CN211527476U - 一种绝缘子破损感知*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种绝缘子破损感知***，包括安装在杆塔上的与导线连接的绝缘子，绝缘子上设置有感知节点，感知节点包括外壳以及布置在外壳内部的主电路板，杆塔和绝缘子之间通过杆塔横担连接，杆塔横担上设置有边缘节点，边缘节点与感知节点连接后通过4G信号连接至云平台。本实用消息解决了现有技术中存在的绝缘子监测过程需要人工巡查费时费力的问题。

Description

一种绝缘子破损感知***

技术领域

本实用新型属于输电线路状态监测设备技术领域，具体涉及一种绝缘子破损感知***。

背景技术

绝缘子安装在输电线路上，功能是实现电气绝缘和机械固定，其在架空输电线路中起到重要作用。在实际工作中，绝缘子不仅要承受工作电压、操作过电压等，还要受到来自复杂的自然环境，如日照、雷击、风雨侵蚀等，对其的不良影响，这些都易使绝缘子发生破损，从而损害整条线路的使用和运行寿命，对国民经济造成巨大的损失。

目前，国内对于绝缘子监测还是依靠人工巡线，人工巡线费时、费力。也有学者采用航拍图像对绝缘子进行破损监测，但由于拍摄死角以及表面污秽等问题使得检测精度降低。因此，若能够实现对绝缘子的实时监测，就能及时的获取绝缘子的状态信息，在绝缘子发生破损时，能够及时的采取维护措施，防止事故的扩大，对输电线路安全运行具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种绝缘子破损感知***，解决了现有技术中存在的绝缘子监测过程需要人工巡查费时费力的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种绝缘子破损感知***，包括安装在杆塔上的与导线连接的绝缘子，绝缘子上设置有感知节点，感知节点包括外壳以及布置在外壳内部的主电路板，杆塔和绝缘子之间通过杆塔横担连接，杆塔横担上设置有边缘节点，边缘节点与感知节点连接后通过4G信号连接至云平台。

本实用新型的特点还在于，

感知节点内部的主电路板具体结构为：包括微处理器，微处理器同时与电源控制模块、加速度传感器、温度传感器、LoRa模块连接，电源控制模块还与高能电池连接，其中，LoRa模块与边缘节点连接，加速度传感器与绝缘子连接。

微处理器的型号为MSP430F1611，电源控制模块采用多路LDO线性电源、高能电池的型号为18650、加速度传感器的型号为意法半导体公司的LIS2HH12芯片。

边缘节点的结构为：包括设置在所述杆塔横担处的通讯模块，通讯模块包含LoRa短距离无线通信模块和4G长距离无线通信模块，LoRa短距离无线通信模块和4G长距离无线通信模块同时与数据分析模块连接，所述LoRa短距离无线通信模块与感知节点中的LoRa模块实现通信连接，4G长距离无线通信模块与云平台实现无线通讯，数据分析模块还与电源模块连接。

数据分析模块包括核心处理器，核心处理器的型号为STM32F407，核心处理器还与数据存储单元连接。

电源模块采用太阳能+蓄电池的供电方式。

本实用新型的有益效果是，一种绝缘子破损感知***，实现对绝缘子状态的在线监测，在绝缘子发生破损的时候及时的采取维护或更换措施，解决传统人工巡线的缺陷大大减少因绝缘子破损造成的事故。通过在绝缘子上安装加速度传感器获取绝缘子的加速度信号，对其加速度信号进行处理的得到绝缘子固有频率，通过对比绝缘子破损前后的固有频率变化以此来确定绝缘子是否发生破损。为泛在电力物联网和智慧输电线路建设添砖加瓦。

