专利名称：一种绝缘子串的风偏角监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力监测技术领域，特别涉及一种架空送电线路绝缘子串的风偏角在线监测装置，具体的讲涉及一种绝缘子串的风偏角监测装置。
背景技术：
架空送电线路特别是超高压、远距离、大容量的送电线路，路径复杂，沿途经过河岸、湖岸、高峰以及山谷口等地带，在运行过程中受气象条件和外界环境等的影响经常发生各种故障。如在某些地带受微气象条件的影响容易产生强风，往往导致悬垂绝缘子串的风偏角过大，使悬垂线夹与结构塔头的绝缘间隙不够，产生放电跳闸，造成电力系统故障。这些故障通过传统手段很难进行有效的预测和预防。目前迫切需要使用智能装置对送电线路绝缘子串的风偏角进行在线监测和预警，以提高线路运行的可靠性。
高压线路在线监测装置一般都安装在导线上，要达到在线监测的目的，信号传输必须用无线的方式，而且装置工作在高压电场，强磁场和高低温甚至冰雪雷雹等恶劣环境中，特殊的工作环境决定了其面临着诸多的技术问题，包括长期电源问题、抗干扰问题、信号传输方式等等，其中最主要的是电源问题，目前国内有少量装置采用从高压线路上感应取能的方法来获取电源，相关的专利如下公开号为CN 2704150Y的中国专利“高压线路感应取能装置”公布了一种电力线路高压带电作业设备的电能补给装置，该装置采用环状铁芯和绕在铁芯上的线圈做成类似于穿芯式电流互感器的结构，用感应取能的方法从高压线路上获取电能，解决了高压电路上带电作业设备的供电问题。
公开号为CN 2625909Y的中国专利“高压线路绝缘子污秽在线检测装置”用上下两部分铁芯、铁芯上的线包绕组及电源电路组成电源变换器，将高压电力线上的电磁场能转为电能给在线检测装置供电。
以上两种装置解决了高压线路上检测和带电作业装置的自供电问题，但是在输电线路的地线和直流输电的电力线上，周围没有交变的电磁场，感应取能的方法并不适用，因而相对于感应取能的方法，使用太阳能给高压线路上的监测装置供电具有普遍的适用性。
实用新型内容本实用新型旨在提供一种能自供电的风偏角监测装置，用于对高压线路绝缘子串的风偏角、线夹的悬垂角的在线监测，并且安装使用方便、体积小、重量轻、节能、效率高。该装置不仅适用于交流送电线路，而且适用于直流送电线路，还可用于地线、架空地线复合光缆(OPGW)上。
为实现该目的，本实用新型提供一种绝缘子串的风偏角监测装置，包括太阳能或高压抽能供电单元101，信号调理单元102和信号控制与无线收发单元103；其中，太阳能或高压抽能供电单元101，采用太阳能或高压抽能供电，将太阳能或电磁能转换为电能，将波动的输入电压转为稳定的直流电压并将电能储存起来，同时为所述信号调理单元102、信号控制与无线收发单元103提供电源；信号调理单元102，包括风偏角传感器和/或悬垂角传感器、信号调理电路，所述信号调理电路获取风偏角和/或悬垂角角度信号经过滤波、放大处理后，送入所述信号控制与无线收发单元103；信号控制与无线收发单元103，对输入的所述电压信号进行AD转换处理，然后将处理后的数据直接发送到远端的无线收发装置。
所述太阳能或高压抽能供电单元101包括太阳能装置或高压抽能装置，用于将太阳能或电磁能转换为电能；电源调理单元，用于将所述太阳能装置或高压抽能装置供给的电压转换成稳定直流电压，并且完成电能的储存；
充电电池，与所述电源调理单元连接，并在所述电源调理单元的控制下储存或释放所述电能。
所述太阳能装置为一块或多块太阳能电池。
所述太阳能电池为多块时，所述的电源调理单元包括输入选择单元201、充放电控制单元202和稳压单元205；其中，输入选择单元201，用于选取太阳能电池中输出电压最大的电池作为电源，同时送入所述充放电控制单元202和稳压单元205；充放电控制单元202，与所述输入选择单元201和充电电池203连接，接收所述输入选择单元201的输入电压，并根据该输入电压和所述充电电池电压的实际情况，对所述充电电池203的充放电进行控制和保护；在所述充电电池203和稳压单元205之间、所述输入选择单元201和稳压单元205之间，分别设置一二极管，用于完成所述稳压单元205输入电源的供电切换；稳压单元205，接收所述输入选择单元201或充电电池203输入的电源。
