一种输电线路表面电场在线监测系统的制作方法

本实用新型涉及供电技术领域，特别是涉及一种输电线路表面电场在线监测系统。

背景技术：

在高压和特高压直流工程中，伴随着电压等级提高的效益提高带来的，是突出的电磁环境问题。可听噪声、无线电干扰、电晕损耗、离子流密度、合成电场强度等是高压直流输电系统的重要参数，也是线路设计必须要考虑的问题。合成电场是线路和杆塔结构设计的主要控制因素之一，也是直流输电系统运行状态的反映。在高压直流输电线路设计、建设和运行的过程中，准确测量获取输电线路附近空间的电场值，是了解输电线路工程限制、监测输电线路工作状态的有效手段、检验直流输电线路满足环保要求和动态运行要求的基本工具，也是评估直流输电系统电磁环境的重要方法，对进一步开展生物效应和建筑物附近场强特性评估的意义重大。监测电力设备周围的空间电场，可以进一步用于评估输电线供电状态，检测绝缘子缺陷，测量覆冰厚度等，对于输电线路的电磁环境评估、在线监测与故障诊断、雷电预警等领域有巨大的应用价值。另外，随着我国直流电力系统和电工制造业的发展，绝缘子、套管、GIS设备的研制过程中，设备内外绝缘设计、电晕抑制和均压设计均需要获得准确的设备附近空间合成场强分布，同样催生了对大幅值、高精度、小体积直流场强测试装置的需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种输电线路表面电场在线监测系统，目的在于对输电线路和输电杆塔进行在线监测，主要监测输电杆塔周围的气象和电场数据，其暂态信号可以用于事故预警，避免事故的恶化，以及为输电线路的状态检修工作提供必要的参考。

本实用新型提供一种输电线路表面电场在线监测系统，采用以下技术方案：一种输电线路表面电场在线监测系统，包括数据监测装置、数据采集装置、无线通讯装置、终端处理器，所述数据监测装置与数据采集装置连接，所述数据采集装置通过所述无线通讯装置与所述终端处理器相连接，

所述数据监测装置包括电场传感器、微气象传感器、角速度传感器以及加速度传感器，其中，

所述电场传感器用于监测导电线周围的电场强度；

所述微气象传感器用于监测输电杆塔或输电线路附近的风向、风速、温度、湿度、压强；

所述角速度传感器用于监测输电杆塔的角速度，所述加速度传感器用于监测输电杆塔的加速度；

所述数据采集装置能够将数据监测装置监测到的电场强度、风向、风速、温度、湿度、压强、加速度以及角速度的模拟量信号转化为数字量信号，并传输至所述终端处理器；

所述终端处理器能够在实时接收的电场强度数字量信号出现突变量时进行事故预警，和/或若输电线路出现故障时，所述终端处理器能够依据暂态数字量信号对输电线路进行事故分析。

进一步，还包括报警装置，报警装置包括蜂鸣器与报警指示灯，所述报警装置与终端处理器相连接。

进一步，还包括供能系统，所述供能系统包括太阳能板、蓄电池、风力发电设备以及电压转换模块，其中，

所述太阳能板与蓄电池连接，所述太阳能电池板、蓄电池以及风力发电设备分别与电压转换模块连接。

进一步，所述电压转换模块分别与电场传感器、微气象传感器、角速度传感器、加速度传感器、数据采集装置以及无线通讯装置连接，以对电场传感器、微气象传感器、角速度传感器、加速度传感器、数据采集装置以及无线通讯装置提供电能。

进一步，所述无线通讯装置为3G、4G、GPRS、Zigbee、北斗通信模块中的任一或组合。

本实用新型提供的输电线表面电场在线监测系统，输电线路上设置有多个电场传感器监测电力在输送过程产生电场的大小，当电场超出终端处理器设定的分量阈值后，发出故障预警，也可在现场设备损坏后，对设备的运行时间、环境因素以及周围的电场进行分析，有效的提高了输电线路安全经济运行的管理水平，并为输电线路的状态检修工作提供必要的参考。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本实用新型实施例中一种输电线路表面电场在线监测系统示意图；

