CN201344839Y - 输电塔振动在线监测*** - Google Patents

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田万军
陈自年
张会武
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Abstract

一种输电塔振动在线监测***，包括电源供电单元、传感器单元、信号调理与采集单元、嵌入式单板计算机、无线数据传输单元、远程监测中心组成。***使用太阳能电池板加蓄电池组联合供电，同步采集输电塔多个部位的振动信号及输电塔周围环境的气象数据，通过无线数据传输单元经CDMA移动通信网络传输至远程监测中心进行存储和显示。采用基于环境激励的输电塔结构模态参数辨识方法，识别输电塔振动频率、阻尼比和振型曲线等动力学特征参数，通过监测这些特征参数的变化，进而实现对输电塔安全的实时监测。本实用新型有利于保障输电设备的安全运行，避免和减少输电塔倒塌事故的发生，提高了供电***的可靠性，因而直接经济效益和社会经济效益巨大。

Description

输电塔振动在线监测***
技术领域
本实用新型属于遥测技术领域，具体涉及电网输电塔振动在线监测***。
背景技术
输电塔是电力***重要的输送电设施，其安全对保障电网供电可靠性具有非常重要的意义。作为一种高耸结构，输电塔具有细长、高柔的特点，在风或地震等环境荷载作用下振动响应强烈，容易导致结构产生疲劳损伤，从而引发输电塔倒塌事故的发生。近年来随着国家对电网建设力度的加大，各地输电塔倒塌事故不断发生，有些就是由于输电塔振动疲劳破坏所致，为此需要对输电塔振动及安全状况进行监测。由于输电塔长期处于野外恶劣环境条件下，现场难以满足电源供应以及通讯要求，对其进行安全监测难度较大；同时，由于输电塔结构庞大，采用常规的方法，如超声波探伤等，根本无法实施。因此，本实用新型提供一种输电塔振动在线监测***，以实现对输电塔安全的监测。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供了一种输电塔振动在线监测***，通过对输电塔结构动力学参数的辨识和监测，及时发现输电塔结构状态的变化，减少或避免输电塔倒塌破坏事故的发生，保障电网的安全运行。
本实用新型的技术解决方案如下：
输电塔振动在线监测***，包括电源供电单元201，传感器单元202，信号调理与采集单元203，嵌入式单板计算机204，无线数据传输单元205，远程监测中心206；传感器单元202中各个传感器的输出端分别和信号调理与采集单元203相应的信号输入端链接，信号调理与采集单元203和嵌入式单板计算机204总线连接，嵌入式单板计算机204和无线数据传输单元205双向串行通讯，无线数据传输单元205和远程监测中心206之间通过移动通讯网络和互联网络链接；
传感器单元202包括多组振动传感器和气象传感器，每组振动传感器包括纵向水平和横向水平方向两个振动传感器，振动传感器根据输电塔结构特点安装在输电塔不同部位；气象传感器包括风速传感器，风向传感器，温度传感器和湿度传感器。
电源供电单元201包括太阳能电池板301、电源控制单元302、蓄电池组303；太阳能电池板301的电压输出端和电源控制单元302的电压输入端连接，电源控制单元302的电压转换端和蓄电池组303连接；电源控制单元302的电压输出端和信号调理与采集单元203、嵌入式单板计算机单元204、无线数据传输单元205的电源输入端连接；
传感器单元202根据输电塔结构特点安装在不同部位；
信号调理与采集单元203包括信号隔直电路，放大电路，滤波电路，A/D转换处理以及同步采集电路；
振动传感器采用941B型超低频振动传感器，风速风向传感器采用HD2003型三维超声风速风向传感器；温湿度传感器采用EE06系列温湿度传感器。
本实用新型有益的效果是：
1、弥补了国内在输电塔振动在线监测领域的空白。
2、***通过监视输电塔振动频率、阻尼比和振型曲线等动力特征参数的变化，实现输电塔安全监测。
3、通过嵌入式单板计算机控制开启和关闭***，实现节约电能的目的。
4、***解决了监测现场无电源和通讯困难的技术难题。
附图说明
图1为本实用新型的示意图。
图2为本实用新型的***结构框图。
图3为本实用新型的电源控制单元结构框图。
具体实施方式
如图1，图2，图3所示，输电塔振动在线监测***，包括电源供电单元201，传感器单元202，信号调理与采集单元203，嵌入式单板计算机204，无线数据传输单元205，远程监测中心206，其特点是：传感器单元202中各个传感器的输出端分别和信号调理与采集单元203相应的信号输入端链接，信号调理与采集单元203和嵌入式单板计算机204总线连接，嵌入式单板计算机204和无线数据传输单元205双向串行通讯，无线数据传输单元205和远程监测中心206之间通过移动通讯网络和互联网络链接；
