CN108801366A - 基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置，包括配电线路杆塔，所述配电线路杆塔上安装有传感器模块、数据采集模块、数据存储模块和通信模块以及起到供能作用的电源模块，传感器模块将状态数据供数据采集模块采集，通过杆塔受力状态监测传感器能够利用其数量和摆放位置的不同，监测出配电线路杆塔不同位置的受力状态，如配电线路杆塔的塔头、塔身、塔腿、导线横担和地形横担的受力状态；之后利用授时模块将两种数据实时同步，再将数据通过数据采集模块存储到数据存储模块内，最后利用通信模块发送，实现了配电线路杆不同位置不同环境下的应力监测，从而能够准备评估出不同塔形配电线路杆塔的抗风、防风性能。

Description

基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置及方法

技术领域

本发明属于电力***防灾减灾技术领域，特别涉及基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置及方法。

背景技术

我国地域辽阔，地理环境复杂多变，气候条件相差甚远，对电网运行是一个极大的考验。配电线路所处区域、地形复杂，由此导致配网架空线路杆塔形式多样。不同塔形结构，导致在台风作用下不同区域塔材所承受的应力也不同。这导致了在同一次台风过程中，不同塔型杆塔受灾损坏部位不同。

目前，电力***对配网可靠性以及在台风等极端天气下灾害情况尤为关注；但是传统的配网在线监测手段主要集中在电气性能，缺少杆塔不同区域的应力***监测。为准确评估不同塔形配电线路杆塔的抗风、防风性能，需要同步开展不同部位的应力监测。为此，提出基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置及方法。

发明内容

针对上述问题，本发明包括配电线路杆塔，所述配电线路杆塔上安装有传感器模块、数据采集模块、数据存储模块、数据分析模块和通信模块以及起到供能作用的电源模块；其中，

所述传感器模块，用于监测杆塔环境状态以及杆塔受力状态；

所述数据采集模块，用于传感器模块中的状态数据的采集；

所述数据存储模块，用于状态数据的存储保存并随时供给数据分析模块分析和处理；

所述通信模块，用于将状态数据发送至数据分析模块；

所述数据分析模块，用于状态数据的接收，并对通过通信模块将数据存储模块中保存的历史状态数据进行总体分析和处理。

优选的，所述传感器模块均采用MEMS传感器。

优选的，所述传感器模块包括杆塔环境传感器和/或杆塔受力状态监测传感器，所述杆塔环境传感器和杆塔受力状态监测传感器收集杆塔环境状态数据和杆塔受力状态数据。

优选的，所述杆塔环境传感器和杆塔受力状态监测传感器之间连接有授时模块，让杆塔环境传感器和杆塔受力状态监测传感器的测量同步。

优选的，所述杆塔受力状态监测传感器采用MEMS加速度传感器。

优选的，所述杆塔环境传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速风向传感器和雨量传感器中的至少一个，利用温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速风向传感器和雨量传感器能够分别监测出温度、湿度、风压、气压、风速、风向和雨量，其中所述气压传感器监测风压和气压两种环境状态，所述风速风向传感器监测风速和风向两种环境状态。

优选的，所述气压传感器采用压阻式MEMS压力传感器。

优选的，所述风速风向传感器采用MEMS热式风速风向传感器。

优选的，所述杆塔受力状态监测传感器通过其位置的放置不同和数量的不同能够监测出塔头、塔身、塔腿、导线横担和地形横担五种不同位置受力状态中至少一种。

优选的，所述数据存储模块的数据存储方式采用磁盘存储或闪存卡存储。

优选的，所述通信模块接收来自于本地区其他杆塔的微气象监测装置的数据。

优选的，所述电源模块包括主电池太阳能电池以及备用电池蓄电池。

优选的，所述通信模块采用数据传输方式，传输方式采用有线或无线数据传输方式。

本发明还提供了一种基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置的方法，包括：监测杆塔环境状态和杆塔受力状态；采集杆塔环境状态数据和杆塔受力状态数据；对状态数据进行总体分析和处理。