所述的高压抽能装置，由两块对接的环形铁芯和绕制于两块环形铁芯上的感应线圈构成。
所述电源调理单元包括整流滤波单元、一次稳压单元301、充放电控制单元302、二次稳压单元305；其中，整流滤波单元，用于将所述高压抽能装置输入的交流电转变为直流电；一次稳压单元301，对所述直流电进行稳压，同时送入所述充放电控制单元302和二次稳压单元305；充放电控制单元302，与所述一次稳压单元301和充电电池303连接，接收所述一次稳压单元301的输入电压，并根据该输入电压和所述充电电池电压的实际情况，对所述充电电池303的充放电进行控制和保护；在所述充电电池303和二次稳压电源305之间、所述一次稳压单元301和二次稳压电源305之间，分别设置一二极管，用于完成所述二次稳压单元305输入电源的供电切换；二次稳压单元305，接收所述一次稳压单元301或充电电池303输入的电源。
所述的电源调理单元为一电源调理板。
所述信号调理单元102为一信号调理板，该信号调理板上还设有电源控制电路，用于控制所述太阳能或高压抽能供电单元101对所述信号调理单元的电源供给。
所述信号控制与无线收发单元103采用无线传感器网络模块，其形式为集成传感信号AD转换、信号控制与无线收发的单块电路板。
将所述充电电池、电源调理板、信号调理板、信号控制与无线收发单元按由上至下的顺序排列于一双层屏蔽的金属外壳内，所述电源调理板、信号调理板、信号控制与无线收发单元分别在一侧设有对齐的电源孔，所述电源孔之间通过插针上下连接。
采用太阳能供电单元101的风偏角监测装置不仅适用于交流送电线路，而且适用于直流送电线路，还可用于地线、OPGW上，具有广泛的适用性。
采用高压抽能供电单元的风偏角监测装置主要适用于交流送电线路。
本实用新型相对于现有技术，有以下优点1.太阳能装置采用至少一块太阳能电池板，本实施例中采用三块时，可在三个不同的方向吸收太阳能，能最大限度的吸收太阳能量，解决了线上监测装置供电不足的问题，并且太阳能电池板的在空间的排列关系使它们相当于一个立方体的三个面，便于很好的安装固定在整个监测装置上。
2.高压抽能装置主体由两个环形的铁芯及各自的铁芯外壳对接而成，两铁芯及铁芯外壳可以相对自由转动来调节两铁芯及其外壳所对接成的环形装置的开口大小，因而可以使本实用新型很方便的安装于导线上。
3.信号调理单元具有可开启和关闭的电源结构，通过控制可以达到节能的目的；
4.本实用新型中将风偏角传感器和/或悬垂角传感器集成在信号调理板上，提高了信号调理单元的可靠性；5.内部器件布置采用充电电池、三块电路板上下分立，通过电源孔上下串接的结构，节省了内部空间；6.信号的接收转换、处理和通讯采用集成模块，提高了系统的可靠性。
图1为本实用新型的现场实施结构示意图；图2为本实用新型太阳能供电单元电路结构示意图；图3为本实用新型高压抽能供电单元电路结构示意图；图4为本实用新型信号调理单元电源控制电路图；图5为本实用新型内部排列示意图；图6为本实用新型工作流程示意图。
具体实施方式
图1所示为本实用新型的现场实施结构示意图。
本实用新型安装在绝缘子串的下方，悬垂线夹附近。如图1所示，主要由太阳能或高压抽能供电单元101、信号调理单元102、信号控制与无线收发单元103组成；其中，所述太阳能或高压抽能供电单元101为将太阳能或电磁能转换为电能的装置，将波动的输入电源转为稳定的直流电源并将电能储存起来，同时给信号调理单元102和信号控制与无线收发单元103提供电源；所述信号调理单元102，包括风偏角传感器和/或悬垂角传感器、信号调理电路，所述信号调理电路获取风偏角、悬垂角角度信号经过滤波、放大处理后，送入所述信号控制与无线收发单元103；信号控制与无线收发单元103对输入信号进行AD转换处理后将数据直接发送到远端的无线收发装置(例如其它监测装置或在线监测基站)。
