一种采用分布式电源的输电线路在线监测系统的制作方法

本发明涉及一种输电线路监测系统，具体地说是一种采用分布式电源的输电线路在线监测系统，属于输电线路在线监测技术领域。

背景技术：

我国电网覆盖面广，输电线路距离长，110KV以上电压等级的输电线路总长度超过60万千米，线路所处地貌复杂，气候多样，而气候的变化引起的自然灾害(雨雪冰冻，大风等)和人为损坏(盗窃，破坏)等不确定因素的影响，一直是威胁电网安全运行主要因素。因此，如何有效的保障电力系统的安全性、可靠性一直是电力企业的一个重要课题。对输电线路实施监控，实时掌握输电线路的各种运行参数是实现电力设备状态检修的前提，也是建设智能电网的一个重要组成部分。

目前，对输电线路的检修方式基本采用计划检修和故障检修，即工作人员依据经验来确定检修时间以对输电线路进行定期检修或者当出现故障之后再去进行检修。这种过于简单粗暴的检修策略往往导致维修不足或维修过剩，既浪费了大量的人力物力，也影响了人们的正常生活，已无法满足目前电网的运行需求。

在对输电线路实施监控过程中，现场监测终端需要能够保证及时将现场监测数据传输给控制中心，是实现输电线路在线监测的重要组成部分。因此现场监测终端运行时需要更高的可靠性。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出了一种采用分布式电源的输电线路在线监测系统，其能够提高现场监测终端的运行可靠性，满足输电线路在线实时监测的要求。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一种采用分布式电源的输电线路在线监测系统，其特征是，包括现场监测终端、通信网络和控制中心；所述现场监测终端用于实时采集输电线路的运行状态信息，并通过通信网路将采集的输电线路运行状态信息发送给控制中心，所述控制中心用于对接收到的输电线路运行状态信息进行计算分析并存储；

所述现场监测终端包括现场监测主机、监测单元和电源单元，所述现场监测主机包括数据采集电路、微处理器、存储单元、第一无线通信模块、第二无线通信模块、通信切换模块和电源接口电路，所述微处理器通过数据采集电路与监测单元相连，微处理器分别通过RS-232接口与第一无线通信模块和第二无线通信模块相连，第一无线通信模块和第二无线通信模块通过通信网络与控制中心相连，所述存储单元与微处理器相连,所述电源接口电路分别与微处理器、第一无线通信模块和第二无线通信模块连接；

所述通信切换模块包括第一信号采集电路、第二信号采集电路、单片机、第一继电器和第二继电器，所述第一信号采集电路设置在第一无线通信模块与微处理器之间的通信线路中，所述第二信号采集电路置在第二无线通信模块与微处理器之间的通信线路中，所述的第一信号采集电路和第二信号采集电路的输出端分别与单片机的输入端相连，所述单片机的输出端分别与第一继电器和第二继电器的吸附线圈相连，所述第一继电器的常闭触点设置在第一无线通信模块与电源接口电路之间的供电回路中，所述第二继电器的常开触点设置在第二无线通信模块与电源接口电路之间的供电回路中；

所述电源单元包括第一供电模块、第二供电模块、第一切换开关、第二切换开关、主供电电路、蓄电池和第三切换开关，第一供电模块和第二供电模块通过第一切换开关与主供电电路连接，第一供电模块和第二供电模块通过第二切换开关与蓄电池连接，主供电电路和蓄电池通过第三切换开关与电源接口电路连接。

优选地，所述单片机的输出端通过光耦隔离电路分别与第一继电器和第二继电器的吸附线圈相连，所述单片机还连接有晶振电路和延时动作开关。

优选地，所述第一信号采集电路包括第一RS-232转TTL电平转换器，所述第一RS-232转TTL电平转换器的输入端与第一无线通信模块到微处理器的下行信号线连接，输出端与微处理器的输入端连接；所述第二信号采集电路包括第二RS-232转TTL电平转换器，所述第二RS-232转TTL电平转换器的输入端与第二无线通信模块到微处理器的下行信号线连接，输出端与微处理器的输入端连接。