传感器单元202包括多组振动传感器和气象传感器，每组振动传感器包括纵向水平和横向水平方向两个振动传感器，振动传感器根据输电塔1结构特点安装在输电塔不同部位；气象传感器包括风速传感器，风向传感器，温度传感器和湿度传感器。
电源供电单元201包括太阳能电池板301、电源控制单元302、蓄电池组303；太阳能电池板301的电压输出端和电源控制单元302的电压输入端连接，电源控制单元302的电压转换端和蓄电池组303连接；电源控制单元302的电压输出端和信号调理与采集单元203、嵌入式单板计算机204、无线数据传输单元205的电源输入端连接；
电源供电单元201，传感器单元202，信号调理与采集单元203，嵌入式单板计算机204、无线数据传输单元205安装在输电塔的不同部位；
信号调理与采集单元203包括信号隔直电路，放大电路，滤波电路，A/D转换处理以及同步采集电路；
振动传感器采用941B型超低频振动传感器，风速风向传感器采用HD2003型三维超声风速风向传感器；温湿度传感器采用EE06系列温湿度传感器。
所述的电源供电单元201由太阳能电池板301、电源控制单元302和蓄电池组303组成。
太阳能电池板301采用市售的多晶硅太阳能电池板，由4块12伏太阳能电池板组成，用于将太阳能转换为电能，为信号调理与采集单元203、嵌入式单板计算机204、无线数据传输单元205以及蓄电池组303供电。
电源控制单元302采用北京汇能精电科技有限公司的EPIP20-H型太阳能控制器。电源控制单元302根据太阳能电池板301和蓄电池组303实际电压情况，实现供电和充电功能：当白天太阳光照比较充足的时候，电源控制单元302选择太阳能电池板301对信号调理与采集单元203、嵌入式单板计算机204、无线数据传输单元205供电以及对蓄电池组303充电，并防止蓄电池组过充电；当夜晚或者太阳光照不足时，电源控制单元302选择蓄电池组303对信号调理与采集单元203、嵌入式单板计算机204、无线数据传输单元205供电。
蓄电池组303采用深圳雷天锂电池公司生产的TS-LFP160AHA型锂电池，四块并联组成12伏160Ah电池组，实现对太阳能转换后的电能的存储，以备在太阳光照不足时对信号调理与采集单元203、嵌入式单板计算机204、无线数据传输单元205供电。
所述的传感器单元202包括16只振动传感器和一套气象传感器。振动传感器采用中国地震局工程力学研究所生产的941B型超低频振动传感器。根据输电塔结构，分别安装在输电塔上横担、下横担、塔身等部位，每一部位安装两个传感器，分别测量输电塔上纵向水平方向和横向水平方向振动(位移、速度或加速度)。传感器单元202测量的信号通过屏蔽电缆接入信号调理与采集单元203进行处理和采集；气象传感器包括风速传感器、风向传感器、温度传感器和湿度传感器，风速风向传感器采用意大利Delta0hm公司生产的HD2003型三维超声风速风向传感器，温湿度传感器采用奥地利E+E公司生产的EE06系列温湿度传感器，用于采集输电塔所处环境的气象数据；
所述的信号调理与采集单元203采用自行设计开发的16通道振动数据信号调理卡和美国Diamond Systems公司生产的Diamond-MM-32DX-AT型AD卡。信号调理与采集单元203对传感器单元202输入的振动信号进行隔直、滤波、放大处理，转化为标准的电压输出信号进行同步采集。风速、风向、温度湿度等气象数据由嵌入式单板计算机204通过485接口进行采集。
所述的嵌入式单板计算机204采用盛博科技公司的SCM/SPT2H型104单板计算机，对信号调理与采集单元203进行控制，开启和停止数据采集进程，将采集到的数据存储在存储器中，并通过RS232接口与无线数据传输单元205进行通信，将数据发送给无线数据传输单元205。
所述的无线数据传输单元205采用深圳宏电技术股份有限公司生产的H7710型CDMA DTU。无线数据传输单元205上电后，与远程监测中心206的数据中心通信，获得固定IP地址，与数据中心建立稳定的数据连接，实现点对电的数据通讯。无线数据传输单元205与远程监测中心206建立连接后，通过RS232接口，接收嵌入式单板计算机204输出的数据，通过CDMA移动通信网络2和Internet网络3将数据传输至远程监测中心206。
所述的远程监测中心206由大型数据库和Web服务器组成，接收无线数据传输单元205传输过来的实时数据，保存在大型数据库中，通过Web服务器进行发布，授权用户可以在任意一台接入互联网的计算机上，使用浏览器对输电塔振动数据进行实时监测。远程监测中心206采用基于环境激励的输电塔结构模态参数辨识方法，对输电塔振动频率、阻尼比和振型曲线等动力学特征参数进行实时计算分析，及时得到输电塔结构的状态变化。远程监测中心提供了大量的输电塔振动分析图谱，如：振动时程图，趋势图，自功率谱图，互功率谱图，互相关图，相干函数图，瀑布图，振型图等。
通过远程监测中心206，用户可以向对信号调理与采集单元203和嵌入式单板计算机204发送控制指令，对它们进行远程控制，可以调整滤波频率、采样频率、采样时间间隔等振动数据采集参数；开启和关闭数据采集单元，实现节约电能的目的。