附图说明

图1是本实用新型的一种绝缘子破损感知***安装示意图。

图2是本实用新型的一种绝缘子破损感知***结构示意图；

图3是本实用新型的一种绝缘子破损感知***感知节点安装示意图；

图4是本实用新型的一种绝缘子破损感知***感知节点结构示意图；

图5是本实用新型的一种绝缘子破损感知***边缘节点结构示意图。

图中，1.感知节点，2.边缘节点，3.云平台，4.绝缘子，5.杆塔，6.导线，1-1.外壳，1-2.主电路板，1-2-1.微处理器，1-2-2.电源控制模块，1-2-3.高能电池，1-2-4.LoRa模块，1-2-5.加速度传感器，1-2-6、温度传感器，2-1.通讯模块，2-2.数据分析模块，2-3.电源模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种绝缘子破损感知***，结构如图1、图2、图3所示，包括安装在杆塔5上的与导线6连接的绝缘子4，绝缘子4上设置有感知节点1，感知节点1包括外壳1-1以及布置在外壳1-1内部的主电路板1-2，外壳1-1由亚克力材料制作，利用M3胶黏贴在绝缘子4的伞裙，所述杆塔5和绝缘子4之间通过杆塔横担连接，杆塔横担上设置有边缘节点2，边缘节点2与感知节点1连接后通过4G信号连接至云平台3。

如图4所示，感知节点1内部的主电路板1-2具体结构为：包括微处理器1-2-1，微处理器1-2-1同时与电源控制模块1-2-2、加速度传感器1-2-5、温度传感器1-2-6、LoRa模块1-2-4连接，电源控制模块1-2-2还与高能电池1-2-3连接，其中，LoRa模块1-2-4与边缘节点2连接，加速度传感器1-2-5与绝缘子4连接。

微处理器1-2-1的型号为MSP430F1611，电源控制模块1-2-2采用多路LDO线性电源、高能电池1-2-3的型号为18650、加速度传感器1-2-5的型号为意法半导体公司的LIS2HH12芯片。

如图5所示，边缘节点2的结构为：包括设置在所述杆塔横担处的通讯模块2-1，通讯模块2-1包含LoRa短距离无线通信模块和4G长距离无线通信模块，LoRa短距离无线通信模块和4G长距离无线通信模块同时与数据分析模块2-2连接，LoRa短距离无线通信模块与所述感知节点1中的LoRa模块1-2-4实现通信连接，4G长距离无线通信模块与所述云平台3实现无线通讯，数据分析模块2-2还与电源模块2-3连接。

数据分析模块2-2包括核心处理器，核心处理器的型号为STM32F407，核心处理器还与数据存储单元连接。

电源模块2-3采用太阳能+蓄电池的供电方式。

本实用新型一种绝缘子破损感知***，工作原理如下：

所述的微处理器1-2-1集成在主电路板选用型号为MSP430F1611，该微处理器1-2-1一方面负责控制电源控制模块1-2-2；另一方面负责采集加速度传感器1-2-5和温度传感器1-2-6数据并将数据打包，再通过LoRa模块1-2-4发送至边缘节点2。电源控制模块1-2-2集成在主电路板用于将高能电池1-2-3的电压进行调理，输出满足装置所需的各种电压。所述的高能电池1-2-3集成在主电路板采用型号18650，其正常使用情况下可以保证装置使用3年，避免频繁地更换电池。LoRa模块集成在主电路板用于实现感知节点1和边缘节点2数据的无线交互。加速度传感器1-2-5集成在主电路板1-2上用于实时感知绝缘子的振动信号，其采用意法半导体公司的LIS2HH12芯片，其测量范围在±2g时，其精度可达到0.061mg/digit，此外，芯片集成温度传感器，可以实时的获取传感器的工作温度进行补偿，提高传感器的测量精度。所述的温度感器1-2-5集成在主电路板1-2上用于实时感知绝缘子周围环境的温度。

所述的边缘节点2安装在杆塔5横担上，其接收临近数个感知节点1发送过来的数据并对数据进行预处理，之后将处理过的数据通过4G打包发送至云平台3。边缘节点2的结构如图5所示，其主要包括通讯模块2-1、数据分析模块2-2和电源模块2-3三部分。所述通讯模块2-1包含LoRa短距离无线通信和4G长距离无线通信模块，LoRa用于与临近感知节点通信，4G用于将计算结果数据发送到云平台。所述的电源模块2-3采用太阳能+蓄电池的供电方式。所述的数据分析模块，考虑其需要完成对临近所有感知节点中绝缘子破损状态的计算，因此选择STM32F407作为核心处理器，其采用Cortex-M4架构，工作频率可达到168MHz。