优选地，所述第一切换开关包括第三继电器，第一供电模块的输出端分别与第三继电器的吸引线圈和第三继电器常开触点的进线侧连接，第二供电模块的输出端与第三继电器常闭触点的进线侧连接，所述第三继电器的常开触点和常闭触点的出线侧同相并联后与主供电电路的输入端连接；

所述第二切换开关包括第四继电器，第一供电模块的输出端分别与第四继电器的吸引线圈和第四继电器常开触点的进线侧连接，第二供电模块的输出端与第四继电器常闭触点的进线侧连接，所述第四继电器的常开触点和常闭触点的出线侧同相并联后与蓄电池的输入端连接；

所述第三切换开关包括第五继电器，主供电电路的输出端分别与第五继电器的吸引线圈和第五继电器常开触点的进线侧连接，蓄电池的输出端与第五继电器常闭触点的进线侧连接，所述第五继电器的常开触点和常闭触点的出线侧同相并联后与电源接口电路连接。

优选地，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均采用GPRS无线通信模块。

优选地，所述第一供电模块包括太阳能电池板，所述第二供电模块包括取能装置。采用太阳能电池板作为主用供电单元(第一供电模块)，采用取能装置作为备用供电单元(第一供电模块)，不仅节能环保，而且保证了在无太阳辐射能情况下的为现场监测终端提供电源，保证了其足够的工作时间。

优选地，所述取能装置包括稳压器、桥式整流电路和搭设于铁塔上的架空地线，所述桥式整流电路设有两个输入端和两个输出端，桥式整流电路的一个输入端与稳压器的一端连接，桥式整流电路的另一个输入端接地，稳压器的另一端串联一个电感后连接在架空地线上，所述架空地线上连接有避雷器。其中，稳压器和桥式整流电路将线路感应获取的能量处理以后直接为现场监测终端供能，能减小地线电压、电流的波动，电感作为限流器用于限制雷电流流过。该取能装置通过在输电线路中利用地线的感应电压和感应电流为在线监测设备提供电能，在输电线路的中，地线架空，未接地而直接连接在铁塔上，地线与铁塔之间存在电压差，利用该电压差为现场监测终端供能，由于未直接从母线高压端取能，所以绝缘问题能较好解决，具有很好的稳定性和持续性，成本较低，可大规模推广。

优选地，所述取能装置包括取能线圈、桥式整流电路和稳压电路，所述取能线圈套在输电线路上用于取电，取能线圈与桥式整流电路连接用于对电流进行整流处理，稳压电路设置在桥式整流电路的输出端用于对桥式整流电路输出的电源进行稳压处理。该取能装置电源单元通过套在输电线路上取能线圈从输电线路中取电，并经过桥式整流电路对电流进行整流处理，经过稳压电路对输出的电源进行稳压处理后输出，充分利用输电线路环境下的磁场能能量，为现场监测终端供电。

优选地，所述监测单元包括摄像机、导线温度传感器、环境湿度传感器、风速传感器、风向传感器和角度传感器，摄像机用于采集监测点现场的图像信息，导线温度传感器用于测量导线温度，环境湿度传感器用于监测输电线路附近环境的控制湿度，角度传感器用于监测杆塔或绝缘子的倾斜角度，风速传感器和风向传感器用于监测环境气象的风速风向。通过设置摄像机对人为损害现象进行监测，防止线路入侵；导线温度传感器是通过导线随温度变化而改变某种特性来间接测量导线的温度，并且记录所述温度至监测中心进行记录保存，环境湿度传感器，用于监测输电线路附近环境的湿度，对于高压输电线路来说，环境湿度是影响其运行的主要因素之一，因此掌握输电线路附近环境的湿度是很有必要的，监测杆塔或绝缘子的倾斜角度对输电线路的影响非常大，如果倾斜角度过大的话可能会造成金具损坏，因此必须设置角度传感器实时对倾斜角度进行监测，以保障输电线路的安全，风吹在导线、杆塔上，增加了作用在导线和杆塔上的载荷，因此风速风向也是影响高压输电线路的主要因素之一，设置风速风向传感器，监测环境气象的风速风向，并将风速以及风向值发送至监测中心并进行记录是很有必要的。