本发明通过杆塔环境传感器，能够监测杆塔环境中的温度、湿度、风压、气压、风速、风向和雨量等多种环境状态；通过杆塔受力状态监测传感器能够利用其数量和摆放位置的不同，监测出配电线路杆塔不同位置的受力状态，如配电线路杆塔的塔头、塔身、塔腿、导线横担和地形横担的受力状态；之后利用授时模块将两种数据实时同步，再将数据通过数据采集模块存储到数据存储模块内，最后利用通信模块发送至数据分析模块，数据分析模块能够分析状态数据之间的关系，实现了配电线路杆不同位置不同环境下的应力监测，从而能够准备评估出不同塔形配电线路杆塔的抗风、防风性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的实施例1中，基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置的总体结构示意图；

图2是本发明的实施例2中，生成单元的结构示意图；

图3是本发明的实施例3中，生成单元的结构示意图；

图4是本发明的实施例4中，生成单元的结构示意图；

图5是本发明的实施例5中，生成单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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1：

如图1，授时模块能够将杆塔环境状态和配电线路杆塔不同位置的受力状态两种不同维度的状态以时间为基准同步，为准确评估不同塔形配电线路杆塔的抗风、防风性能提供了基础。工作人员能够查看和监测通信模块通过无线数据传输方式发送的温度、湿度、风压、气压、风速、风向和雨量等环境数据以及塔头、塔身、塔腿、导线横担和地形横担等受力数据，为工作人员的工作提供了便捷。

进一步的，所述数据采集模块基于远程数据采集模块平台的通信模块，它将通信芯片、存储芯片等集成在一块电路板上，使其具有发送通过远程数据采集模块平台收发短消息、语音通话、数据传输等功能。

进一步的，所述传感器模块均采用MEMS传感器的优点有：高精度、检测流量范围广、适用于各种需求的流量计测、性能偏差小、高灵敏度、高频、小型、长寿命的特点。

进一步的，所述杆塔环境传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速风向传感器和雨量传感器中的至少一个，能够根据实际监测和评估需要，安装对应的环境传感器。

进一步的，所述杆塔受力状态监测传感器通过其位置的放置不同和数量的不同能够监测出塔头、塔身、塔腿、导线横担和地形横担五种不同位置受力状态中至少一种，能够根据实际的监测需要放置不同数量的杆塔受力状态监测传感器，从而监测出需要杆塔位置的受力状态，满足评估要求。

进一步的，所述数据存储模块采用闪存存储方式进行存储，与传统磁盘相比，闪存的读写速度高、功耗较低，读取方便。所述数据存储模块用于状态数据的存储保存并随时供给数据分析模块分析和处理内。

进一步的，所述通信模块接收来自于本地区其他杆塔的微气象监测装置的数据，该监测装置是一套针对输电线路走廊局部气象环境监测而设计的多要素微气象监测装置，将采集到的各种气象参数(比如温度、湿度、风压、气压、风速、风向和雨量等)及其变化状况，通过3G/GPRS/CDMA网络实时的传送到中心监控分析***，当出现异常情况时，***会以多种方式发出预报警信息，提示管理人员应对报警点予以重视或采取必要的预防措施。

进一步的，所述电源模块包括主电池太阳能电池以及备用电池蓄电池，通过太阳能电池能够吸收环境中的光能，从而为各个模块和器械供电，备用电池的蓄电池能够防止在阳光照射不足的情况下为各个模块和器械供电，保证装置的正常运行。例如，在日照时长较长的地方云南昆明，太阳能电池为主电源，为各个模块和器械供电；但是当云南昆明进入雨季或阴雨天气较长时，太阳能电池吸收光能的速度小于太阳能电池耗能的速度，此时利用备用电池蓄电池对各个模块和器械进行供电，从而保证了装置的正常运行。

进一步的，所述通信模块采用无线数据传输方式，监测人员能够随时随地对记录在数据存储模块内的数据进行查看，更加方便了监测人员的监测评估工作。由于地域差异复杂，当地形复杂时，无线数据传输方式还能够避免布线所带来的多余工作，节约了人力成本。

