一种覆冰形状测量装置的制作方法

本实用新型涉及电力系统输电线路导线测量技术领域，尤其涉及一种覆冰形状测量装置。

背景技术：

我国是世界上输电线路事故较多的国家,输电线路覆冰有可能导致输电线路过荷载、绝缘子串覆冰闪络、导线舞动以及发生不均匀覆冰或不同期脱冰事故, 从而造成巨大的经济损失和严重的社会影响。目前国内的覆冰在线装置种类繁多，其主要覆冰监测方式为以下几种:

1. 视频图像法：这个方案是通过安装在杆塔上摄像机拍摄图片, 并通过GPRS /GSM 传输, 人工依据图片判断现场覆冰的情况。这种方法的缺点是只能观测到输电线路覆冰的情况，这种方法无法准确判断出覆冰的严重程度。

2.称重法：通过拉力传感器测量垂直档内导线的质量, 并根据风速、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。在算法上主要依据输电线路状态方程。其缺点是基于电阻应变片的拉力传感器方法存在装置长期工作稳定性和可靠性的问题，最重要的是其测量的误差也大，造成结果很不准确。

3.水平张力——倾角法：通过拉力传感器测量耐张段绝缘子串轴向张力和悬挂点倾角数据, 得出覆冰质量。其缺点是只能测量稳态时的覆冰情况, 安装时需要改变耐张段绝缘子串的结构, 有可能带来结构上的隐患。

4. 基于热力学机理的数学模型。通过建立导线覆冰热力学能量平衡关系, 获得导线表面结冰的判据、冰厚计算式和冰重增长率等参数。忽略了导线表面粗糙度、已有覆冰形状对覆冰过程的影响。其缺点是不能揭示覆冰过程的特性和细节, 不能体现相关作用因素的影响, 仅是用于结果分析的"黑箱"仿真。

现有的覆冰在线监测技术稳定性有待提高，机械传动部件容易冻结，监测参数不全，尤其在恶劣气候条件下降低了监测结果的时效性和准确性。因此在加强对输电线路覆冰灾祸的实时监测，及时做出防止覆冰灾祸的应对办法十分有必要。

而且目前几乎所有的估算方法都有一个共同的假设，即认为导线的覆冰形状具有一个圆形的横截面。然而这种假设往往与大多数输电线路实际覆冰情况不符。导线覆冰后的横截面形状分7种:圆形、椭圆形、扇形、梳子形、针形、盒形和波浪形。对于覆冰导线来说，圆形或椭圆形的横截面更为常见。如果利用圆形覆冰导线冰融时间的估算方法来计算非圆形覆冰导线的冰融时间，将会产生一定的偏差，在特殊情况下，甚至导致估算值完全不符实际。因此，分析导线覆冰的形状特征具有重要的意义。

但是，现在市面上的覆冰测量装置存在下述缺陷;

目前的覆冰监测技术都有一个共同的假设，即认为导线的覆冰形状具有一个圆形的横截面。无法直观地反映出覆冰的厚度和导线覆冰的形状特征。

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；其低温运行稳定性差，在线率低；其功能单一，扩展性差。

综上所述，现在市面上亟需一种能够解决上述问题的覆冰形状测量装置。

技术实现要素：

为解决现有技术中覆冰在线监测装置在监测过程中将导线覆冰的横截面假设为圆形，无法直观地反映出覆冰的厚度和导线覆冰的形状特征的问题，本实用新型提供了一种覆冰形状测量装置。

本实用新型为达到上述技术目的所采用的技术方案是：一种覆冰形状测量装置，所述覆冰形状测量装置包括：

数据采集器，其设置在导线上，用于导线覆冰厚度计算数据的采集；

数据处理单元，其与数据采集器相连接，用于接收和处理所述数据采集器采集的数据；

无线传输单元，其与所述数据处理单元相连接，用于所述数据处理单元输出数据的无线传输；

监测后台，其与所述无线传输单元相连接，用于与所述无线传输单元之间信息的接收和发送；

显示器，其与所述数据处理单元相连接，用于所述数据处理单元处理后数据的显示；

键盘，其与所述数据处理单元相连接，用于指令的输入；以及

供电单元，其为整个装置工作提供电能；

所述数据采集器包括：

超声波阵元连接器，其与所述数据处理单元相连接，用于接收所述数据处理单元的指令；以及

超声波相控阵，其与所述超声波阵元连接器相连接，通过所述超声波阵元连接器控制向导线外侧发送超声波，将超声波发送的时间和反射回来的时间进行采集记录，将其反馈至所述数据处理单元。

