基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型一种基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，涉及输电线路设计领域。
【背景技术】
[0002]弧垂是线路设计及运行维护中的重要参数之一，随着电力系统建设的发展，对高压架空线路弧垂测量精度要求越来越高。当输电线路弧垂达到一定程度，会发生对地闪络严重危害输电系统的安全。弧垂是指在平坦地面上，相邻两基电杆上导线悬挂高度相同时，导线最低点与两悬挂点间连线的垂直距离。如果导线在相邻两电杆上的悬挂点高度不相同，此时，在一个档距内将出现两个弧垂，即导线的两个悬挂点至导线最低点有两个垂直距尚，称为最大弧垂和最小弧垂。
[0003]现有技术中线路弧垂测量主要有四种方式:
[0004]1)、通过测量线路受力来计算线路弧垂。如使用光纤光栅应力传感器测量受力，光纤光栅传感器置于应变连接件内，该应变连接件设置于耐张塔和绝缘子串之间。通过光纤光栅应力传感器能精确测量应变连接件所受张力，再通过计算公式计算相应弧垂。这种方式使能够计算出弧垂，但是弧垂的精度与张力和转换公式的准确信密切相关，在线路受到风吹或覆冰的情况下，张力会发生变化，这会对线路测量造成一定影响。
[0005]2)、使用搭载GPS、高度计、测距仪的飞机测量线路的对地距离等数据。避免了徒步地面作业，减小了弧垂测量的工时和劳动强度；相对于原始测量方式，较大简化了弧垂测量操作，提高了效率和准确性。但是这种方式对操作员要求较高，而且在运动过程中进行测量，还是会有一定误差。
[0006]3)、采用激光或者超声波测距来测量线路对地高度的方式进行弧垂测量。该方法，能够很精确的测量线路最低点到水平地面的距离，再用杆塔的高度与测量高度算出弧垂。但是在两个杆塔之间的地段不是水平的，而是低洼或者小高地，那么测量就会有误差，从而算出的弧垂会有误差。
[0007]4)、利用图像分析来计算弧垂。该方法就是利用摄像设备对线路进行拍照，再通过一定算法来计算弧垂的高度。该方法对拍摄的图片角度要求很高，适应性不是很好，而且计算精度与算法选取有很大关系。
【发明内容】
[0008]本实用新型公开了一种基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，利用次声波发生装置、次声波接收装置，将采集到的弧垂信息传递给中央处理单元，再由中央处理单元进行计算获得输电导线弧垂值。本实用新型能实时监测高压输电线路的弧垂变化，并能将监测数据传输到后台监测中心，确保电力线路安全运行。
[0009]基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，包括设置于输电线路上的、位于线路最低处的发射装置A，安装在塔杆上的第一接收装置B、第二接收装置C，所述发射装置A包括第一处理器模块，第一处理器模块连接第一无线传输模块、次声波发生模块。所述第一接收装置B包括第二处理器模块，第二处理器模块连接第二无线传输模块、第一次声波接收模块、GPRS移动通讯模块。所述第二接收装置C包括第三处理器模块，第三处理器模块连接第三无线传输模块、第二次声波接收模块。
[0010]所述次声波发生模块用于产生18HZ的次声波，该次声波发生模块包括555芯片Ul、功率放大芯片U2、电阻R1~R7、电容Cl~ C8、扬声器LXSl，555芯片U1、电阻R1~R5、电容Cl- C5连接组成18HZ的正弦波发生电路；功率放大芯片U2、电阻R6、电阻R7、电容C6~ C8连接组成功率放大电路，该功率放大电路用于放大18HZ的正弦波信号，放大18HZ的正弦波信号驱动扬声器LXSl产生18HZ的次声波。
[0011]所述第一次声波接收模块接收到18HZ的次声波时，将正弦的次声信号转换为方波信号，方波信号传输到第二处理器模块中，第二处理器模块检测到方波信号的高电平，判断次声信号接受成功。
[0012]所述第一次声波接收模块、第二次声波接收模块均包括依次连接的:次声波接受传感器电路、第一级放大电路、带通滤波电路、第二级放大电路、比较器电路。
[0013]所述GPRS移动通讯模块连接监控中心，第二处理器模块通过GPRS移动通讯模块与监控中心进行数据交换。
[0014]所述第一处理器模块连接外围指示灯电路，外围指示灯电路包括电阻R9、三极管Q1、电阻R11、发光二极管Dl依次连接构成的红色指示灯电路；以及电阻R10、三极管Q2、电阻R12、发光二极管D2依次连接构成的绿色指示灯电路。
[0015]所述第二处理器模块连接外围指示灯电路，外围指示灯电路包括电阻R13、三极管Q3、电阻R14、发光二极管D3依次连接构成的红色指示灯电路；以及电阻R15、三极管Q4、电阻R16、发光二极管D4依次连接构成的绿色指示灯电路。
[0016]所述第一处理器模块、第二处理器模块、第三处理器模块均为Atmegaie微处理器。
[0017]所述第一无线传输模块、第二无线传输模块、第三无线传输模块均为NRF903无线传输模块。
[0018]本实用新型一种基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，技术效果如下:
[0019]1)、测量灵活，在线路最低处安装发射装置后，而接收装置可以安装在杆塔上的任意位置；
[0020]2、测量准确性好，由于次声波可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，不易发生反射，可以不用考测量点是否有障碍物和波反射对测量造成的干扰；
[0021]3)、采用三个点，以三角形原理计算弧垂，有比较高的计算精度，而不会受地形影响4)、能够实时在线检测，上述测量的数据会通过GPRS移动数据上传到监控中心。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型的测量原理图；
[0023]图2为本实用新型的测量系统结构示意图；
[0024]图3为本实用新型的发射装置内部连接示意图；
[0025]图4为本实用新型的发射装置电路图；
[0026]图5为本实用新型的次声波发生模块电路图；
[0027]图6为本实用新型的第一接收装置B内部连接示意图；
[0028]图7为本实用新型的第二接收装置C内部连接示意图。
[0029]图8为本实用新型的第一接收装置B电路图；
[0030]图9为本实用新型的第一次声波接收模块、第二次声波接收模块电路图；
[0031]图10为本实用新型的GPRS移动通讯模块电路图。
【具体实施方式】
[0032]原理分析:
[0033]基于次声波原理的输电线路弧垂测量系统，能够在多变的环境下，准确测量线路的弧垂。本实用新型采用三角形模型，通过测量每个边的长度来计算线路弧垂。并采用次声波结合无线电波的技术测量任意两个点之间的距离。采用次声波而非超声波是因为次声波由于频率低、波长长，因此次声波具有极强的穿透力，不仅可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，不易发生反射，而且方向性不强。所以有利于A、B两点之间直线测距，而不用考虑A、B两点之间障碍，而且不需要将声波发射点和接收点的设在同一条线上。还可以设置多个接收点C、D等，同时接收A的次声波，可以同时测量距离Lab, Lac, k。所以这非常有利于本实用新型装置，同时要测量I个点到另外两个点的距离。A、B两点距离测量原理是在A点处装设发射装置A，在B点处装设接收装置。A点处装置同时发射无线电波和次声波，由于无线电波传播以光速传播，所以在B点处装置在瞬间就接收到无线电波信号，然后启动计时，直到接收到次声波，停止计时，得到时间t，再利用公式t*340得到A、B两点之间的距离。
[0034]实施例:
[0035]如图1所示，本实用新型采用三角形关系，在输电线路2上设置了 A、B、C三个点。A点位于线路最低处，安装了发射装置A，B、C位于杆塔I任意两点安装了第一接收装置B、第二接收装置C。B、C两点之间长度Lbc、Lco, Lbq、H在是已知的长度量。Lab, Lac为未知量，通过A、B、C三个装置测量得到。
[0036]则对于三角形ABC，已知三边长度，可得到:
[0037]CosB= (Lab^Lcb2-Lac2) / (2*LAB*LCB)(I)
[0038]然后再求:
[0039]Lbd=Lab*cosB=(Lab2+Lcb2_Lac2)/(2*Lcb)(2)
[0040]然后可求得弧垂:
[0041]Hhc=H- Lbo+ Lbd(3)
[0042](在图1中AD为以A点作到边BC上的垂线)。
[0043]整个测量系统结构示意图如图2。A发出声波信号，第一接收装置B测得发射装置A到第一接收装置B传播时间第二接收装置C测得A到C的传播时间tA。，然后第二接收装置C将时间tA。数据通过NRF903无线传输传到第一接收装置B。然后第一接收装置B再计算出Lab、Lac，然后在利用公式(I)、(2)、(3)计算出弧垂，最后第一接收装置B通过GPRS移动通讯将弧垂值上传到电脑(监控中心)，电脑(监控中心)也可以通过GPRS移动通讯网络给第一接收装置B传送数据(如图1中的长度Lb。、Lco, Lbo, H)。选用的NRF903无线传输模块其传输距离可达500m，可以满足目前国内一般500kV —下电压等级的输电线路。
[0044]发射装置A内部结构示意图如图3。该装置由Atmegal6微处理器、NRF903无线传输模块和次声波发生器三部分组成。发射装置主要原理就是微处理器Atmegaie控制NRF903无线传输模块给接收装置发送“开始计时标志信号”，然后同时控制次声波发生器发射18Hz次声波。
[0045]图4为发射装置A电路图，包括Atmegal6微处理器和NRF903无线传输电路。该电路主要由Atmegaie微处理器及其外围指示灯电路和NRF903无线传输模块组成。主要功能就是Atmegal6微处理器通过端口控制次声波发生模块(图5)和NRF903无线传输模块。该电路由Atmegal6微处理器U3，NRF903无线传输模块NI，三极管Ql、Q2，电阻R8~R12，发光二极管Dl、D2，按键BI组成。按键BI和电阻R8组成的按键电路主要功能是用于整个发射装置复位重启，其电路连接到Atmegaie微处理器U3的9号引脚。三极管Q1、发光二极管D1、电阻R9、Rll组成红色指示灯电路，用于装置在异常情况下闪速指示。三极管Q2、发光二极管D2、电阻R1