本发明中所述通信模块用于将状态数据发送至数据分析模块。所述数据分析模块用于状态数据的接收，并对通过通信模块将数据存储模块中保存的历史状态数据进行总体分析和处理。本发明中数据分析模块可以是服务器，比如布置在云端的数据服务器，用于数据的永久存储,以及进一步的深入分析。

实施例2：

如图1和图2，根据杆塔的形状和塔杆周边的环境状况，传感器模块只包括安装温度传感器和杆塔受力状态监测传感器，杆塔受力状态监测传感器安装在塔头，能够在不同时间段监测出环境的温度以及塔头部位的受力大小。例如：凌晨2点，环境温度：18℃；塔头受力：241N/㎡。

实施例3：

如图1与图3、图4，根据杆塔的形状和塔杆周边的环境状况，传感器模块包括温度传感器、湿度传感器和杆塔受力状态监测传感器，杆塔受力状态监测传感器安装在塔头，能够在不同时间段监测出环境的温度、湿度以及塔头部位的受力大小。例如：上午8时15分，环境温度：12℃；环境湿度(相对)：40％；塔头受力：170N/㎡；

另外，传感器模块还能包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速风向传感器、雨量传感器和杆塔受力状态监测传感器，杆塔受力状态监测传感器安装在塔头，能够在不同时间段监测出环境的温度、湿度、风压、气压、风速、风向、雨量以及塔头部位的受力大小。例如：上午10时30分，环境温度：20℃；环境湿度(相对)：34％；环境风压(n＝10：0.65)；环境气压：0.84个标准大气压；环境风速：8.35m/s；风向：东北方；环境雨量(本日8时至次日8时)：7mm；塔头受力：153N/㎡。

实施例4：

如图1与图5，根据杆塔的形状和塔杆周边的环境状况，传感器模块包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速风向传感器、雨量传感器和杆塔受力状态监测传感器，多个杆塔受力状态监测传感器分别放置在塔头、塔身、塔腿、导线横担和地形横担等位置，能够在不同时间段监测出环境的温度、湿度、风压、气压、风速、风向、雨量以及塔头、塔身、塔腿、导线横担、地形横担的受力大小。例如：下午2时45分，环境温度：24℃；环境湿度(相对)：37％；环境风压(n＝10)：0.55；环境气压：0.82个标准大气压；环境风速：8.35m/s；风向：正北方；环境雨量(本日8时至次日8时)：6mm；塔头受力：153N/㎡；塔身受力：149N/㎡；塔腿受力145N/㎡；导线横担224：120N/㎡；地形横担225：97/㎡。

对于同一塔形，利用监测出的数据，分析多种环境状态参数对配电线路杆塔的各个部位的受力的影响，是准确评估不同环境下的配电线路杆塔的抗风、防风性能的基础。

综上，本状态监测装置能够在地理环境复杂多变，气候条件不一的环境下，根据实际的观察和评估需要，按照塔形结构的大小，配电线路杆塔所在环境的不一，对杆塔的塔头、塔身、塔腿、导线横担和地形横担等位置的应力进行测量、记录和发送，对配电线路杆塔所处环境的温度、湿度、风压、气压、风速、风向和雨量等环境参数进行测量、记录和发送，通过数据分析模块，利用得到的数据能够准确的评估出不同塔形、不同环境下的配电线路杆塔的抗风、防风性能，在以传统的配网在线监测集中在电气性能的基础上，具有进步意义。

基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置的方法，

S1、在配电线路杆塔上安装杆塔环境传感器、杆塔受力状态监测传感器、授时模块、数据采集模块、数据存储模块、通信模块和外部微气象在线监测装置；

电源模块为各个模块供电，电源模块包括主电池太阳能电池以及备用电池蓄电池，通过太阳能电池能够吸收环境中的光能，从而为各个模块和器械供电，备用电池的蓄电池能够防止在阳光照射不足的情况下为各个模块和器械供电，保证装置的正常运行；

其中，杆塔环境传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速风向传感器和雨量传感器中的至少一个；杆塔受力状态监测传感器的数量多于一个，且杆塔受力状态监测传感器能够根据监控和评估的需要能够安装在塔头、塔身、塔腿、导线横担和地形横担等位置。