本发明的有益效果如下：

本发明通过现场监测终端对输电线路状态进行监测，监测范围不仅包括自然影响，也通过摄像机对人为损害进行监测，防止线路入侵，现场监测终端通过通信网路将采集的输电线路运行状态信息发送给控制中心，实现了输电线路的远程监测，降低了运维人员的劳动强度，保证了输电线路的安全运行。

本发明的现场监测主机通过第一无线通信模块和第二无线通信模块接入通信网络与控制中心相连，为输电线路在线监测系统提供了准确、及时、可靠的监测数据，满足了输电线路在线监测的要求。

本发明的现场监测主机采用第一无线通信模块和第二无线通信模块接入通信网络与监控中心相连，第一无线通信模块和第二无线通信模块作为主备用通信模块并采用通信切换模块进行切换，通信切换模块通过第一信号采集电路监听第一无线通信模块与微处理器之间的通信信号，如果发现通信信号中断时发送报警信息给单片机，单片机根据报警信息通过控制第二继电器对第二无线通信模块进行上电工作，同时控制第一继电器对第一无线通信模块进行断电，进行主备用通信模块切换。主备用通信模块切换后，第二无线通信模块作为主用通信模块，第一无线通信模块作为备用通信模块，通信切换模块通过第二信号采集电路监听第二无线通信模块与微处理器之间的通信信号，如果发现通信信号中断时发送报警信息给单片机，单片机根据报警信息通过控制第一继电器对第一无线通信模块进行上电工作，同时控制第二继电器对第二无线通信模块进行断电，再次进行主备用通信模块的切换。这样保证了现场监测终端与控制中心之间的通信的可靠性，不仅便于维护，降低了维护成本，而且保证了现场监测终端与控制中心之间实时传输数据。

本发明的电源模块通过采用切换开关实现了交直流双电源输入供电方式，当一路电源出现故障时，可以通过单刀双掷开关切换到另一路电源，或者通过继电器自动切换到另一路电源，不仅结构简单、具有功耗低和成本低的特点，而且实现了双电源输入，保证了数据采集终端的工作电压，提高了数据采集终端的运行可靠性。

本发明的电源单元通过采用第一切换开关实现了主供电电路的可持续性供电，通过采用第二切换开关实现了蓄电池的可持续性充电，保证了蓄电池的充电要求，通过采用第三切换开关实现了主供电电路和蓄电池的主备用供电方式，当一路电源出现故障时，可以切换到另一路电源不仅结构简单，而且实现了两级双电源输入，保证了现场监测终端的工作电压，提高了现场监测终端的运行可靠性。

采用太阳能电池板作为主用供电单元(第一供电模块)，采用取能装置作为备用供电单元(第一供电模块)，不仅节能环保，而且保证了在无太阳辐射能情况下的为现场监测终端提供电源，保证了其足够的工作时间。本发明通过设置摄像机对人为损害现象进行监测，防止线路入侵；导线温度传感器是通过导线随温度变化而改变某种特性来间接测量导线的温度，并且记录所述温度至监测中心进行记录保存，环境湿度传感器，用于监测输电线路附近环境的湿度，对于高压输电线路来说，环境湿度是影响其运行的主要因素之一，因此掌握输电线路附近环境的湿度是很有必要的，监测杆塔或绝缘子的倾斜角度对输电线路的影响非常大，如果倾斜角度过大的话可能会造成金具损坏，因此必须设置角度传感器实时对倾斜角度进行监测，以保障输电线路的安全，风吹在导线、杆塔上，增加了作用在导线和杆塔上的载荷，因此风速风向也是影响高压输电线路的主要因素之一，设置风速风向传感器，监测环境气象的风速风向，并将风速以及风向值发送至监测中心并进行记录是很有必要的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述通信切换模块的结构示意图；

