不足的温度。当一次侧发生短路故障产生巨大的暂态电流时，经冲击保护电路可将输出电压控制在允许电压范围内。
考虑到***的综合需要，主控模块中的主控单元采用Silicon Lab公司的C8051F040芯片，该芯片具有内部256字节+外部4K的RAM。集成的12位A/D转换器可以用于采样传感器经调理的模拟信号，并监测电源模块的电压。通过I2C接口连接到外部更为准确的实时时钟芯片，定期判断由监控平台设定的倾角、温度、负荷信息的采集条件；若满足则打开相应的数据采集回路采集信号，把所测信息按照规定格式存放到SPI接口所连接的外部flash储存器内；最后通过无线传输模块，将倾角、温度、负荷信息按照规定格式传回给监控平台。
无线数据传输模块担任着整个数据采集终端数据传输和数据交互的重要任务。本***选用Motorola G24作为主要的无线数据模块，如图6所示。该无线通信模块G24工作外接SIM卡后可实现GPRS网络传输数据和向手机用户发送短消息功能，CPU主控单元通过UART口向G24发送AT命令和数据。
通过现场运行，我们我们得到了相关的运行数据如下：
图7为倾角传感器所测得的二维倾角值，图中上方曲线为导线垂直投影平面内的悬挂倾角，图中下方曲线为风偏角，通过在多个耐张段内的测试发现倾角传感器的测量误差在1％以内。
图8为环境温度和日照辐射温度的测量值。其中日照辐射温度值和环境温度值的变化趋势基本相同。
图9为线路现有负荷和增容后容量对比示意图。下方曲线为线路实时负荷，上方曲线为动态增容***计算得出的导线最大载流量，从图中可以看出，基于线路运行参数和环境条件的动态增容***有效增加了导线容量。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于导线倾角的输电线路动态增容***，其特征在于：由安装在高压线路杆塔上的多个数据采集终端和位于调度中心的监控平台构成，数据采集终端通过公用GSM/GPRS网络与监控平台相连接实现数据传输功能；数据采集终端包括传感器及其调理电路、CT取电模块、主控模块和无线数据传输模块，传感器安装在高压线路上并与信号调理电路相连接，信号调理电路的输出端连接到主控单元上；CT取电模块连接到高压线路上取电并进行转换为主控模块供电；主控模块与无线数据传输模块相连接，该无线数据传输模块通过RF天线与监控平台相连接。
2.根据权利要求1所述的基于导线倾角的输电线路动态增容***，其特征在于：所述的主控模块由主控CPU单元及其***电路连接构成，所述的主控CPU单元采用C8051F040芯片，所述的***电路包括实时时钟、Flash存储器，主控CPU单元通过I2C接口与实时时钟相连接，主控CPU单元通过通过SPI接口与Flash存储器相连接，主控CPU单元通过A/D接口与调理电路相连接，主控CPU单元通过UART接口与无线数据传输模块相连接。
3.根据权利要求1所述的基于导线倾角的输电线路动态增容***，其特征在于：所述的传感器包括倾角传感器、温度传感器和CT单元。
4.根据权利要求3所述的基于导线倾角的输电线路动态增容***，其特征在于：所述的温度传感器包括直接测量导线温度用于校验的温度传感器、测量环境温度的传感器和测量导线日照辐射温度的传感器。
5.根据权利要求1所述的基于导线倾角的输电线路动态增容***，其特征在于：所述的无线数据传输模块包括GPRS模块和SIM卡，该无线数据传输模块连接到主控模块的UART接口上，并通过RF天线与监控平台进行数据通信。
6.根据权利要求1所述的基于导线倾角的输电线路动态增容***，其特征在于：所述的CT取电模块包括依次连接的前端冲击保护电路、整流滤波、DC/DC稳压电路，整流滤波电路输出端还通过取样电路、保护电路连接到DC/DC稳压电路，该DC/DC稳压电路还连接电池组充电、供电管理模块对DC/DC稳压进行管理，使得DC/DC稳压电路输出电压控制在允许电压范围内。
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