各部分的具体结构和功能如下若采用太阳能供电单元，如图2所示，为本实用新型太阳能供电单元电路结构示意图。主要包括太阳能装置，由一块或多块太阳能电池组成，用于将太阳能转换为电能；电源调理单元，用于将所述太阳能装置供给的电压转换成稳定直流电压，完成电能的储存；充电电池，与所述电源调理单元连接，并在所述电源调理单元的控制下储存或释放所述电能。
在夜晚无法供给太阳能或因阴天等气候情况太阳能供给不足时由太阳能供电单元101中的充电电池继续给后续电路供电。
本实用新型中，所述太阳能装置采用三块太阳能电池，并且太阳能电池板在空间的排列关系使它们相当于一个立方体的三个面，可在三个不同的方向吸收太阳能，能最大限度的吸收太阳能量。
电源调理单元的结构如图2所示，包括输入选择单元201、充放电控制单元202和稳压单元205；本实施例中，由输入选择单元201来选取三块太阳能电池中输出电压最大的电池作为后续电路的电源，并同时送入充放电控制单元202和稳压电路205；所述输入选择单元201由三个二极管组成，每一个二极管均与太阳能装置中的某一个太阳能电池的引出线正极连接，由于二级管的钳位作用，太阳能装置中只有输出电压最大的太阳能电池能够向后续的电路供电。
充放电控制单元202可根据输入电压和电池电压的实际情况实现对电池的充放电控制和保护。经过选择后的太阳能电池电源即外部电源和充电电池203均可向稳压单元205供电。
本实施例中，在所述充电电池203和稳压单元205之间、所述输入选择单元201和稳压单元205之间，分别设置一二极管，用于完成所述稳压单元205输入电源的供电切换。当外部太阳能电池供电时，二极管204被反偏，禁止电流从充电电池203流向负载；当充电电池203供电时，二极管206可防止电流从电池流向外部电源电路，这样可以保证在光照充足时由太阳能装置给后续电路供电和电池充电，在夜晚和太阳能电池供电不足时由充电电池向后续电路提供电源。
若本实用新型的供电单元101采用高压抽能供电单元。
如图3所示，为本实用新型高压抽能供电单元电路结构示意图，该高压抽能供电单元包括高压抽能装置，由两块对接的环形铁芯和绕制于两块环形铁芯上的感应线圈构成，用于将交变磁场能转为电能；电源调理单元，将所述高压抽能装置供给的交流输入电源转换成直流电源，完成电能的储存；充电电池，与所述电源调理单元连接，并在所述电源调理单元的控制下储存或释放所述电能。
在高压抽能装置因电力线停电而无法供给电能或电能供给不足时由所述充电电池继续给后续电路供电。
所述电源调理单元的结构如图3所示包括整流滤波单元、一次稳压单元301、充放电控制单元302、二次稳压单元305；其中，高压抽能线圈的交流输出电压经整流滤波电路变换为直流电，再经一次稳压单元301稳压后，同时送入充放电控制单元302和二次稳压单元305；充放电控制单元302，与所述一次稳压单元301和充电电池303连接，接收所述一次稳压单元301的输入电压，并根据该输入电压和所述充电电池电压的实际情况，对所述充电电池303的充放电进行控制和保护；经过一次稳压后的电源电路即外部电源电路和充电电池304均可向二次稳压单元305供电。
此外，如图3所示，在所述充电电池303和二次稳压电源305之间、所述一次稳压单元301和二次稳压电源305之间，分别设置一二极管，用于完成所述二次稳压单元305输入电源的供电切换。当一次稳压电路供电时，二极管304被反偏，禁止电流从充电电池303流向负载；当充电电池303供电时，二极管306可防止电流从充电电池303流向外部电源电路，这样可以保证在电力线中流过正常电流时由高压抽能装置给后续电路供电和电池充电，在电力线停电和高压抽能装置供电不足时由充电电池向后续电路提供电源。
如图1所示，本实施例中信号调理单元102采用风偏角传感器和/或悬垂角传感器拾取角度信号，信号调理电路将输入的小信号经过滤波、放大处理后，送入信号控制与无线收发单元103。