图3为本发明所述电源单元的结构示意图；

图4为本发明所述第一切换开关的结构示意图；

图5为本发明所述第二切换开关的结构示意图；

图6为本发明所述第三切换开关的结构示意图；

图7为本发明所述的一种取能装置的结构示意图；

图8为本发明所述的另一种取能装置的结构示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明的一种采用分布式电源的输电线路在线监测系统，它包括现场监测终端、通信网络和控制中心；所述现场监测终端用于实时采集输电线路的运行状态信息，并通过通信网路将采集的输电线路运行状态信息发送给控制中心，所述控制中心用于对接收到的输电线路运行状态信息进行计算分析并存储。

本发明通过现场监测终端对输电线路状态进行监测，监测范围不仅包括自然影响，也通过摄像机对人为损害进行监测，防止线路入侵，现场监测终端通过通信网路将采集的输电线路运行状态信息发送给控制中心，实现了输电线路的远程监测，降低了运维人员的劳动强度，保证了输电线路的安全运行。

所述现场监测终端包括现场监测主机、监测单元和电源单元，所述现场监测主机包括数据采集电路、微处理器、存储单元、第一无线通信模块、第二无线通信模块、通信切换模块和电源接口电路，所述微处理器通过数据采集电路与监测单元相连，微处理器分别通过RS-232接口与第一无线通信模块和第二无线通信模块相连，第一无线通信模块和第二无线通信模块通过通信网络与控制中心相连，所述存储单元与微处理器相连,所述电源接口电路分别与微处理器、第一无线通信模块和第二无线通信模块连接；所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均采用GPRS无线通信模块。现场监测主机通过第一无线通信模块和第二无线通信模块接入通信网络与控制中心相连，为输电线路在线监测系统提供了准确、及时、可靠的监测数据，满足了输电线路在线监测的要求。

优选地，所述监测单元包括摄像机、导线温度传感器、环境湿度传感器、风速传感器、风向传感器和角度传感器，摄像机用于采集监测点现场的图像信息，导线温度传感器用于测量导线温度，环境湿度传感器用于监测输电线路附近环境的控制湿度，角度传感器用于监测杆塔或绝缘子的倾斜角度，风速传感器和风向传感器用于监测环境气象的风速风向。

本发明通过设置摄像机对人为损害现象进行监测，防止线路入侵；导线温度传感器是通过导线随温度变化而改变某种特性来间接测量导线的温度，并且记录所述温度至监测中心进行记录保存，环境湿度传感器，用于监测输电线路附近环境的湿度，对于高压输电线路来说，环境湿度是影响其运行的主要因素之一，因此掌握输电线路附近环境的湿度是很有必要的，监测杆塔或绝缘子的倾斜角度对输电线路的影响非常大，如果倾斜角度过大的话可能会造成金具损坏，因此必须设置角度传感器实时对倾斜角度进行监测，以保障输电线路的安全，风吹在导线、杆塔上，增加了作用在导线和杆塔上的载荷，因此风速风向也是影响高压输电线路的主要因素之一，设置风速风向传感器，监测环境气象的风速风向，并将风速以及风向值发送至监测中心并进行记录是很有必要的。

如图2所示，本发明所述的通信切换模块包括第一信号采集电路、第二信号采集电路、单片机、第一继电器和第二继电器，所述第一信号采集电路设置在第一无线通信模块与微处理器之间的通信线路中，所述第二信号采集电路置在第二无线通信模块与微处理器之间的通信线路中，所述的第一信号采集电路和第二信号采集电路的输出端分别与单片机的输入端相连，所述单片机的输出端分别与第一继电器和第二继电器的吸附线圈相连，所述第一继电器的常闭触点设置在第一无线通信模块与电源接口电路之间的供电回路中，所述第二继电器的常开触点设置在第二无线通信模块与电源接口电路之间的供电回路中。

优选地，所述单片机的输出端通过光耦隔离电路分别与第一继电器和第二继电器的吸附线圈相连，所述单片机还连接有晶振电路和延时动作开关。

优选地，所述第一信号采集电路包括第一RS-232转TTL电平转换器，所述第一RS-232转TTL电平转换器的输入端与第一无线通信模块到微处理器的下行信号线连接，输出端与微处理器的输入端连接；所述第二信号采集电路包括第二RS-232转TTL电平转换器，所述第二RS-232转TTL电平转换器的输入端与第二无线通信模块到微处理器的下行信号线连接，输出端与微处理器的输入端连接。

