一种用于监测输电导线舞动的监测设备及其安装方法与流程

[0001]
本公开涉及输电线路监测领域，尤其涉及一种用于监测输电导线舞动的监测设备及其安装方法。


背景技术：

[0002]
架空输电导线在运行过程中会因自然条件的作用而发生多种灾害亊故，导线舞动就是其中危害较为严重的一种。导线舞动是指导线截面在风激励的作用下不均匀受力所产生的一种低频、大振幅的导线自激振动。在相应的大气条件下导线舞动时常发生，且由于其大振幅、摆动、持续时间长等特点，导线舞动容易引起相间闪络、金具损坏，造成线路跳闸停电或引起烧伤导线、杆塔倒塌、导线折断等严重事故，造成重大经济损失，对输电线路的运行安全造成了巨大危害。
[0003]
为保障输电线路的运行安全，推动电力信息深度采集，通过安装各种传感器实现即时灵敏的感知，汇聚节点和接入节点，从“被动接收”到“主动介入”的转变，促进电力各业务领域的信息互联、人机交互，从感知层入手，打造状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的电力物联网。
[0004]
有鉴于此，有必要研究出一种用于监测输电导线舞动的监测设备及其安装方法，以实现输电线路舞动在线监测。


技术实现要素：

[0005]
本发明的实施例提供一种用于监测输电导线舞动的监测设备及其安装方法，通过卫星实时定位监测设备，处理器获取监测设备的实时三维坐标，利用实时三维坐标获取输电导线的舞动数值，实现输电线路舞动在线监测。
[0006]
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：一方面，提供了一种用于监测输电导线舞动的监测设备，包括：电路模块，所述电路模块实时接收卫星信号，所述电路模块还实时输出监测设备的三维实时坐标；磁环模块，所述磁环模块套设在输电导线上，所述磁环模块抵抗输电导线周围的电磁干扰，以确保所述电路模块正常工作；电源模块，所述电源模块与所述电路模块的电源端和所述磁环模块的电源端连接，所述电源模块向所述电路模块和所述磁环模块供电。
[0007]
在一些实施例中，还包括：设备壳体，所述电路模块、所述磁环模块和所述电源模块安装于所述设备壳体；设备顶盖，所述设备顶盖扣合在所述设备壳体，所述设备顶盖和所述设备壳体之间设置有导线容纳腔，监测设备采用所述设备顶盖和所述设备壳体扣合方式悬挂于输电导线。
[0008]
在一些实施例中，所述电路模块、所述磁环模块和所述电源模块平衡安装于所述设备壳体，使得监测设备在输电导线上处于平衡状态。
[0009]
在一些实施例中，所述设备顶盖为薄壁件，所述薄壁件减轻所述设备顶盖的重量；所述设备顶盖的内壁设有加筋结构，所述加筋结构增加所述薄壁件的强度。
[0010]
在一些实施例中，所述设备壳体与输电导线之间、所述设备顶盖与输电导线之间均设有防滑件，该防滑件使监测设备和输电导线相对静止。
[0011]
在一些实施例中，所述电路模块包括卫星接收机、处理器和传输模块，所述卫星接收机通过卫星天线接收卫星信号，所述处理器把卫星信号处理成监测设备的三维实时坐标，所述传输模块发送监测设备的三维实时坐标。
[0012]
在一些实施例中，监测设备的主要重量集中在监测设备的设备壳体；监测设备的设备顶盖安装有卫星天线，该卫星天线与电路模块的处理器连接。
[0013]
在一些实施例中，所述设备壳体和所述设备顶盖的材质均为铝材；所述电路模块的卫星接收机、处理器、传输模块和电源模块高度集成在所述设备壳体内。
[0014]
本发明实施例的监测设备重量比较轻、体积较小。本发明实施例在有限的重量之下，仍集成有卫星接收机、天线、传输模块、电源等部件。
[0015]
在一些实施例中，所述设备壳体上安装有卡箍组件，所述卡箍组件位于所述设备壳体和所述设备顶盖之间，所述卡箍组件箍紧输电线路和所述设备壳体，所述设备壳体和所述设备顶盖以可拆卸的方式固定连接。
[0016]
另一方面，提供了一种用于监测输电导线舞动的监测设备安装方法，包括：电路模块和电源模块安装于监测设备的设备壳体；磁环模块悬挂于输电线路；磁环模块安装于设备壳体；监测设备的设备顶盖与设备壳体扣合并固定。
[0017]