考虑到节能方式，本实用新型对信号调理单元102加入了电源控制电路控制信号调理单元102的电源供给以达到节能的目的，信号调理单元控制电路如图4所示。图4中，P1为信号控制与无线收发单元给出的控制信号，当P1为高电平时多路模拟开关MAX4624被打开，电源芯片MAX1795的控制脚第4脚SHDN输入为低电平，由MAX1795的特性，此时MAX1795将从电源调理单元输入的电源VCC调整为一定的电压后由第7脚OUT脚输出，当P1为低电平时，多路模拟开关MAX4624关闭，电源芯片MAX1795的控制脚第4脚SHDN输入为高电平，由MAX1795的特性，此时MAX1795的输入与输出处于隔离状态，即阻止了电源调理单元向信号调理单元供电。这样，改变控制信号P1的状态就可以完成对信号调理单元102的供电控制。
上述的信号控制与无线收发单元103完成对经过信号调理单元102调理后信号的AD转换、数据处理和处理后信号的无线发送，并通过其上单片机引脚控制信号调理单元102的电源通断。
本实用新型的信号控制与无线收发单元采用无线传感器网络模块，其特征是将信号的AD转换，数据处理和数据收发集成在一块电路板上。
上述电源调理单元也可采用一块电源调理板；信号调理单元102和信号控制与无线收发单元103均为单块的电路板。
以上三块电路板和充电电池均置于双层屏蔽的金属外壳内，其空间排列关系如图5所示充电电池、电源调理单元、信号调理单元、信号控制与无线收发单元按上下顺序依次排列，其特征是三块电路板在一侧设有对齐的电源孔，电源孔之间通过插针上下连接。通过采用这种分体式的电气系统结构和空间排列方式，缩小了传感器内部安装空间的大小，从而缩小了整个监测装置的体积。
本实用新型中充电电池采用蓄电池。
本装置对风偏角和悬垂角信号进行采集时的工作过程如图6所示在风偏角和悬垂角信号采集之前系统处于休眠状态以节省系统功耗，采集开始后先由信号控制与无线收发单元给出指令打开信号调理单元，然后开始采集风偏角和悬垂角数据，并将采集数据通过天线发送出去。为防止数据因发送不成功而丢失，本装置还具有数据储存功能，先将数据存储到信号控制与无线收发单元里的EEPROM里面，然后再从存储区读数发送，发送完后关闭信号调理单元，系统同时进入一定时间间隔的休眠状态等待下一次的采集发送过程。
经信号控制与无线收发单元103处理后的信号通过天线无线传送给远端的无线收发装置，即上位机，在上位机中对风偏角和悬垂角信号进行分析，得出绝缘子串的风偏角、线夹的悬垂角，作为线路故障判断、故障预测的重要依据。
上述实施例仅用于说明本实用新型，而非用于限定本实用新型。
权利要求1.一种绝缘子串的风偏角监测装置，其特征在于，包括太阳能或高压抽能供电单元(101)，信号调理单元(102)和信号控制与无线收发单元(103)；其中，太阳能或高压抽能供电单元(101)，采用太阳能或高压抽能供电，将太阳能或电磁能转换为电能，将波动的输入电压转为稳定的直流电压并将电能储存起来，同时为所述信号调理单元(102)、信号控制与无线收发单元(103)提供电源；信号调理单元(102)，包括风偏角传感器和/或悬垂角传感器、信号调理电路，所述信号调理电路获取风偏角和/或悬垂角角度信号经过滤波、放大处理后，送入所述信号控制与无线收发单元(103)；信号控制与无线收发单元(103)，对输入的所述电压信号进行AD转换处理，然后将处理后的数据直接发送到远端的无线收发装置。
2.根据权利要求1所述的绝缘子串的风偏角监测装置，其特征在于，所述太阳能或高压抽能供电单元(101)包括太阳能装置或高压抽能装置，用于将太阳能或电磁能转换为电能；电源调理单元，用于将所述太阳能装置或高压抽能装置供给的电压转换成稳定直流电压，并且完成电能的储存；充电电池，与所述电源调理单元连接，并在所述电源调理单元的控制下储存或释放所述电能。
3.根据权利要求2所述的绝缘子串的风偏角监测装置，其特征在于，所述太阳能装置为一块或多块太阳能电池。
