专利名称：输电塔环境振动状态在线监测及无线远传系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种输电设备的检测系统，具体讲是涉及一种输电塔环境 振动状态在线监测及无线远传系统，属于电力自动化技术领域。
背景技术：
我们在野外经常可以看到高高的输电塔，用于挂载电线。由于输电塔长期 在野外使用，需承受风载、雨载、裹冰及大地脉动载荷的长期作用，塔杆结构 材料性能容易退化，引起承载能力下降，降低使用寿命。特别是在承受龙巻风、 热带风暴、台风及雪灾和地震或山体滑坡、基础下沉等突发载荷作用下倒塔的 事故屡有发生，造成严重的停电事故。单台塔杆机械失稳或严重变形，还会可 能影响线路上相邻的线塔载荷重新分配，引起多个塔杆同时倒塌的事故。比如
2008年1月份的大雪造成的湖南郴州的严重事故。
由于输电塔分布在数百公里甚至上千公里的不同地理环境下，经过农田、 高速公路、河流、山体、峡谷等地质环境，目前都是靠人力检测，由检测工人 到现场，对每个输电塔的各项性能进行检测。但是人力检测十分困难，危险较 大，检测成本也很高昂，甚至有些输电塔很长时间才能检测一次，安全隐患较 大，特别是一些地处山区偏远地区的输电塔。因此，研究开发能长期、在线、 自动的塔杆机械性能监测及故障分析系统具有重大的经济价值和社会价值。
目前，塔杆系统机械性能测试工作在国内外均未开展。由于我国对输电塔 设计的抗灾标准不高， 一旦出现突发性的灾害气象就可能发生重大的倒塔事故。 因此在输电塔上增加在线监测系统对输电塔时刻进行监测是非常重要的。
实用新型内容
为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种可以对输电塔的 环境振动状态进行时刻的在线监测的输电塔环境振动状态在线监测及无线远传 系统，方便检测操作，节省成本。
为实现上述目的，本实用新型是通过以下的技术方案来实现的
3一种输电塔环境振动状态在线监测及无线远传系统，其特征在于包括现场 采集站和主站，所述的现场采集站包括信号调理仪、采集卡、工业控制计算机 和无线网卡，振动传感器通过信号调理仪与采集卡连接，风速风向传感器和温 度湿度传感器分别连接在采集卡上，所述的采集卡与工业控制计算机连接，在 工业控制计算机上还连接有无线网卡；所述的主站包括相互连接的无线数据接 收系统和数据分析记录系统。
前述的输电塔环境振动状态在线监测及无线远传系统，其特征在于所述的
无线数据接收系统采用CDMA网络，通过因特网接收数据。
前述的输电塔环境振动状态在线监测及无线远传系统，其特征在于所述的 信号调理仪的信号放大倍数可调，信号调理仪中的低通滤波器的截止频率为l 20Hz，下跌率大于80dB。
本实用新型的有益效果是本实用新型安装后，可以对输电塔的环境参数 和振动参数进行在线的实时监测，自动记录任意时刻的环境参数及振动参数， 通过因特网在远程接收并可进行长期的振动趋势分析、波形分析、频率分析和 模态分析等状态监测，为输电塔的长期性能健康诊断提供依据，并能记录在突 发载荷作用下输电塔的振动变形，与有限元动力分析计算对比，分析输电塔受 力状态，确保输电塔的安全。
图1是本实用新型的系统构成原理图； 图2是本实用新型实施例的振动传感器的安装示意图； 图3是本实用新型的线号调理仪的原理框图； 图4是本实用新型的信号调理仪的频率调节示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作具体的介绍。
图1是本实用新型的系统构成原理图，如图所示，本实用新型的输电塔环 境振动状态在线监测及无线远传系统包括现场采集站和主站，现场采集站包括 信号调理仪、采集卡、工业控制计算机和无线网卡，振动传感器通过信号调理 仪与采集卡连接，风速风向传感器和温度湿度传感器分别连接在采集卡上，采集卡与工业控制计算机连接，在工业控制计算机上还连接有无线网卡；主站包 括相互连接的无线数据接收系统和数据分析记录系统。无线数据接收系统采用
CDMA网络，数据通过无线网络传输。
图2是本实用新型实施例的振动传感器的安装示意图，如图2所示，在本 实施例中，在输电塔的关键部位上安装有16个振动传感器，其中振动传感器都 是双向振动传感器，在输电塔上的安装位置也是分为X、 Y两个方向。图中的标 记中的阿拉伯数字为信号调理仪的通道号，X、 Y表示测点方向，其中Y向表示 沿导线方向，标记的箭头所示为振动传感器的安装位置。
将振动传感器安装好后，分别与信号调理仪连接，信号调理仪与采集卡连 接。风速风向传感器和温度湿度传感器也安装在输电塔上的合适位置，并连接 采集卡。采集卡与工业控制计算机连接，在工业控制计算机上连接无线网卡， 这样，现场采集站就组建好了。振动传感器将16个关键部位的振动参数(速度、 加速度、位移等)传递给信号调理仪，镜信号调理仪处理后传输给采集卡。风 速风向传感器和温度湿度传感器将环境参数(风向、风速、温度、湿度等)传 输给采集卡，采集卡将上述信号传输给工业控制计算机，镜工业控制计算机处 理后通过无线网卡发射出去。主站中的无线数据接收系统接受数据，并通过数 据分析记录系统对上述数据进行分析、处理、存储等。本实用新型的系统可以 自动记录任意时刻的环境参数及振动参数，通过因特网在远程接收并可进行长 期的振动趋势分析、波形分析、频率分析和模态分析等状态监测，为输电塔的 长期性能健康诊断提供依据,并能记录在突发载荷作用下输电塔的振动变形， 与有限元动力分析计算对比，分析输电塔受力状态。