在本公开中，至少具有如下技术效果或优点：1、本发明的实施例通过卫星实时定位监测设备，处理器获取监测设备的实时三维坐标，利用实时三维坐标获取输电导线的舞动数值，实现输电线路舞动在线监测。
[0018]
2、本发明实施例的监测设备，从安装和拆卸设备的顺序上对其进行有效布置。鉴于监测设备内部的模块特性，除了磁环模块单独安装之外，其它模块先整体安装再整体装配到输电线路上，利用卡箍结构连接输电线路，安装设备顶盖即可完成装配工作。具有便捷、简单、可靠的优点。
附图说明
[0019]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]
图1为根据本公开的一些实施例提供的一种用于监测输电导线舞动的监测设备原理框图；图2为根据本公开的一些实施例提供的监测设备结构示意图；图3为图2中设备壳体的结构示意图一；
图4为图2中设备壳体的结构示意图二；图5为图2中设备壳体的结构示意图三；图6为图2中设备壳体的结构示意图四；图7为图3至图6中上开口外壳的结构示意图一；图8为图3至图6中上开口外壳的结构示意图二；图9为图3至图6中磁环的结构示意图；图10为图2中设备顶盖的结构示意图一；图11为图2中设备顶盖的结构示意图二。
[0021]
附图标记：100-监测设备；1-设备壳体；11-上开口外壳；111-第一半圆孔；112-容纳通道；113-第一容纳腔；114-第二容纳腔；115-第三容纳腔；12-卡箍组件；13-磁环模块；131-第一半圆环；132-第二半圆环；133-环状卡箍；134-电源线；14-第一压盖；15-第二压盖；16-电路模块；17-电源模块；18-绝缘橡胶块；181-安装腔；2-设备顶盖；21-上盖本体；22-第二半圆孔；23-天线孔；3-天线。
具体实施方式
[0022]
下面结合附图所示的各实施方式对本公开进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本公开的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本公开的保护范围之内。
[0023]
在本公开实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、
ꢀ“
前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
[0024]
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0025]
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
[0026]
本公开的实施例提供一种监测设备，该监测设备例如为监控输电导线舞动的监测设备。参考图1，一种用于监测输电导线舞动的监测设备例如包括电路模块、磁环模块和电源模块。其中，电路模块实时接收卫星信号，电路模块还实时输出监测设备的三维实时坐标；磁环模块套设在输电导线上，磁环模块抵抗输电导线周围的电磁干扰，以确保电路模块正常工作；电源模块与电路模块的电源端和磁环模块的电源端连接，电源模块向电路模块和磁环模块供电。
[0027]
当前，大部分研究机构针对导线舞动进行监测采用的技术都是传感器的技术，都存在着这样或那样的弊端，例如拉距传感器一方面受限于安装方式，另一方面有测量范围
的限制，加速度传感器可以很好的测量频率，对振幅的测量又是其弱项。因此开发一种合理的、经济的、有效的监测手段是有必要的。
[0028]
本发明实施例依托当前卫星导航技术，对输电导线舞动现象进行监测，了解输电导线舞动产生的状况、机制、特点等，从而为未来如何解决舞动的发生提供基础数据。
[0029]
基于卫星导航技术的舞动监测设备，该设备能够实时接收卫星信号，同时能够接收来自电力卫星精准服务网的差分改正数据，经过设备内部解算，可以实时输出舞动监测设备的三维实时坐标，并将解算结果实时通过电路模块发送到监测平台上，用于数据分析和监测报警。
[0030]
