专利名称：输电线等值覆冰厚度在线监测系统及监测方法
技术领域：
本发明属于输变电设备状态在线监测系统技术领域，具体涉及一种基于力学原理的输电线等值覆冰厚度在线监测系统，本发明还涉及上述监测系统的监测方法。
背景技术：
由于输电线覆冰厚度会受输电线所处环境的微气候、地形、地貌以及很多随机因素的影响，正因为如此输电线覆冰厚度计算模型比较难以确定。目前，国内外采用的输电线覆冰监测方法存在由于传感器数量设置不足，在计算模型建立过程中都做了较多简化，没有考虑到两侧杆塔输电线覆冰对输电线受力的影响。在实际运行过程中，输电线等值覆冰厚度计算常常存在较大的误差，导致现有输电线覆冰监测系统存在监测结果不准确的问题。此外，如何根据最少的监测量，精确的进行输电线覆冰厚度计算是覆冰输电线在线监测的一个难点，现有的等值覆冰厚度在线监测技术还有待于一步改进，以便于实现对输电线覆冰厚度的准确监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种输电线等值覆冰厚度在线监测系统，不仅可同时获得三基杆塔输电线覆冰后的重量变化以及绝缘子的倾斜角信息，还能通过内部设置的准确的力学计算模型计算出输电线的覆冰厚度。本发明的另一目的在于提供上述输电线等值覆冰厚度在线监测系统的监测方法。本发明所采用的第一种技术方案是，输电线等值覆冰厚度在线监测系统，包括有监控中心，监控中心通过通讯网络连接有杆塔监测主分机，杆塔监测主分机通过通讯网络分别连接有左侧杆塔监测副分机、右侧杆塔监测副分机，监控中心包括有公司监控中心主机，公司监控中心主机中嵌入有专家软件，专家软件内集成有等值覆冰厚度力学计算模型。本发明第一种技术方案的特点还在于，杆塔监测主分机，包括有微控制器，微控制器分别通过485总线分别与图片/视频监测单元、传感器监测单元连接，微控制器还通过电源线与主分机电源模块连接。微控制器采用DSP与ARM双核芯片，传感器监测单元内设置有微气象传感器和导线拉力监测模块，主分机电源模块采用太阳能电池与蓄电池结合方式供电。左侧杆塔监测副分机，包括有单片机，单片机通过485总线分别与导线拉力传感器、倾角传感器连接，单片机通过无线通信方式与导线温度传感器连接，单片机还通过电源线与副分机电源模块连接。 右侧杆塔监测副分机的结构与左侧杆塔监测副分机的结构相同。副分机电源模块采用导线互感取能，单片机均采用Zigbee内核C8051单片机。本发明所采用的第二种技术方案是，输电线等值覆冰厚度在线监测系统的监测方法，具体按照以下步骤实施步骤1、利用传感器监测单元和图像/视频监测单元分别获取环境信息和现场覆冰的输电线图像信息步骤1.1、先将杆塔监测主分机设置在主杆塔上，再将右侧杆塔监测副分机和左侧杆塔监测副分机分别设置在主杆塔两侧的副杆塔上；步骤1. 2、杆塔监测主分机内微气象传感器和导线拉力监测模块将采集到的环境信息和输电线覆冰信息传输给传感器监测单元微气象传感器内部的温湿度传感器、风速传感器、风向传感器及雨量传感器实时监测获取环境的温度和湿度、风速、风向及雨量信息，再将获取的环境信息送至传感器监测单元内；导线拉力监测模块通过内部设置的拉力传感器监测得到输电线自重载荷、输电线覆冰后的载荷，通过角位移传感器监测得到主杆塔绝缘子的倾斜角信息，并将获取的输电线覆冰信息输送至传感器监测单元内；图像/视频监测单元采集现场输电线覆冰的图像；右侧杆塔监测副分机内的导线拉力传感器将监测到的右侧副杆塔上输电线自重载荷、输电线覆冰后的载荷，倾角传感器将监测到的右侧副杆塔绝缘子的倾斜角信息，温度传感器将监测到的右侧副杆塔输电线温度参数分别输送至右侧杆塔监测副分机内的单片机内；左侧杆塔监测副分机内的导线拉力传感器将监测到的左侧副杆塔上输电线自重载荷、输电线覆冰后的载荷，倾角传感器将监测到的左侧副杆塔绝缘子的倾斜角信息，温度传感器将监测到的左侧副杆塔输电线温度参数分别输送至左侧杆塔监测副分机内的单片机内；步骤2、将杆塔监测主分机、右侧杆塔监测副分机及左侧杆塔监测副分机监测获取的所有信息输送至杆塔监测主分机内的微控制器中进行汇总和存储步骤2.1、经步骤1. 2，传感器监测单元和图像/视频监测单元将获得的环境信息、输电线覆冰信息及输电线覆冰图像输送入杆塔监测主分机的微控制器内；同时，左侧杆塔监测副分机内的单片机和右侧杆塔监测副分机内的单片机将各自获取的监测信息通过ZigBee传输至微控制器内；步骤2. 