基于差分电容的电压杆塔倾斜监测系统及其方法与流程

本发明涉及电力设备的监测设备及其方法，尤其涉及一种基于差分电容的电压杆塔倾斜监测系统及其方法。

背景技术：

高压杆塔是输电网中用于支撑输电线、绝缘子等供电设备的装置，高压杆塔的稳固性关系到输电网安全运行，因此，需要对高压杆塔的状态，尤其是倾斜状态进行准确监测，一旦发现必须立即进行修复，否则会造成严重的停电事故进而形成严重的经济损失；现有技术中，一般对高压杆塔是否倾斜一般通过人工方式进行检测，效率低，实时性差，并且人工巡检都是周期性工作，往往存在杆塔发生倾斜人工还没有巡检到位，虽然人们也提出了在线检测方式，但是由于受到环境的干扰较大，导致监测结果不准确。

因此，需要提出一种新的高压杆塔倾斜监测系统，能够对高压杆塔的倾斜状态进行准确监测，排除环境干扰，利于电网调度作出准确的应对处理措施，而且有效减少人力、物力成本，提高监测效率，并且具有极强的实时性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于差分电容的高压杆塔倾斜监测系统，能够对高压杆塔的倾斜状态进行准确监测，排除环境干扰，利于电网调度作出准确的应对处理措施，而且有效减少人力、物力成本，提高监测效率，并且具有极强的实时性。

本发明提供的一种基于差分电容的高压杆塔倾斜监测系统，包括：

信号发生单元，用于产生正弦交流信号并输出；

谐振单元，用于接收信号发生单元所产生的交流信号进入谐振，并输出谐振信号；

检测单元，用于接收谐振单元输出的谐振信号，并根据谐振信号频率变化判断高压杆塔是否倾斜；

所述谐振单元包括线圈L1、电容C1以及两个板式电容，两个板式电容的第一极板固定设置于高压杆塔的两侧且平行正对；两个板式电容的第二极板分别正对于各自电容的第一极板设置；线圈L1的一端与信号发生单元的输出端连接，另一端通过电容C1接地，线圈L1与电容C1之间的公共连接点与其中一个板式电容的第二极板连接，另一板式电容的第二极板接地，线圈L1与电容C1的公共连接点作为谐振单元的输出端。

进一步，所述信号发生单元包括：

信号发生电路，用于产生正弦交流信号并输出；

功率放大电路，用于对信号发生电路输出的正弦交流信号进行放大处理并输出放大信号；

耦合器，用于将功率放大电路输出端的放大信号加载于谐振单元。

进一步，所述耦合器为变比为1:1的变压器。

进一步，所述信号发生单元还包括滤波电路Ⅰ，所述滤波电路Ⅰ的输入端与功率放大电路的输出端，滤波电路Ⅰ的输出端与耦合器的输入端连接。

进一步，所述检测单元包括：

整流电路，其输入端与谐振单元的输出端连接，用于对谐振电路输出的谐振信号进行整流并输出直流信号；

滤波电路Ⅱ，其输入端与整流电路的输出端连接，用于对整流电路的直流信号进行滤波；

频率检测电路，其输入端与滤波电路的输出端连接，用于对滤波电路输出的信号进行频率检测；

中央处理电路，用于接收频率检测电路输出的频率信号并判断频率是否变化，如发生变化，则输出报警信息。

相应地，本发明还提供了一种基于差分电容的高压杆塔倾斜监测方法，包括如下步骤：

S1.在高压杆塔布置差分电容：差分电容为两个板式电容组成，两个板式电容的第一极板固定设置于高压杆塔的两侧且平行正对；两个板式电容的第二极板分别正对于各自电容的第一极板设置；

S2.将差分电容连接于LC谐振回路中；

S3.由信号发生单元向LC谐振回路输入正弦交流信号；

S4.由信号检测单元检测LC谐振回路输出的频率，并记录初次频率作为基准频率，并将初次频率之后的实测频率与初次频率进行比较，如初次频率与实测频率的差值大于设定范围，则判断高压杆塔发生倾斜。

本发明的有益效果：通过本发明的系统和方法，能够对高压杆塔的倾斜状态进行准确监测，排除环境干扰，利于电网调度作出准确的应对处理措施，而且有效减少人力、物力成本，提高监测效率，并且具有极强的实时性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的差分电容布置结构示意图。