4.根据权利要求3所述的绝缘子串的风偏角监测装置，其特征在于，所述太阳能电池为多块时，所述的电源调理单元包括输入选择单元(201)、充放电控制单元(202)和稳压单元(205)；其中，输入选择单元(201)，用于选取太阳能电池中输出电压最大的电池作为电源，同时送入所述充放电控制单元(202)和稳压单元(205)；充放电控制单元(202)，与所述输入选择单元(201)和充电电池(203)连接，接收所述输入选择单元(201)的输入电压，并根据该输入电压和所述充电电池电压的实际情况，对所述充电电池(203)的充放电进行控制和保护；在所述充电电池(203)和稳压单元(205)之间、所述输入选择单元(201)和稳压单元(205)之间，分别设置一二极管，用于完成所述稳压单元(205)输入电源的供电切换；稳压单元(205)，接收所述输入选择单元(201)或充电电池(203)输入的电源。
5.根据权利要求2所述的绝缘子串的风偏角监测装置，其特征在于，所述的高压抽能装置，由两块对接的环形铁芯和绕制于两块环形铁芯上的感应线圈构成。
6.根据权利要求5所述的绝缘子串的风偏角监测装置，其特征在于，所述电源调理单元包括整流滤波单元、一次稳压单元(301)、充放电控制单元(302)、二次稳压单元(305)；其中，整流滤波单元，用于将所述高压抽能装置输入的交流电转变为直流电；一次稳压单元(301)，对所述直流电进行稳压，同时送入所述充放电控制单元(302)和二次稳压单元(305)；充放电控制单元(302)，与所述一次稳压单元(301)和充电电池(303)连接，接收所述一次稳压单元(301)的输入电压，并根据该输入电压和所述充电电池电压的实际情况，对所述充电电池(303)的充放电进行控制和保护；在所述充电电池(303)和二次稳压电源(305)之间、所述一次稳压单元(301)和二次稳压电源(305)之间，分别设置一二极管，用于完成所述二次稳压单元(305)输入电源的供电切换；二次稳压单元(305)，接收所述一次稳压单元(301)或充电电池(303)输入的电源。
7.根据权利要求2或4或6所述的绝缘子串的风偏角监测装置，其特征在于，所述的电源调理单元为一电源调理板。
8.根据权利要求7所述的绝缘子串的风偏角监测装置，其特征在于，所述信号调理单元(102)为一信号调理板，该信号调理板上还设有电源控制电路，用于控制所述太阳能或高压抽能供电单元(101)对所述信号调理单元的电源供给。
9.根据权利要求8所述的绝缘子串的风偏角监测装置，其特征在于，所述信号控制与无线收发单元(103)采用无线传感器网络模块，其形式为集成传感信号AD转换、信号控制与无线收发的单块电路板。
10.根据权利要求9所述的绝缘子串的风偏角监测装置，其特征在于，将所述充电电池、电源调理板、信号调理板、信号控制与无线收发单元按由上至下的顺序排列于一双层屏蔽的金属外壳内，所述电源调理板、信号调理板、信号控制与无线收发单元分别在一侧设有对齐的电源孔，所述电源孔之间通过插针上下连接。
专利摘要本实用新型提供一种绝缘子串的风偏角监测装置，包括太阳能或高压抽能供电单元，信号调理单元和信号控制与无线收发单元；其中，太阳能或高压抽能供电单元，将太阳能或电磁能转换为电能，将波动的输入电压转为稳定的直流电压并将电能储存起来，同时为所述信号调理单元、信号控制与无线收发单元提供电源；信号调理单元，包括风偏角传感器和/或悬垂角传感器、信号调理电路，所述信号调理电路获取风偏角和/或悬垂角角度信号经过滤波、放大处理后，送入所述信号控制与无线收发单元；信号控制与无线收发单元，对输入的所述电压信号进行AD转换处理，然后将处理后的数据直接发送到远端的无线收发装置。
文档编号G01R31/00GK2849862SQ200520133120
公开日2006年12月20日 申请日期2005年11月23日 优先权日2005年11月23日
发明者于钦刚, 郭志广, 何红太, 李红云, 于长海, 裴志伟, 桂亚骁 申请人:国网北京电力建设研究院