图3为本实用新型的线号调理仪的原理框图。信号调理仪共有16个通道， 在信号调理仪中低通滤波器为椭圆型，截止频率lHZ 20Hz可选，下跌率〉80dB， 本实施例选用5Hz的低通滤波器。高通滤波器的下限频率0.01Hz;放大器的放 大倍数可调，调节范围一般在1 1000，根据输电塔振动信号及传感器测点布置， 本实施例中1 10通道的放大倍数为500， 11 16通道的放大倍数为200。总线 接口采用NI6224或6220，专用电缆，供电电源(在线工作状态)为22(^±10%交 流电，使用环境温度为5 45° ;保存环境温度为-10 60° 。信号调理仪由
5信号调理电路和频率调节电路组成，放大电路分成两部分，通过电位器调节可
使信号调理仪的最终放大倍数分别达到1、 10、 100、 1000倍。低通部分通过频 率调节板选择低通频率，分别为lHz、 5Hz、 10Hz。图4为本实用新型的信号调 理仪的频率调节示意图。
采用本实用新型后，可以实现以下功能
1、 采集监测自动、连续、长期采集、永久保存塔杆关键状态参数及环境 参数。状态参数为线形、应变、索振动、索力、主梁振动等，环境参数为风向 风速和温度湿度等；
2、 査询列表查询任意时刻上述状态参数和环境参数。对上述参数进行时、 日、月、年的变化趋势分析，自动绘制各种趋势图及数据列表；
3、 信号分析对主梁及索的振动进行波形分析、频率分析、模态分析，分 析索力的变化及主梁受力状态动力特性的变化；
4、 监测月报自动生成上述监测功能的月报表；
5、 离线接口提供其它离线分析接口及状态评估依据；
6、 远程监示通过因特网远程在主站异地远程全部数据及分析、趋势、月 报及进行评估，并可实现向上一级汇总。
本实施例对操作平台、编程工具和系统应用软件的要求 服务器Microsoft Windows Server 2003， Enterprise (为了实现异地远 程显示，必须采用2003)
采集工作站Microsoft Windows XP Professional
监示工作站Microsoft Windows XP
数据库中文SQL Server 2000, Windows Access 2000
应用程序开发VC++ 6. 0
选择上述系统应用软件为编程工具软件，有如下特点
面向对象的编程
使软件具有更好的内聚性和外联性，对资料的保护更好；使代码可重用， 易于修改和升级。
可视化的编程方法使代码的生成效率更高、出错率更低。
支持开放式数据库的连接
在应用程序中嵌入对数据库的访问的操作以及SQL査询，能得到高效的 数据库操作。
对操作系统的支持
能充分利用WINDOWS NT的技术特点，发挥软硬件平台的强大功能。
高效率编程
本实用新型特别适用于在新建的500 kV特别是特高压1000 kV线路以及过 江、过峡谷、台风和裹冰多发地区的输电塔上使用，并有利于对该技术进一步 的研究、开发及推广工作。
上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采取等同替换或等效变换的 方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
权利要求1、输电塔环境振动状态在线监测及无线远传系统，其特征在于包括现场采集站和主站，所述的现场采集站包括信号调理仪、采集卡、工业控制计算机和无线网卡，振动传感器通过信号调理仪与采集卡连接，风速风向传感器和温度湿度传感器分别连接在采集卡上，所述的采集卡与工业控制计算机连接，在工业控制计算机上还连接有无线网卡；所述的主站包括相互连接的无线数据接收系统和数据分析记录系统。
2、 根据权利要求1所述的输电塔环境振动状态在线监测及无线远传系统， 其特征在于所述的无线数据接收系统采用CDMA网络，通过因特网接受数据。
3、 根据权利要求1所述的输电塔环境振动状态在线监测及无线远传系统， 其特征在于所述的信号调理仪的信号放大倍数可调，信号调理仪中的低通滤波 器的截止频率为1 20Hz，下跌率大于80dB。
专利摘要本实用新型涉及一种输电塔环境振动状态在线监测及无线远传系统，包括现场采集站和主站，现场采集站包括信号调理仪、采集卡、工业控制计算机和无线网卡，振动传感器通过信号调理仪与采集卡连接，风速风向传感器和温度湿度传感器分别连接在采集卡上，采集卡与工业控制计算机连接，在工业控制计算机上连接有无线网卡；主站包括无线数据接收系统和数据分析记录系统。本实用新型对输电塔的环境参数和振动参数进行在线的实时监测，自动记录参数，通过因特网远程接收并可进行长期的状态分析监测，为输电塔的长期性能健康诊断提供依据，并能记录在突发载荷作用下输电塔的振动变形，与有限元动力分析计算对比，分析输电塔受力状态，确保输电塔的安全。
文档编号G01D21/02GK201289391SQ20082018498
公开日2009年8月12日 申请日期2008年9月3日 优先权日2008年9月3日
发明者刘晓锋, 卢修连, 周宇祥, 郑万泔, 磊 黄 申请人:江苏省电力试验研究院有限公司;江苏方天电力技术有限公司;南京安正软件工程有限责任公司