Claims (3)

1.输电塔振动在线监测***，包括电源供电单元(201)、传感器单元(202)、信号调理与采集单元(203)、嵌入式单板计算机(204)、无线数据传输单元(205)和远程监测中心(206)，其特征是：传感器单元(202)中各个传感器的输出端分别和信号调理与采集单元(203)相应的信号输入端链接，信号调理与采集单元(203)和嵌入式单板计算机(204)总线连接，嵌入式单板计算机(204)和无线数据传输单元(205)双向串行通讯，无线数据传输单元(205)和远程监测中心(206)之间通过移动通讯网络和互联网络链接；
传感器单元(202)包括多组振动传感器和气象传感器，每组振动传感器包括纵向水平和横向水平方向两个振动传感器，振动传感器根据输电塔结构特点安装在输电塔不同部位；气象传感器包括风速传感器，风向传感器，温度传感器和湿度传感器；
电源供电单元(201)包括太阳能电池板(301)、电源控制单元(302)、蓄电池组(303)；太阳能电池板(301)的电压输出端和电源控制单元(302)的电压输入端连接，电源控制单元(302)的电压转换端和蓄电池组(303)连接；电源控制单元(302)的电压输出端和信号调理与采集单元(203)、嵌入式单板计算机(204)、无线数据传输单元(205)的电源输入端连接。
2.权利要求1所说的输电塔振动在线监测***，其特征是：信号调理与采集单元(203)包括信号隔直电路，放大电路，滤波电路，A/D转换处理以及同步采集电路。
3.权利要求1所说的输电塔振动在线监测***，其特征是：振动传感器采用941B型超低频振动传感器，风速风向传感器采用HD2003型三维超声风速风向传感器；温湿度传感器采用EE06系列温湿度传感器。
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