风偏角测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种风偏角测量装置。该装置由组合自供电单元，风偏角检测单元，控制器和射频模块组成，支持zigBee，支持位置查询。该装置安装方便，易于后期维护，使用太阳能、环境电磁能和风能组合供电，环保节能。可用于对电力线路风偏角进行在线监测，既适用于交流供电线路，也适用于直流输电线路，以及各种有线信号传输线路。
【专利说明】风偏角测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力监测【技术领域】，特别涉及一种自供电的电力线风偏角监测装置。
【背景技术】
[0002]风偏角是影响野外输电线路安全的一个重要因素。风作用在绝缘子串和导线上，导线上的风荷载会引起悬垂绝缘子串角度偏移，这就是导线悬垂绝缘子串的风偏角。
[0003]野外电力线路架设环境复杂，受气象条件和地理位置的影响，经常发生各种故障，风偏闪络事故是最常见的一种。山谷、河道或者极端天气引起的强风，容易导致悬垂的绝缘子风偏角过大，电力线与铁塔金属支架之间间隙不够，从而产生放电跳闸，影响电力系统的正常运行。
[0004]风偏跳闸是在强风天气区产生飑线风的条件下发生的，强风持续时间较长时，风偏角尚未恢复到正常水平，此时若进行重合闸动作，将会产生操作过电压，导致重合闸失败。
[0005]供电问题是电力线路在线监测装置面临的一个重要问题。目前常用的有太阳能供电、高压抽能和电池供电。
[0006]单纯的太阳能供电方式，受天气影响较大。对于天气恶劣的情况下，太阳能供电得不到保证，而天气恶劣情况正是电路线路故障的多发时段，恰好是最需要监测风偏角的时候。
[0007]高压抽能技术主要利用电磁感应原理，构造一个类似穿芯式电流互感器的装置，将电力线周边电磁场能转化为电能。受磁场强度限制，磁电转换装置必须足够接近电力线，且必须与电力线绝缘，故而对使用的绝缘材料性能、及使用寿命要求较高，带电部署此类监测装置时，难度较大，导致安全事故发生，同时也增加后期维护的困难。另外，一旦由于恶劣天气等原因导致线路中断，该抽能方式将失效。同时该项技术仅适用于交变线路，对于直流供电线路、输电线路中的地线均不能使用。
[0008]电池使用寿命有限，后期维护困难，且电池使用容易污染环境，不适合此类长期在线工作的应用。
[0009]电力线路传输过程中，监控和故障排查均需要对故障点进行准确定位。
[0010]环境中充满各种频段的电磁波，如AM广播信号、FM广播信号、TV信号、GSM信号、ISM信号等等。选择其中空间辐射场强较大的波段进行接收，可以获取较为稳定的能量。
【发明内容】
[0011]本实用新型的目的在于，提供一种自供电的风偏角测量装置，用于对电力线路风偏角进行在线监测，并且该装置安装方便，易于后期维护，环保节能，不受天气限制。可适用于交流或直流输电线路、以及各种有线信号传输线路。
[0012]本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现:
[0013]一种风偏角测量装置，包括组合自供电单元(I)、风偏角检测单元(2)、控制器(3)和射频模块⑷；所述的控制器⑶分别与风偏角检测单元(2)、组合自供电单元⑴和射频模块相连⑷；所述的组合自供电单元(I)，包括太阳能发电装置、风能发电装置、和环境电磁波发电装置和能量存储模块；所述的太阳能发电装置、风能发电装置和环境电磁波发电装置以并联方式连接在能量存储模块的输入端；所述的能量存储模块输出端和装置其他模块相连。
[0014]作为本方案的进一步优化，所述的环境电磁波发电装置由电磁波能量采集模块，整流升压模块和能量存储模块组成；所述的电磁波能量采集模块使用高压输电线路的支撑铁塔作为环境电磁波能量吸收天线。