本发明实施例在输电导线上安装磁环模块，是由于导线舞动监测设备安装在高压输电线路上，高压输电线路在送电的过程中，会产生很强大的磁场环境和电感环境。监测设备必须能够在高电磁环境下良好工作。因此，本实施例的监测设备电磁兼容性要求很高。在强电磁环境下工作，通常有两方面的影响，一是对卫星导航信号的影响，监测设备必须在高场强的环境下，确保能够稳定的接收并解算卫星信号；二是对接收机的影响，接收机不能由于电磁环境影响内部电路，导致系统噪声甚至不能正常工作。
[0031]
在一些实施例中，请参阅图2至图6，一种用于监测输电导线舞动的监测设备100，除了包括电路模块16、磁环模块13和电源模块17之外，还包括设备壳体1和设备顶盖2，电路模块16、磁环模块13和电源模块17安装于设备壳体1；设备顶盖2，设备顶盖2扣合在设备壳体1，设备顶盖2和设备壳体1之间设置有导线容纳腔，监测设备100采用设备顶盖2和设备壳体1扣合方式悬挂于输电导线。
[0032]
请参阅图2至图6，本实施例的设备壳体1的两个相对侧壁分别开设第一半圆孔111，第一半圆孔111的孔壁与输电导线的下半部分周壁接触；两个第一半圆孔111之间具有容纳通道112，该容纳通道112用于容纳输电导线，设备壳体1的内腔设有卡箍组件12，输电导线嵌入第一半圆孔111和容纳通道112并使用卡箍组件12固定；设备顶盖2的两个相对侧壁分别开设第二半圆孔22，第二半圆孔22的孔壁与输电导线的上半部分周壁接触，设备顶盖2扣合于设备壳体1时，第一半圆孔111与第二半圆孔22拼成圆形孔，该圆形孔的孔壁与输电导线的周壁接触。
[0033]
请参阅图7和图8，设备壳体1包括上开口外壳11、第一压盖14和第二压盖15，两个第一半圆孔111开设在上开口外壳11的两个相对侧壁；上开口外壳11为上开口结构，卡箍组件12固定在上开口外壳11内，上开口外壳11与设备顶盖2扣合。上开口外壳11上设置有第二容纳腔114，电路模块16安装在第二容纳腔114，第一压盖14位于电路模块16上方，第一压盖14盖合在第二容纳腔114，使得第二容纳腔114和第一压盖14之间形成用于安装电路模块16的第一密封空间。上开口外壳11上还设有第三容纳腔115，电源模块17安装在第三容纳腔115，第二压盖15位于电源模块17上方，第二压盖15盖合在第三容纳腔115，使得第三容纳腔115和第二压盖15之间形成用于安装电源模块17的第二密封空间。上开口外壳11上设有第二容纳腔114和第三容纳腔115，第二容纳腔114和第三容纳腔115位于容纳通道112的两侧。上开口外壳11上还设有第一容纳腔113，第一容纳腔113靠近一个第一半圆孔111设置，第一容纳腔113位于第二容纳腔114、第三容纳腔115和容纳通道112的一端，第二容纳腔114、第三容纳腔115和容纳通道112的另一端靠近另一个第一半圆孔111设置，第二容纳腔114、第三容纳腔115和容纳通道112并行设置。
[0034]
本发明实施例的磁环模块13安装在第一容纳腔113；磁环模块13的内环壁与输电导线的周壁接触；输电导线设备通过卡箍组件12悬挂在输电导线上，输电导线与两个第一半圆孔111、磁环内壁、容纳通道112的通道壁接触。
[0035]
在大部分实施例中，第一容纳腔113还设有绝缘件，绝缘件也具有容纳腔，磁环安装在该容纳腔，使得绝缘件位于磁环与第一容纳腔113之间。
[0036]
在一些实施例中，电路模块16、磁环模块13和电源模块17平衡安装于设备壳体1，使得监测设备100在输电导线上处于平衡状态。
[0037]
本发明的实施例将输电导线设备悬挂在高压输电导线上，高压输电导线悬挂于空中，为了让设备在输电导线上处于平衡的状态，设备壳体1的电路模块16、电源模块17和磁环平衡安装，另外整个设备在横向上尽可能地分布均匀，保证输电导线设备的中线与输电导线中心线重合。为了提高监测设备100的平衡性能，监测设备100悬挂在高压输电导线上，为了让监测设备100在输电导线两侧的重量分布均匀，首先让内部模块的布置，尽可能地分布均匀，对称结构的模块全部布置设备重心位置。
[0038]
在一些实施例中，设备顶盖为薄壁件，薄壁件减轻设备顶盖的重量；设备顶盖的内壁设有加筋结构，加筋结构增加薄壁件的强度。
[0039]