2、微控制器OTSP芯片对环境信息、输电线覆冰信息和覆冰图像信息进行总汇、存储，之后再进行初步处理，初步处理包括有单位换算、信号转换及放大处理，得到处理后的适于专家软件的环境温度和湿度、风速、风向、雨量、输电线自重载荷、输电线覆冰后的载荷、主杆塔绝缘子的倾斜角、左侧副杆塔绝缘子的倾斜角及右侧副杆塔绝缘子的倾斜角；步骤2. 3,DSP芯片实时将步骤2. 2中初步处理后得到的所有监测信息通过SCI通信接口传输给ARM芯片S3C2440，并将所有监测信息存储起来，再通过无线通信方式将所有监测信息输送至监控中心内的公司监控中心主机内；步骤3、利用监控中心内的专家软件和所有监测信息进行计算，即得到输电线的覆冰厚度；步骤4、采用专家软件内的环形覆冰厚度计算模型结合输电线的覆冰信息计算输电线的覆冰厚度b。本发明第二种技术方案的特点还在于，
步骤3具体按照以下步骤实施步骤3.1、计算输电线覆冰后的水平张力TH、主杆塔上竖向张力Tv所对应“平衡”的覆冰输电线长度Sd a)输电线自重载荷下长度为S1，输电线在覆冰后的长度St具体按照以下算法实施St = S1-S1 α ΔΤ(I)其中，Λ T为输电线在常温与覆冰时温度差值，α为输电线的综合线性温度膨胀系数，I/ C ；·
b)根据步骤a)中得到的输电线覆冰后的长度St计算输电线覆冰后的水平张力TH，具体按照以下算法实施
权利要求
1.输电线等值覆冰厚度在线监测系统，其特征在于，包括有监控中心(1)，所述监控中心(I)通过通讯网络连接有杆塔监测主分机(17)，所述杆塔监测主分机(17)通过通讯网络分别连接有左侧杆塔监测副分机(6)、右侧杆塔监测副分机(4)，所述监控中心(I)包括有公司监控中心主机(12)，所述公司监控中心主机中嵌入有专家软件(2)，所述专家软件(2)内集成有等值覆冰厚度力学计算模型。
2.根据权利要求1所述的输电线等值覆冰厚度在线监测系统，其特征在于，所述杆塔监测主分机(17)，包括有微控制器(5)，所述微控制器(5)分别通过485总线分别与图片/视频监测单元(9)、传感器监测单元(8)连接，所述微控制器(5)还通过电源线与主分机电源模块(3)连接。
3.根据权利要求2所述的输电线等值覆冰厚度在线监测系统，其特征在于，所述微控制器(5 )采用DSP与ARM双核芯片，所述传感器监测单元(8 )内设置有微气象传感器(10 )和导线拉力监测模块(11)，所述主分机电源模块(3)采用太阳能电池与蓄电池结合方式供电。
4.根据权利要求1所述的输电线等值覆冰厚度在线监测系统，其特征在于，所述左侧杆塔监测副分机(6)，包括有单片机(13)，所述单片机(13)通过485总线分别与导线拉力传感器(14)、倾角传感器(15)连接，所述单片机(13)通过无线通信方式与导线温度传感器(16)连接，所述单片机(13)还通过电源线与副分机电源模块(7)连接。
5.根据权利要求1所述的输电线等值覆冰厚度在线监测系统，其特征在于，所述右侧杆塔监测副分机(4)的结构与所述左侧杆塔监测副分机(6)的结构相同。
6.根据权利要求4或5所述的输电线等值覆冰厚度在线监测系统，其特征在于，所述的副分机电源模块(7)采用导线互感取能，所述单片机(13)均采用Zigbee内核C8051单片机。
7.输电线等值覆冰厚度在线监测系统的监测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施 步骤1、利用传感器监测单元和图像/视频监测单元分别获取环境信息和现场覆冰的输电线图像信息 步骤1.1、先将杆塔监测主分机(17)设置在主杆塔上，再将右侧杆塔监测副分机(4)和左侧杆塔监测副分机(6)分别设置在主杆塔两侧的副杆塔上； 步骤1. 2、杆塔监测主分机(17)内微气象传感器(10)和导线拉力监测模块(11)将采集到的环境信息和输电线覆冰信息传输给传感器监测单元(8) 微气象传感器(10)内部的温湿度传感器、风速传感器、风向传感器及雨量传感器实时监测获取环境的温度和湿度、风速、风向及雨量信息，再将获取的环境信息送至传感器监测单元(8)内； 导线拉力监测模块(11)通过内部设置的拉力传感器监测得到输电线自重载荷、输电线覆冰后的载荷，通过角位移传感器监测得到主杆塔绝缘子的倾斜角信息，并将获取的输电线覆冰信息输送至传感器监测单元(8)内； 图像/视频监测单元(2)采集现场输电线覆冰的图像； 