[0015]作为本方案的进一步优化，所述的风偏角检测单元，包括悬垂角传感器、信号处理电路，所述的悬垂角传感器经信号处理电路处理后送入控制器的AD转换接口 ；所述的悬垂角传感器固定在高压输电线路的绝缘子串上。
[0016]作为本方案的进一步优化，所述的太阳能发电装置，包括一个二自由度的支架，太阳能电池板固定在支架上方，该支架的一个自由度用于调整太阳能电池板与垂直方向的夹角，另一个自由度用于控制支架水平旋转，两自由度均由电机控制，通过微控制器程序驱动共同调节太阳能电池板的朝向，使得太阳能电池板始终保持在最易于接收太阳光照射的角度。
[0017]作为本方案的进一步优化，所述的控制器和RF模块集成于同一芯片之中，所述的芯片内置zigbee协议栈，为微功耗芯片。
[0018]作为本方案的进一步优化，所述的能量存储模块包括充电保护电路。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为风偏角测量装置结构示意图。
[0020]图2为组合供电单元结构示意图。
[0021]图3为二自由度的支架正面视图。
[0022]图4为二自由度的支架侧面视图。
[0023]图5为充电保护电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
[0025]如图1所示，一种风偏角测量装置，包括组合自供电单元(I)、风偏角检测单元(2)、控制器(3)和射频模块⑷；所述的控制器(3)分别与风偏角检测单元(2)、组合自供电单元(I)和射频模块相连(4)。
[0026]如图2所示，所述的组合自供电单元，包括太阳能发电装置、风能发电装置、和环境电磁波发电装置和能量存储模块；所述的太阳能发电装置、风能发电装置和环境电磁波发电装置以并联方式连接在能量存储模块的输入端；所述的能量存储模块输出端和装置其他模块相连；
[0027]所述的太阳能发电装置，包括一个二自由度的支架，图3、图4分别是该支架结构的正面和侧面视图。支架安装在电力线路支撑铁塔上端适当位置。太阳能电池板固定在支架上方，该支架的一个自由度用于调整太阳能电池板与垂直方向的夹角，另一个自由度用于控制中间的支撑杆水平旋转，两自由度均由电机控制，通过微控制器程序驱动共同调节太阳能电池板的朝向，使得太阳能电池板始终保持在最易于接收太阳光照射的角度。
[0028]所述的风能发电装置，由风轮机构、风能发电机、整流稳压电路构成。所述的风能发电机可以包含一个到多个风轮机构，有利于在保证供电的同时，减少风轮机构的大小，从而减少部署的困难。风轮机构安装在供电线路支撑铁塔的顶部适当位置。所述的风轮机构与风能发电机相连，风轮机构受风旋转，带动风能发电机发电，风能发电机将机械能转化为电能输出，经整流稳压电路调整后输出到能量存储模块。
[0029]环境中充满各种频段的电磁波，如AM广播信号、FM广播信号、TV信号、GSM信号、ISM信号等等。选择其中空间辐射场强较大的波段进行接收，可以获取较为稳定的能量。
[0030]所述的环境电磁波发电装置，用于采集环境电磁波信号，转化为电能，为测量装置提供电能。所述的电磁能转换单元由电磁波能量采集模块，整流升压模块和能量存储模块组成。
[0031]所述的电磁波能量采集模块由由天线、电感、电容等组成。天线可以有多种形式，因为电力线支撑铁塔是金属导体，这里直接使用铁塔作为本电磁波能量采集模块的天线，可较好的吸收环境电磁波能量。LC谐振回路，构成能量接收系统，将磁场能量转化为电能。
[0032]受天线性能影响，能量采集模块接收到的输出功率一般在50 μ W到100 μ W之间，需要进行整流和升压。整流电路采用桥式整流电路，采用一级倍压可以达到测量装置所需要的电压大小。倍压电路输出端可以连接RC滤波电路，尽可能地将滤除脉动分量，得到较为平滑的直流电压。小功率的输出能量需要经过储存环节，才能满足工作需要，这里使用大容量的电容(如两个并联的16V447yF的电容)作为储能元件。
