输电线路覆冰测量装置的制作方法

本实用新型主要涉及输电线路覆冰测量，特指一种可以不有收集线路覆冰直接读取覆冰厚度的输电线路覆冰测量装置。

背景技术：

为了能够实时掌握输电线路覆冰情况，国内外对输电线路覆冰在线监测进行了大量的研究。通过在覆冰监测点安装覆冰在线监测装置实现对覆冰的实时监测，由监控中心人员或专家软件做出判断及预警，指导电力系统相关部门及时对线路采取除冰措施。从覆冰监测原理来看，现有的输电线路覆冰在线监测方法主要分为以下几类：

1.称重法：通过安装拉力传感器测量垂直档内导线的质量,结合风速、风向、绝缘子串倾角等数据,计算出风阻系数和绝缘子串的倾斜分量，最终得出覆冰质量并将其转换为覆冰厚度。虽然这种方法计算简便，能直接计算出覆冰的重量，但国内生产覆冰在线监测装置目前仍没有统一的设计、制造以及试验标准，各个厂家生产的装置运行稳定性和测量精度有较大差异。

2.弧垂-倾角法：这种方法主要是通过监测导线的倾斜角、弧垂等信息来判断线路的覆冰情况。将采集到导线倾角、弧垂等参数,结合输电线路状态方程、线路参数和气象环境参数进行分析,计算导线的覆冰后的载荷、重要以及平均覆冰厚度等参数。这种方法通过使用输电线路状态方程计算出线路档内覆冰厚度的平均值，简化了不规则计算，但是在覆冰不均匀的情况下，计算出的覆冰厚度误差很大。

3.导线应力测量法：通过光纤传感器测量得到输电导线上一点或多点的应力,计算得到输电线路覆冰质量并转换为覆冰等值厚度塔倾斜、弧垂等状态量,具有良好的应用前景。但其测量仅能在一个耐张段内进行，当一个耐张段覆冰不均匀时其测量结果误差较大。

4.图像/视频监测法：通过在杆塔上安装摄像机实时获取输电线路现场图像/视频，利用无线通讯网络传送至监控中心，由监控人员肉眼识别输电线路覆冰情况。比起其他覆冰监测方法，图像监测法原理简单、操作方便，可以直观地展示出输电线路现场情况。但是这种方法只能通过定性地判断输电线路是否有覆冰，并不能定量计算覆冰厚度和覆冰严重程度。因此，目前提出通过在监控中心专家软件中嵌入各种智能图像处理算法来识别覆冰并计算覆冰厚度的方法。

以上几种方法在国网系统内都有一定应用，但由于新疆覆冰区域主要是微地形微气象区域，目前以上几种方法在新疆使用效果均不佳。目前覆冰监测发展趋势为湖南电科院防灾减灾中心的覆冰预测系统，其原理是根据气象条件预报输电线路覆冰厚度。由于运行年限较短，暂时无法对所有地区输电线路覆冰进行准确预测，其根本原因是预测模型样本过少，仅能通过气象条件预测某处可能有覆冰，但由于新疆覆冰受地形和微气象影响较大，平地段无覆冰可能山区段会有覆冰现象，大雪封山情况下无法及时对覆冰厚度进行测量，没有大量现场实测数据支撑覆冰预测模型很难准确预测覆冰厚度。而目前覆冰在线测量装置测量结果误差较大且受风速、线路档距影响较大，无法为覆冰预测模型提供准确的现场数据。目前亟需解决的问题是开发一种覆冰测量精度较高的覆冰在线监测装置。

技术实现要素：

为了解决输电线路覆冰测量结果受风速和线路档距大小及一个耐张段内不均匀覆冰影响，本实用新型旨在设计一种不受上述因素影响的测量装置。

本实用新型采用的技术方案为：

输电线路覆冰测量装置包括称重单元，数据采集单元，数据处理单元，数据显示单元；其中数据采集单元、数据处理单元和数据显示单元为一体化集成；在使用本装置时，将一体化集成的数据采集单元、数据处理单元和数据显示单元插入称重单元插座中，数据处理单元控制数据采集单元采集称重单元所称出的导线和覆冰的重量再计算出覆冰厚度，然后将覆冰厚度信息传输到数据显示单元。

所述的称重单元第一称重传感器、第二称重传感器和模拟导线组成；第一称重传感器和第二称重传感器分别固定在模拟导线的两端，第一称重传感器和第二称重传感器共用电源线，数据线分开，并将其Aout1+、Aout1-、Aout2+、Aout2-、VCC和接地端封装在DIP6插座中，数据采集单元的Aout1+、Aout1-、Aout2+、Aout2-、VCC和接地端封装在一个DIP6插头中，且数据采集单元端子与两个称重传感器的电源线和数据线封装的DIP6插座一一对应。