本发明的设备壳体和设备顶盖，均选用铝合金材料，既满足结构强度和使用性，又生产成本可控。本发明的监测设备，在需要承载力量和强度的区域，采用加厚、加强设计、在需要承载强度相对较弱地方，采用薄壁设计。在输电导线设备的结构设计过程中，具体在措施如下：整个输电导线设备需要卡箍在高压输电导线上，所以在卡箍输电导线的地方，采用加强设计的方式；输电导线设备的壳体盖子，由于只是起到防水、防晒的作用，故在结构设计上采用薄壁加筋位设计。本发明的设备顶盖采用薄壁加筋位设计，既可以最大限度地减轻输电导线设备重量，又不失其可靠的强度要求。
[0040]
由于本设备设施是安装在高压输电到线上，本身的重量不能太大，不能对输电线路的导线造成负担。因此本发明的设备壳体和设备顶盖均选用铝合金材料。
[0041]
在一些实施例中，设备壳体与输电导线之间、设备顶盖与输电导线之间均设有防滑件，该防滑件使监测设备和输电导线相对静止。
[0042]
导线舞动本身是一个多自由度的运动，从导线的横截面上来看，导线舞动的方向有上下摆动，左右摆动，或者震荡性运动，导线舞动可能导致线缆扭转，此时卫星系统测量的线缆位置和实际位置不一致的影响有可能存在，为此，必须将天线和线缆连接尽可能的紧密，即设备壳体与输电导线之间、设备顶盖与输电导线之间均设有防滑件，该防滑件使监测设备和输电导线相对静止。
[0043]
在一些实施例中，电路模块包括卫星接收机、处理器和传输模块，卫星接收机通过卫星天线接收卫星信号，处理器把卫星信号处理成监测设备的三维实时坐标，传输模块发送监测设备的三维实时坐标。
[0044]
具体为：处理器采集输电线路的杆塔信息，得到输电线路对应的多个档距信息；处理器逐一划分多个档距信息的子档距，每个档距信息包括多个子档距；处理器逐一划分所有子档距的节点，得到输电线路的若干节点。参照输电线路的输电方向逐一标记若干节点；同时获取每个节点的相位中心三维坐标数据，得到若干相位中心三维坐标数据；根据标记将若干相位中心三维坐标数据与若干节点逐一对应；实时获取每个节点的相位中心三维坐
标数据，使用标记随时调取任一节点的相位中心三维坐标数据。
[0045]
处理器计算卫星天线的相位中心与输电线路的线缆中心之间的差值；通过差值确定卫星天线与输电线路之间的改正数值。卫星天线辐射的电磁波离开天线后的等相位面近似为球面；获取球面的球心三维坐标，该球心三维坐标为相位中心的三维坐标；基于舞动监测设备计算相位中心与线缆中心的高度差；实时获取舞动监测设备与输电线路的紧密连接数值；根据高度差和紧密连接数值计算卫星天线的相位中心与输电线路的线缆中心之间的差值。实时获取舞动监测设备与输电线路的紧密连接数值，具体地，预设舞动监测设备与输电线路的紧密连接阈值；实时监控舞动监测设备在输电线路的安装数据；从安装数据中提取紧密连接数值；判断紧密连接数值是否超过紧密连接阈值，（1）若紧密连接数值尚未超出紧密连接阈值，则差值为高度差；（2）若紧密连接数值等于紧密连接阈值，接下来计算出紧密连接阈值对应的x向差值和y向差值，此时差值为高度差、x向差值和y向差值的组合；（3）若紧密连接数值超出紧密连接阈值，接下来计算出超出系数并基于超出系数、x向差值和y向差值确定实时x向差值和实时y向差值，此时差值为高度差、实时x向差值和实时y向差值的组合。基于改正数值和相位中心三维坐标数据计算对应节点的线缆中心三维坐标，具体地，若差值为高度差，则相位中心三维坐标数据的x向数据和y向数据为线缆中心三维坐标的x向数据和y向数据，相位中心三维坐标数据的z向数据与高度差之和为线缆中心三维坐标的z向数据；若差值为高度差、x向差值和y向差值的组合，则相位中心三维坐标数据的x向数据与x向差值之和为线缆中心三维坐标的x向数据，相位中心三维坐标数据的y向数据与y向差值之和为线缆中心三维坐标的y向数据，相位中心三维坐标数据的z向数据与高度差之和为线缆中心三维坐标的z向数据；若差值为高度差、实时x向差值和实时y向差值的组合，则相位中心三维坐标数据的x向数据与实时x向差值之和为线缆中心三维坐标的x向数据，相位中心三维坐标数据的y向数据与实时y向差值之和为线缆中心三维坐标的y向数据，相位中心三维坐标数据的z向数据与高度差之和为线缆中心三维坐标的z向数据。
[0046]