如图3所示，本发明所述的电源单元包括第一供电模块、第二供电模块、第一切换开关、第二切换开关、主供电电路、蓄电池和第三切换开关，第一供电模块和第二供电模块通过第一切换开关与主供电电路连接，第一供电模块和第二供电模块通过第二切换开关与蓄电池连接，主供电电路和蓄电池通过第三切换开关与电源接口电路连接。本发明的电源单元通过采用第一切换开关实现了主供电电路的可持续性供电，通过采用第二切换开关实现了蓄电池的可持续性充电，保证了蓄电池的充电要求，通过采用第三切换开关实现了主供电电路和蓄电池的主备用供电方式，当一路电源出现故障时，可以切换到另一路电源不仅结构简单，而且实现了两级双电源输入，保证了现场监测终端的工作电压，提高了现场监测终端的运行可靠性。

如图4所示，本发明所述的第一切换开关包括第三继电器，第一供电模块的输出端分别与第三继电器的吸引线圈和第三继电器常开触点的进线侧连接，第二供电模块的输出端与第三继电器常闭触点的进线侧连接，所述第三继电器的常开触点和常闭触点的出线侧同相并联后与主供电电路的输入端连接；

如图5所示，本发明所述的第二切换开关包括第四继电器，第一供电模块的输出端分别与第四继电器的吸引线圈和第四继电器常开触点的进线侧连接，第二供电模块的输出端与第四继电器常闭触点的进线侧连接，所述第四继电器的常开触点和常闭触点的出线侧同相并联后与蓄电池的输入端连接；

如图6所示，本发明所述的第三切换开关包括第五继电器，主供电电路的输出端分别与第五继电器的吸引线圈和第五继电器常开触点的进线侧连接，蓄电池的输出端与第五继电器常闭触点的进线侧连接，所述第五继电器的常开触点和常闭触点的出线侧同相并联后与电源接口电路连接。

优选地，所述第一供电模块包括太阳能电池板，所述第二供电模块包括取能装置。采用太阳能电池板作为主用供电单元(第一供电模块)，采用取能装置作为备用供电单元(第一供电模块)，不仅节能环保，而且保证了在无太阳辐射能情况下的为现场监测终端提供电源，保证了其足够的工作时间。

如图7所示，本发明所述的一种取能装置包括稳压器、桥式整流电路、架空地线，所述桥式整流电路设有两个输入端和两个输出端，桥式整流电路的一个输入端与稳压器的一端连接，桥式整流电路的另一个输入端接地，稳压器的另一端串联一个电感后连接在架空地线上，所述架空地线上连接有避雷器。其中，稳压器和桥式整流电路将线路感应获取的能量处理以后直接为现场监测终端供能，能减小地线电压、电流的波动，电感作为限流器用于限制雷电流流过。该取能装置通过在输电线路中利用地线的感应电压和感应电流为在线监测设备提供电能，在输电线路的中，地线架空，未接地而直接连接在铁塔上，地线与铁塔之间存在电压差，利用该电压差为现场监测终端供能，由于未直接从母线高压端取能，所以绝缘问题能较好解决，具有很好的稳定性和持续性，成本较低，可大规模推广。

如图8所示，本发明所述的另一种取能装置包括取能线圈、桥式整流电路和稳压电路，所述取能线圈套在输电线路上用于取电，取能线圈与桥式整流电路连接用于对电流进行整流处理，稳压电路设置在桥式整流电路的输出端用于对桥式整流电路输出的电源进行稳压处理。该取能装置电源单元通过套在输电线路上取能线圈从输电线路中取电，并经过桥式整流电路对电流进行整流处理，经过稳压电路对输出的电源进行稳压处理后输出，充分利用输电线路环境下的磁场能能量，为现场监测终端供电。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。