所述的第一称重传感器和第二称重传感器和模拟导线与杆塔连接后和地面呈垂直状态，且第一称重传感器和第二称重传感器与杆塔和模拟导线的连接采用刚性连接。

采用本实用新型具有下述优点：

将称重单元所有导线封装在一起，数据采集单元与称重单元相对应的端子封装在一起，在现场应用时，可以安装多个称重单元，在需测量某个称重单元的覆冰厚度时，只需将数据采集单元的插头插入到称重单元的插座中既可完成覆冰厚度的测量，避免了将模拟导线上覆冰再取下称重，然后再计算覆冰厚度的繁琐工作；同时减少了数据采集单元的投入。

将第一称重传感器和第二称重传感器与杆塔和模拟导线的连接采用刚性连接且第一称重传感器和第二称重传感器与模拟导线与地面呈垂直状态，在风吹向模拟导线时不影响覆冰对传感器造成的拉力影响，可以减小风速对测量结果的影响。

附图说明

图1 输电线路覆冰测量装置示意图；

图2 称重单元示意图；

图3 转换开关原理图。

图4 A/D转换单元原理图。

图5 控制单元原理图。

具体实施方式

如图1所示：输电线路覆冰测量装置包括称重单元[1]，数据采集单元[2]，数据处理单元[3]，数据显示单元[4]。

如图2所示：称重单元[1]有第一称重传感器[11]、第二称重传感器[12]、模拟导线[13]组成；第一称重传感器[11]和第二称重传感器[12]分别固定在模拟导线[13]的两端，模拟导线[13]长度在0.8~1.5米之间；第一称重传感器[11]和第二称重传感器[12]都选取型号为QZL301F的称重传感器，单个该型号称重传感器有Aout1+、Aout1-、VCC和接地4个端子。第一称重传感器[11]和第二称重传感器[12]共用电源线，数据线分开，并将其Aout1+、Aout1-、Aout2+、Aout2-、VCC和接地端封装在[14]中，其中[14]为一个DIP6插座，插座[14]中Aout1+、Aout1-、Aout2+、Aout2-、VCC和接地的与数据采集单元[2]中封装Aout1+、Aout1-、Aout2+、Aout2-、VCC和接地端的DIP6插头相对应，既相同名称的端子在转换开关[U12]和[14]中的一一对应。

如图3所示：并由数据处理单元[3]中的P0.1和P0.2控制转换开关模块[U12]选择所需要第一称重传感器[11]或第二称重传感器[12]的Aout1+和Aout1-信号传输至AIN+和AIN-，选取第一称重传感器[11]时P0.1和P0.2同时置低电平，选取第二称重传感器[12]时P0.1和P0.2同时置高电平。

如图4所示：U3为电压基准芯片，U4为A/D转换芯片，Y1为2.4576MHz晶振芯片为U4工作提供时钟信号，接入数据处理单元[3]P1.2口，接入数据处理单元[3]P1.3口，DOUT接入数据处理单元[3]P1.4口，DIN接入数据处理单元[3]P1.5口，SCLK接入数据处理单元[3]P1.6口，接入数据处理单元[3]P1.7口，图3中的OUT传送的数据接入AIN+从而传入U4中进行A/D转换。其工作原理如下：当数据处理单元[3]P1.3口发出低电平信号时，U4开始工作，接受由数据处理单元[3]P1.5口发送的A/D转换控制信号以及数据处理单元[3]P1.6口发送的串行时钟信号，根据控制信号对AIN+口数据进行相应的A/D转换，此时输出变为高电平，待A/D转换完成后，U4通过向数据处理单元[3]P1.2口发送低电平信号，表示当前A/D转换有效，数据处理单元[3]根据P1.2口接收的低电平信号通过P1.5口向U4发送读取控制信号，U4接收到由P1.5发出的读取控制信号后，由DOUT向数据处理单元[3]P1.4口发送A/D转换数据，数据处理单元[3]接收完U4传送的A/D转换信号后由P1.3口向U4发送高电平信号，使U4停止工作，至此，一次A/D转换工作完成。

如图5所示：为本发明装置的数据处理单元电路原理图。U12为转换开关、U4为A/D转换模块、U7为键盘控制电路、U10为LCD液晶显示驱动电路、U11为C8051F020数据处理单元[3]芯片。

输电线路覆冰测量装置具体工作方式如下：首先将转换开关[U12]的插头插入和插座[14]中，打开电源开关，数据处理单元[3]首先将P1.0和P1.1置低电平，将第一称重传感器[11]的模拟信号传输至A/D转换单元U4，数据处理单元[3]控制A/D转换单元[U4]读取第一称重传感器[11]测量的重量值，然后处理单元[3]首先将P1.0和P1.1置高电平，重复上述步骤完成第二称重传感器[12]测量的重量值。然后根据两次读取的重量值和G1，再根据导线直径和冰密度利用下式计算出标准状态下覆冰厚度。式中b：标准覆冰厚度，单位mm；R：导线半径，单位mm；G1：两次测量第一称重传感器[11]和第二称重传感器[12]的重和，单位kg；G2：模拟导线[13]未覆冰时的重量，单位kg；ρ：标准冰的密度，单位0.9g/cm3。然后将测量结果发送至U10在液晶屏上显示，至此完成一次输电线路覆冰测量。