在一些实施例中，所述超声波相控阵包括：

若干阵元，其沿导线外侧设置。

在一些实施例中，所述阵元为8~32个，其沿导线外侧等间距排列，排列方式为线阵。

在一些实施例中，所述超声波相控阵上还设有：

小无线模块，用于将计算出的信息反馈至所述数据处理单元。

在一些实施例中，所述供电单元包括：

蓄电池，其用于电能的储存；以及

太阳能板，其与所述蓄电池相连接，用于将太阳能转化成电能。

在一些实施例中，所述蓄电池外设有双层结构的机箱。

在一些实施例中，所述机箱双层结构之间填充保温棉。

在一些实施例中，所述太阳能板与水平面相互垂直。

在一些实施例中，所述太阳能板正面朝向为南偏西12度。

在一些实施例中，所述覆冰形状测量装置还包括：

外扩接口，其与所述数据处理单元相连接，用于传感器信号的输入。

本实用新型的有益效果是：本实用新型相较于现有技术，其采用超声波相控阵法直接测量导线覆冰厚度和形状；覆冰厚度测量公式；超声波相控阵自带小无线模块，采集到的数据发送至数据处理单元；双层保温机箱提高装置耐低温性能；充电单元结构的创新设计，防覆雪、防覆冰、防风沙；一体化设计，功能模块化。

附图说明

图1是本实用新型一种覆冰形状测量装置的原理框图；

图2是本实用新型一种覆冰形状测量装置中阵元与导线的安装结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

如图1、图2所示，本实施例提供了一种覆冰形状测量装置，所述覆冰形状测量装置包括：

数据采集器，其设置在导线10上，用于导线10覆冰厚度计算数据的采集；

数据处理单元，其与数据采集器相连接，用于接收和处理所述数据采集器采集的数据；

无线传输单元，其与所述数据处理单元相连接，用于所述数据处理单元输出数据的无线传输；

监测后台，其与所述无线传输单元相连接，用于与所述无线传输单元之间信息的接收和发送；

显示器，其与所述数据处理单元相连接，用于所述数据处理单元处理后数据的显示；

键盘，其与所述数据处理单元相连接，用于指令的输入；以及

供电单元，其为整个装置工作提供电能；

所述数据采集器包括：

超声波阵元20连接器，其与所述数据处理单元相连接，用于接收所述数据处理单元的指令；以及

超声波相控阵，其与所述超声波阵元20连接器相连接，通过所述超声波阵元20连接器控制向导线10外侧发送超声波，将超声波发送的时间和反射回来的时间进行采集记录，将其反馈至所述数据处理单元。

在一些实施例中，所述超声波相控阵包括：

若干阵元20，其沿导线10外侧设置。

在一些实施例中，所述阵元20为8~32个，其沿导线10外侧等间距排列，排列方式为线阵。

在一些实施例中，所述超声波相控阵上还设有：

小无线模块，用于将计算出的信息反馈至所述数据处理单元。

具体的，数据处理单元包括单片机芯片，设置在所述单片机芯片上的A/D转换器接口和数据采集器接口，所述单片机芯片还连接有键盘控制电路和LCD液晶显示驱动电路。在实际使用时，在A/D转换器接口上插接上A/D转换器，在数据采集器接口上插接上数据采集器，工作时，通过数据采集器采集信号，这里的信号即为超声波相控阵采集的超声波发送的时间和反射回来的时间通过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，通过单片机将数字信号进行计算和传输，通过其连接的LCD液晶显示驱动电路将结果显示在显示器上。

超声波相控阵工作原理：超声波相控阵固定于导线10上，通过各个阵元20向外发射超声波，通过计算从该道超声波从发送到接收到返回反射回来的时间t(s)，乘以超声波的速度v(mm/s)，就可以得出该方向上的覆冰厚度d(mm) = t*v/2。超声波相控阵自带小无线模块，采集到的数据发送至数据处理单元。

在一些实施例中，所述供电单元包括：

蓄电池，其用于电能的储存；以及

太阳能板，其与所述蓄电池相连接，用于将太阳能转化成电能。

在一些实施例中，所述蓄电池外设有双层结构的机箱。

在一些实施例中，所述机箱双层结构之间填充保温棉。

在一些实施例中，所述太阳能板与水平面相互垂直。

在一些实施例中，所述太阳能板正面朝向为南偏西12度。

具体的，造成输电线路在线监测装置低温环境下在线率低的主要原因是供电系统在覆冰低温环境下使用效果的大幅下降。通常户外输电线路在线监测装置的供电方式为太阳能板+蓄电池，而在低温环境下，蓄电池的容量大幅下降，再加上如果太阳能板覆雪而造成不能充电，供电系统基本就处于瘫痪状态，也就直接造成了设备掉线。

为解决该问题，本项目拟通过对供电单元结构的改变来达到提高监测装置低温稳定性的目的。首先放置蓄电池的机箱采用双层结构，内部填充保温棉，也可以给蓄电池套上一个“棉外衣”；其次将太阳能板从传统的45°倾斜方式改为接近90°的倾斜方式，防止太阳能板上面积雪。

在一些实施例中，所述覆冰形状测量装置还包括：

外扩接口，其与所述数据处理单元相连接，用于传感器信号的输入。

具体的，覆冰形状测量装置采用一体化设计，预留多个外扩接口，根据使用环境还可增添视频、杆塔倾斜、导线10覆冰、微气象监测功能，只需进行传感器的插拔即可。

综上所述，本实用新型采用超声波相控阵法直接测量导线10覆冰厚度和形状；覆冰厚度测量公式；超声波相控阵自带小无线模块，采集到的数据发送至数据处理单元；双层保温机箱提高装置耐低温性能；充电单元结构的创新设计，防覆雪、防覆冰、防风沙；一体化设计，功能模块化。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。