[0033]太阳能发电装置可在太阳光较为充分时，为装置提供电能；有风的天气，风能发电装置将工作起来；对于极端恶劣的天气，长时间没有太阳，此时风能发电装置的风轮机构由于冰冻天气等影响，不能正常工作，此时环境电磁波发电装置仍然可以为本实用新型提供维持正常工作的电能。
[0034]所述的能量存储模块中包含充电保护电路，既可防止因为过充损坏能量存储单元，也可防止反充导致前向能量转换单元损坏。
[0035]充电保护电路可以采用如图5所示的电路。VD为防反充肖特基二极管，VT是防过充晶体管，当能量接收模块没有接收到无线充电能量时，电路输入端电压为0，肖特基二极管VD能有效防止电池组对前向电路反充电，当电池组充满电时，VT导通，下方的LED灯发光，提示已经充满，此时输入端接收的电能会被VT消耗掉，从而起到防止过充的作用。
[0036]本装置引入电源管理电路，以使本装置能在电磁波信号较少的地方也能工作。电源管理电路由储能模块和电压侦测电路组成。电压侦测电路采集储能模块输出电压，并将结果输出给控制器。控制器的ADC端每10秒钟采集一次电压侦测结果，当电压低于预设的阈值时，控制器和射频模块处于休眠状态，当阈值达到预设的阈值时，休眠模块被唤醒。
[0037]所述的风偏角检测单元，包括悬垂角传感器、信号处理电路。所述的悬垂角传感器固定在绝缘子串上。绝缘子串悬挂在供电线路支撑铁塔上端，电力线悬挂在绝缘子串下方。受强风影响偏离平衡位置是，将带动绝缘子串发生偏离，悬垂角传感器随绝缘子串一起发生偏转，从而检测出该风偏角信号。所述的传感器信号进滤波、放大后送入控制器的AD转换接口。
[0038]所述的控制器控制射频单元将接受到的传感器数据和其他必要的数据发送到远端的无线收发装置。
[0039]所述的控制器、射频模块集成在同一芯片中，有利于提高整体性能。该芯片优选为CC2240，该芯片内置zigbee协议栈，且为微功耗芯片。
[0040]以上所述的仅是本实用新型的实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种风偏角测量装置，其特征在于，包括组合自供电单元(I)、风偏角检测单元(2)、控制器⑶和射频模块⑷；所述的控制器⑶分别与风偏角检测单元(2)、组合自供电单元(I)和射频模块相连(4);所述的组合自供电单元(I)，包括太阳能发电装置、风能发电装置、和环境电磁波发电装置和能量存储模块；所述的太阳能发电装置、风能发电装置和环境电磁波发电装置以并联方式连接在能量存储模块的输入端；所述的能量存储模块输出端和装置其他模块相连。
2.如权利要求1所述的风偏角测量装置，其特征在于，所述的环境电磁波发电装置由电磁波能量采集模块，整流升压模块和能量存储模块组成；所述的电磁波能量采集模块使用高压输电线路的支撑铁塔作为环境电磁波能量吸收天线。
3.如权利要求1所述的风偏角测量装置，其特征在于，所述的风偏角检测单元，包括悬垂角传感器、信号处理电路，所述的悬垂角传感器经信号处理电路处理后送入控制器的AD转换接口 ；所述的悬垂角传感器固定在高压输电线路的绝缘子串上。
4.如权利要求1所述的风偏角测量装置，其特征在于，所述的太阳能发电装置，包括一个二自由度的支架，太阳能电池板固定在支架上方，该支架的一个自由度用于调整太阳能电池板与垂直方向的夹角，另一个自由度用于控制支架水平旋转，两自由度均由电机控制，共同调节太阳能电池板的朝向，使得太阳能电池板始终保持在最易于接收太阳光照射的角度。
5.如权利要求1所述的风偏角测量装置，其特征在于，所述的控制器和RF模块集成于同一芯片之中，所述的芯片内置zigbee协议栈，为微功耗芯片。
6.如权利要求1所述的风偏角测量装置，其特征在于，所述的能量存储模块包括充电保护电路。
【文档编号】G01C1/00GK203949657SQ201420360959
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】张平 申请人:湖南科技学院