云平台3是利用云计算、云存储以及移动互联网技术来实现远程监测。布置在现场的边缘节点2用于实时的接收感知节点1的绝缘子状态信息，并将预处理的数据信息通过4G发送至云平台3。云平台3针对上传的数据，通过与历史数据比较，并结合云平台3存储的以往数据对绝缘子破损状态进行综合诊断，当有故障发生时可以将故障位置等信息下发给维修人员，电力公司员工亦可以通过互联网访问云平台3，实时的获取绝缘子4的信息状态。此外，巡线人员也可以利用移动设备登录云平台3，查看绝缘子状态信息，也可以将现场检修的数据上传至云平台3。

大量研究表明，环境温度会对结构动力特性产生较大影响，是其中最主要的影响因素。正常温度变化引起的固有频率波动可以淹没结构轻微损伤所引起的频率变化，甚至可以造成对结构动力学性质的误解，因此考虑温度对绝缘子4固有频率的影响可以提高装置的监测精度。

本实用新型的具体操作过程如下：

第一步，对完好结构的绝缘子4状态进行评估，通过安装在绝缘子4上的加速度传感器1-2-5获取绝缘子4完好结构时的加速度信号，再通过随机子空间求解绝缘子4固有频率，并通过线性拟合建立环境温度和结构固有频率的关系，得到不同温度下绝缘子4的固有频率；

第二步，实时的获取绝缘子4的加速度信号并通过随机子空间法求解固有频率；

第三步，通过安装在铁塔上的温度传感器1-2-6实时获取环境温度并对绝缘子固有频率进行修订；

第四步，通过对比实时获取的绝缘子4固有频率，并结合云平台3上存储的以往绝缘子4固有频率、安装年限等对绝缘子4状态进行综合诊断，当绝缘子4的固有频率化超过10％时，认为绝缘子4发生破损，合云平台3将故障信息下发给维修人员及时的进行维修。

Claims (6)

1.一种绝缘子破损感知***，其特征在于，包括安装在杆塔(5)上的与导线(6)连接的绝缘子(4)，绝缘子(4)上设置有感知节点(1)，感知节点(1)包括外壳(1-1)以及布置在外壳(1-1)内部的主电路板(1-2)，所述杆塔(5)和绝缘子(4)之间通过杆塔横担连接，杆塔横担上设置有边缘节点(2)，边缘节点(2)与感知节点(1)连接后通过4G信号连接至云平台(3)。

2.根据权利要求1所述的一种绝缘子破损感知***，其特征在于，所述感知节点(1)内部的主电路板(1-2)具体结构为：包括微处理器(1-2-1)，微处理器(1-2-1)同时与电源控制模块(1-2-2)、加速度传感器(1-2-5)、温度传感器(1-2-6)、LoRa模块(1-2-4)连接，所述电源控制模块(1-2-2)还与高能电池(1-2-3)连接，其中，LoRa模块(1-2-4)与所述边缘节点(2)连接，加速度传感器(1-2-5)与所述绝缘子(4)连接。

3.根据权利要求2所述的一种绝缘子破损感知***，其特征在于，所述微处理器(1-2-1)的型号为MSP430F1611，电源控制模块(1-2-2)采用多路LDO线性电源、高能电池(1-2-3)的型号为18650、加速度传感器(1-2-5)的型号为意法半导体公司的LIS2HH12芯片。

4.根据权利要求2所述的一种绝缘子破损感知***，其特征在于，所述边缘节点(2)的结构为：包括设置在所述杆塔横担处的通讯模块(2-1)，通讯模块(2-1)包含LoRa短距离无线通信模块和4G长距离无线通信模块，LoRa短距离无线通信模块和4G长距离无线通信模块同时与数据分析模块(2-2)连接，所述LoRa短距离无线通信模块与所述感知节点(1)中的LoRa模块(1-2-4)实现通信连接，4G长距离无线通信模块与所述云平台(3)实现无线通讯，所述数据分析模块(2-2)还与电源模块(2-3)连接。

5.根据权利要求4所述的一种绝缘子破损感知***，其特征在于，所述数据分析模块(2-2)包括核心处理器，核心处理器的型号为STM32F407，核心处理器还与数据存储单元连接。

6.根据权利要求4所述的一种绝缘子破损感知***，其特征在于，所述电源模块(2-3)采用太阳能+蓄电池的供电方式。

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