图2为本发明的原理图。

具体实施方式

图1为本发明的差分电容布置结构示意图，图2为本发明的原理图，如图所示，本发明提供的一种基于差分电容的高压杆塔倾斜监测系统，包括：

信号发生单元，用于产生正弦交流信号并输出；

谐振单元，用于接收信号发生单元所产生的交流信号进入谐振，并输出谐振信号；

检测单元，用于接收谐振单元输出的谐振信号，并根据谐振信号频率变化判断高压杆塔是否倾斜；

所述谐振单元包括线圈L1、电容C1以及两个板式电容，两个板式电容的第一极板2固定设置于高压杆塔1的两侧且平行正对；两个板式电容的第二极板3分别正对于各自电容的第一极板2设置；线圈L1的一端与信号发生单元的输出端连接，另一端通过电容C1接地，线圈L1与电容C1之间的公共连接点与其中一个板式电容的第二极板连接，另一板式电容的第二极板接地，线圈L1与电容C1的公共连接点作为谐振单元的输出端，差分电容的布置结构如图1所示，其中，板式电容的第二极板通过现有的方式固定，从而确保极板件的距离也是固定的，而且这种布置方式能够有效抑制环境因素对监测结果带来的影响；通过上述结构，能够对高压杆塔的倾斜状态进行准确监测，排除环境干扰，利于电网调度作出准确的应对处理措施，而且有效减少人力、物力成本，提高监测效率，并且具有极强的实时性；其中，图2中，差分电容等效为电容C2。

其中，本发明通过如下方法完成监测：

S1.在高压杆塔布置差分电容：差分电容为两个板式电容组成，两个板式电容的第一极板固定设置于高压杆塔的两侧且平行正对；两个板式电容的第二极板分别正对于各自电容的第一极板设置；

S2.将差分电容连接于LC谐振回路中；

S3.由信号发生单元向LC谐振回路输入正弦交流信号；

S4.由信号检测单元检测LC谐振回路输出的频率，并记录初次频率作为基准频率，并将初次频率之后的实测频率与初次频率进行比较，如初次频率与实测频率的差值大于设定范围，则判断高压杆塔发生倾斜；也就是说，当整个系统布置完成后，谐振回路的谐振频率也就被固定，因此，监测单元将首次进行监测的频率作为基准频率，此时高压杆塔没有发生变化，当高压杆塔发生倾斜，高压杆塔将带动第一极板与第二极板发生相对运动，根据板式电容的公式电容极板的运动将造成极板间的正对面积以及极板间距离发生变化，从而引起电容变化，电容变化将影响到谐振频率，因此，通过实测频率与初次频率的差值与设定的阈值范围进行比较，则可判断杆塔是否发生倾斜。

本实施例中，所述信号发生单元包括：

信号发生电路，用于产生正弦交流信号并输出；其中，信号发生电路采用现有的正弦信号发生器，比如ML2035、ML2036等；

功率放大电路，用于对信号发生电路输出的正弦交流信号进行放大处理并输出放大信号；

耦合器，用于将功率放大电路输出端的放大信号加载于谐振单元；所述耦合器为变比为1:1的变压器，这种结构能够有效避免信号发生失真而对监测结果造成影响；通过上述结构，能够保证准确监测到高压杆塔的倾斜状态。

本实施例中，所述信号发生单元还包括滤波电路Ⅰ，所述滤波电路Ⅰ的输入端与功率放大电路的输出端，滤波电路Ⅰ的输出端与耦合器的输入端连接，通过这种结构，能够滤除功率放大电路输出的信号中的杂波信号，从而利于提高最终判断结果的精确性。

本实施例中，所述检测单元包括：

整流电路，其输入端与谐振单元的输出端连接，用于对谐振电路输出的谐振信号进行整流并输出直流信号；整流电路采用现有的桥式整流电路；

滤波电路Ⅱ，其输入端与整流电路的输出端连接，用于对整流电路的直流信号进行滤波；

频率检测电路，其输入端与滤波电路的输出端连接，用于对滤波电路输出的信号进行频率检测，其中，频率检测电路采用CY8C29666芯片、LM2917芯片等；

中央处理电路，用于接收频率检测电路输出的频率信号并判断频率是否变化，如发生变化，则输出报警信息，中央处理电路采用现有的嵌入式处理电路，比如STM32系列单片机；当然，检测单元还可以设置GPRS模块、GPS定位电路，当高压杆塔发生倾斜后，中央处理电路从GPS定位电路获取当前位置信息，并且将当前位置信息和报警信息一起发送到监控中心的服务器，以便监控中心及时发现相应的警情信息，利于及时作出维检措施。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。