处理器得到的舞动数值为舞动变化数值，获取每个节点在t1时刻的线缆中心三维坐标，参考标记将t1时刻的所有线缆中心三维坐标逐一连线，形成t1时刻的曲线；获取每个节点在t2时刻的线缆中心三维坐标，参考标记将t2时刻的所有线缆中心三维坐标逐一连线，形成t2时刻的曲线；以此类推，获取每个节点在tn时刻的线缆中心三维坐标，参考标记将tn时刻的所有线缆中心三维坐标逐一连线，形成tn时刻的曲线；从t1时刻至tn时刻的n条曲线中提取每个节点的舞动变化数值，得到输电线路的舞动变化数值。
[0047]
在一些实施例中，监测设备的主要重量集中在监测设备的设备壳体；监测设备的设备顶盖安装有卫星天线，该卫星天线与电路模块的处理器连接。
[0048]
在一些实施例中，设备壳体和设备顶盖的材质均为铝材；电路模块的卫星接收机、处理器、传输模块和电源模块高度集成在设备壳体内。本发明实施例的监测设备重量比较轻、体积较小。本发明实施例在有限的重量之下，仍集成有卫星接收机、天线、传输模块、电源等部件。
[0049]
在一些实施例中，设备壳体上安装有卡箍组件，卡箍组件位于设备壳体和设备顶盖之间，卡箍组件箍紧输电线路和设备壳体，设备壳体和设备顶盖以可拆卸的方式固定连接。
[0050]
本发明实施例在监测设备需要承载力量和强度的地方，采用加厚、加强设计、在需
要承载强度相对较弱地方，采用薄壁设计。整个监测设备需要卡箍在高压线缆上，所以在卡箍线缆的地方，采用加强设计的方式。另外，为提高监测设备的平衡性能，监测设备挂在高压线缆上，为了让监测设备在线缆两侧的重量分布均匀，首先让内部模块的布置，尽可能地分布均匀，对称结构的模块全部布置监测设备重心位置。本发明保证监测设备相对于线缆旋转中心，左右平衡，最大限度地减小监测设备的侧倾力矩。
[0051]
本发明实施例还提供了一种用于监测输电导线舞动的监测设备安装方法，包括：电路模块和电源模块安装于监测设备的设备壳体；磁环模块悬挂于输电线路；磁环模块安装于设备壳体；监测设备的设备顶盖与设备壳体扣合并固定。
[0052]
从安装和拆卸设备的顺序上，对监测设备进行尽可能地有效布置。鉴于监测设备内部的模块特性，除了磁环模块单独安装之外，其它模块整体安装之后，整体装配到线缆上，连接线缆，安装监测设备上壳体即可完成装配工作。具有便捷、简单、可靠的优点。
[0053]
为了提高设备的可维护性，将设备下壳体的底面设计可拆卸的结构，这样便于后期维护，下壳体底盖打开就可以看到内部所有模块，这样便于检查，便于维修。
[0054]
本发明实施例的监测设备，配置有平衡矫正装置，每个监测设备均对其进行平衡矫正，保证监测设备的重心位置与所悬挂电缆的轴心重合度在
±
1mm范围之内。平衡矫正装置包括两个对芯轴杆、平衡检测工装支架和横向距离检测传感器，两个对芯轴杆分别通过调试轴承安装在平衡检测工装支架，监测设备位于两个对芯轴杆之间，将对心轴杆安装在监测设备上之后，将其通过安装在高精度调试轴承的锥形轴上，横向距离检测传感器都得数据偏差，通过在监测设备的壳体内调整内部模块得安装位置，将横向偏差距离调制至合理的范围即可。
[0055]
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本公开的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本公开的保护范围，凡未脱离本公开技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本公开的保护范围之内。
[0056]
对于本领域技术人员而言，显然本公开不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本公开的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本公开。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本公开的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本公开内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0057]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。