右侧杆塔监测副分机(4)内的导线拉力传感器(14)将监测到的右侧副杆塔上输电线自重载荷、输电线覆冰后的载荷，倾角传感器(15)将监测到的右侧副杆塔绝缘子的倾斜角信息，温度传感器(16)将监测到的右侧副杆塔输电线温度参数分别输送至右侧杆塔监测副分机(4)内的单片机(13)内； 左侧杆塔监测副分机(6)内的导线拉力传感器(14)将监测到的左侧副杆塔上输电线自重载荷、输电线覆冰后的载荷，倾角传感器(15)将监测到的左侧副杆塔绝缘子的倾斜角信息，温度传感器(16)将监测到的左侧副杆塔输电线温度参数分别输送至左侧杆塔监测副分机(4)内的单片机(13)内； 步骤2、将杆塔监测主分机、右侧杆塔监测副分机及左侧杆塔监测副分机监测获取的所有信息输送至杆塔监测主分机内的微控制器中进行汇总和存储 步骤2.1、经步骤1. 2，传感器监测单元(8)和图像/视频监测单元(2)将获得的环境信息、输电线覆冰信息及输电线覆冰图像输送入杆塔监测主分机的微控制器(5)内； 同时，左侧杆塔监测副分机(6)内的单片机(13)和右侧杆塔监测副分机(4)内的单片机(13)将各自获取的监测信息通过ZigBee传输至微控制器(5)内； 步骤2. 2、微控制器(5) DSP芯片对环境信息、输电线覆冰信息和覆冰图像信息进行总汇、存储，之后再进行初步处理，初步处理包括有单位换算、信号转换及放大处理，得到处理后的适于专家软件(9)的环境温度和湿度、风速、风向、雨量、输电线自重载荷、输电线覆冰后的载荷、主杆塔绝缘子的倾斜角、左侧副杆塔绝缘子的倾斜角及右侧副杆塔绝缘子的倾斜角； 步骤2. 3,DSP芯片实时将步骤2. 2中初步处理后得到的所有监测信息通过SCI通信接口传输给ARM芯片S3C2440，并将所有监测信息存储起来，再通过无线通信方式将所有监测信息输送至监控中心(7)内的公司监控中心主机(I)内； 步骤3、利用监控中心内的专家软件和所有监测信息进行计算，即得到输电线的覆冰厚度； 步骤4、采用专家软件内的环形覆冰厚度计算模型结合输电线的覆冰信息计算输电线的覆冰厚度b。
8.根据权利要求7所述的输电线等值覆冰厚度在线监测系统的监测方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施 步骤3.1、计算输电线覆冰后的水平张力TH、主杆塔上竖向张力Tv所对应“平衡”的覆冰输电线长度Sd a)输电线自重载荷下长度为S1，输电线在覆冰后的长度St具体按照以下算法实施 St = S1-S1 a AT(I) 其中，AT为输电线在常温与覆冰时温度差值，a为输电线的综合线性温度膨胀系数，I/。。； b)根据步骤a)中得到的输电线覆冰后的长度St计算输电线覆冰后的水平张力Th，具体按照以下算法实施 式中，I表示主杆塔与一个副杆塔间的距离，h表示主杆塔与副杆塔间的高度差，Citl表不输电线自重载荷，St表不覆冰时输电线的长度；c)计算悬点不等闻时的等效档距Im 计算主杆塔上竖向张力Tv所对应“平衡”的覆冰输电线长度，左、两侧副杆塔与主杆塔等高时整个档距的输电线长度C : A — B — B'，具体按照以下算法实施
9.根据权利要求7所述的输电线等值覆冰厚度在线监测系统的监测方法，其特征在于，所述步骤4具体按照以下步骤实施 采用专家软件(9)中的环形覆冰厚度计算模型结合输电线覆冰信息，计算输电线覆冰厚度b，具体算法如下
10.根据权利要求7或9所述的输电线等值覆冰厚度在线监测系统的监测方法，其特征在于，所述输电线为N股分裂输电线，要将监测到的覆冰载荷qiM均摊至各股输电线上计算覆冰厚度b，具体按照以下算法实施
全文摘要
本发明公开的输电线等值覆冰厚度在线监测系统及监测方法，包括有监控中心，监控中心通过通讯网络连接有杆塔监测主分机，杆塔监测主分机通过通讯网络分别连接有两个杆塔监测副分机，监控中心包括有公司监控中心主机，公司监控中心主机中嵌有专家软件。本发明还涉及监测系统的监测方法，步骤1、获取环境信息和现场覆冰的输电线图像；步骤2、将杆塔监测主分机、两侧杆塔监测副分机获取的所有信息输送至微控制器内；步骤3、计算输电线覆冰密度；步骤4、计算输电线的覆冰厚度b。本发明可同时获得三基杆塔输电线覆冰后的重量变化及绝缘子的倾斜角信息，通过准确的力学计算模型直接给出用户需要的覆冰厚度，提高在线监测系统的准确度。
文档编号G01B21/08GK103017714SQ201210528609
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者黄新波, 魏旭, 李佳杰 申请人:西安工程大学