S2、授时模块将杆塔环境状态和配电线路杆塔不同位置的受力状态两种不同维度的状态以时间为基准同步。

S3、数据采集模块采集传感器模块中的状态数据，包括由杆塔环境传感器监测到的环境温度、湿度、风压、气压、风速、风向和雨量等环境状态数据，还包括由杆塔受力状态监测传感器监测到的塔头、塔身、塔腿、导线横担和地形横担等位置的受力状态数据。

S4、数据存储模块将上述S3步骤中的状态数据进行存储保存。

S5、通信模块将数据存储模块中保存的状态数据通过无线数据传输或有线数据传输的方式发送至数据分析模块，数据分析模块对杆塔环境状态数据和杆塔受力状态数据进行处理，分析两种状态数据之间的关系，从而准确评估不同塔形配电线路杆塔的抗风、防风性能。其中，无线数据传输方式作为一种高效、快速的数据传输方式，相较有线数据传输方式，能够无视地形复杂程度，避免有线数据传输中布线带来的工作量；同时，通信模块接收外部微气象在线监测装置的数据并发送至数据分析模块进行处理和对比分析。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置，包括配电线路杆塔，其特征在于，

所述配电线路杆塔上安装有传感器模块、数据采集模块、数据存储模块、数据分析模块和通信模块以及起到供能作用的电源模块；其中，

所述传感器模块，用于监测杆塔环境状态以及杆塔受力状态；

所述数据采集模块，用于传感器模块中的状态数据的采集；

所述数据存储模块，用于状态数据的存储保存并随时供给数据分析模块分析和处理；

所述通信模块，用于将状态数据发送至数据分析模块；

所述数据分析模块，用于状态数据的接收，并对通过通信模块将数据存储模块中保存的历史状态数据进行总体分析和处理。

2.根据权利要求1所述的基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置，其特征在于，所述传感器模块均采用MEMS传感器。

3.根据权利要求1所述的基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置，其特征在于，所述传感器模块包括杆塔环境传感器和/或杆塔受力状态监测传感器，所述杆塔环境传感器和杆塔受力状态监测传感器收集杆塔环境状态数据和杆塔受力状态数据。

4.根据权利要求3所述的基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置，其特征在于，所述杆塔环境传感器和杆塔受力状态监测传感器之间连接有授时模块，让杆塔环境传感器和杆塔受力状态监测传感器的测量同步。

5.根据权利要求3所述的基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置，其特征在于，所述杆塔受力状态监测传感器采用MEMS加速度传感器。

6.根据权利要求3所述的基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置，其特征在于，所述杆塔环境传感器包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速风向传感器和雨量传感器中的至少一个，其中所述气压传感器监测风压和气压两种环境状态，所述风速风向传感器监测风速和风向两种环境状态。

7.根据权利要求6所述的基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置，其特征在于，所述气压传感器采用压阻式MEMS压力传感器，所述风速风向传感器采用MEMS热式风速风向传感器。

8.根据权利要求3所述的基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置，其特征在于，所述杆塔受力状态监测传感器通过其位置的放置不同和数量的不同能够监测出塔头、塔身、塔腿、导线横担和地形横担五种不同位置受力状态中至少一种。

9.根据权利要求1所述的基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置，其特征在于，所述数据存储模块的数据存储方式采用磁盘存储或闪存卡存储。

10.根据权利要求1所述的基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置，其特征在于，所述通信模块接收来自于本地区其他杆塔的微气象监测装置的数据。

11.根据权利要求1所述的基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置，其特征在于，所述电源模块包括主电池太阳能电池以及备用电池蓄电池。

12.根据权利要求1所述的基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置，其特征在于，所述通信模块采用有线或无线数据传输方式。

13.基于传感网络的配电线路杆塔状态监测装置的方法，其特征在于，监测杆塔环境状态和杆塔受力状态；

采集杆塔环境状态数据和杆塔受力状态数据；

对状态数据进行总体分析和处理。