图2是本实用新型实施例中一种输电线路表面电场在线监测系统结构布置示意图；

图3是本实用新型实施例中终端处理器以电场强度为例的事故预警流程示意图；

图4是本实用新型实施例中终端处理器事故分析流程示意图。

图中：1、输电杆塔；2、输电线路；3、电场传感器；4、塔顶；5、承载板；6、避雷线。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例中介绍了一种输电线路表面电场在线监测系统，包括数据监测装置、数据采集装置、无线通讯装置、终端处理器、供能系统、报警装置；其中所述数据监测装置与数据采集装置通过电缆或光纤连接，所述数据采集装置通过所述无线通讯装置与所述终端处理器相连接，所述供能系统分别连接数据监测装置、数据采集装置以及无线通讯装置，以给数据监测装置、数据采集装置以及无线通讯装置提供电能，所述终端处理器还连接报警装置，以响应事故预警。

本实施例中，所述数据监测装置包括电场传感器、微气象传感器、角速度传感器以及加速度传感器，其中，

电场传感器间隔布置于输电线路的表面，且输电线路上的每个导电线上至少设置有一个电场传感器，用于监测每个导电线周围的电场强度；

所述微气象传感器设置在输电杆塔上，用于监测风向、风速、温度、湿度、压强；优选的，所述微气象传感器包括：风向微气象传感器、风速微气象传感器、温度微气象传感器、湿度微气象传感器以及压强微气象传感器。

所述角速度传感器和加速度传感器均设置在输电杆塔上，其中，

所述角速度传感器用于监测输电杆塔的角速度，加速度传感器用于监测输电杆塔的加速度；

如图2所示，本实用新型以输电线路为交流电路为例进行示例性说明，但并不限于交流线路，直流线路等均可适用于本实用新型。

本实用新型实施例中提供了一种输电线路表面电场在线监测系统，包括输电杆塔1与输电线路2，架设在两个输电杆塔之间的输电线路上间隔布置有6个电场传感器3，每3个分为一组，其中一组设置在位于两个电线杆塔中间位置的A、B、C三相导电线上，另一组设置在靠近输电杆塔的A、B、C三相导电线上。优选的，如果输电线路为直流线路，则电场传感器设置在正、负极导电线上。

本实施例中，每个电场传感器只测量、输出所在导电线附近的电场信息，各相导电线均设置有电场传感器，从而实现各相导线的测量，可以准备的获取各相导线的电场信息，以输电线路由于电场强度变化出现故障为例，由于故障可能发生在一根导线或两根导线或三根导线，从而不同的故障，三相导线的状态不一样，在线监测系统可根据输电线路上各个电场传感器的监测的电场强度数据准确的分析出故障位置或可能出现的故障情况等，从而实现故障预警。

本实施例中，所述输电杆塔1的塔顶4设置有加速度传感器，用于测量电线杆塔的运动加速度，角速度传感器用于测量电线杆塔的运动角速度，以及用于监测塔顶风向、风速的微气象传感器；其中，终端处理器可根据接收到的关于加速度与角速度的数字量信息，通过计算可得出电线杆塔的位移，从而分析电线杆塔的位移对电场强度影响。输电杆塔的加速度与角速度如果过大，则输电杆塔会突然产生运动，终端处理器则会根据加速度与角速度的数据信息对输电线路的运行状态进行评估，也会对输电杆塔的杆塔材料、结构的规范性进行分析为后期的检修或设计、建设做相应的指导。

本实施例中，所述输电杆塔1的承载板5上还设置有微气象传感器，用于监测输电杆塔靠近塔底周围的温度、湿度以及压强。输电塔附近的环境也是影响输电线路电场变化的因素之一，因而终端处理器可根据接收到的气象信息，通过分析得出电线杆塔周围的环境因素对输电线路运行状态的影响，从而一方面即可做到事故预警，另一方面也是对输电线路后期的检修或设计、建设做相应的指导。

本实施例中，所述承载板5上还设置有数据采集装置、无线通讯装置、供能系统，其中，数据采集装置用于采集输电线路上电场传感器、角速度传感器、加速度传感器以及微气象传感器监测的模拟量信号；无线通讯装置，用于数据采集装置与终端处理器之间进行无线通讯，供能系统，用于向电场传感器、角速度传感器、加速度传感器以及微气象传感器、数据采集装置、无线通讯装置提供电能。

本实施例中，电场传感器、角速度传感器、加速度传感器以及微气象传感器分别通过电缆或光纤连接数据采集装置，数据采集装置通过所述无线通讯装置与终端处理器相连接。

本实施例中，所述无线通讯装置为3G、4G、GPRS、Zigbee、北斗通信模块中的任一或组合，但并非仅仅限于上述所述的通信模块，其他通讯模块均可适用于本实用新型。优选的，无线通讯装置同时包含3G、4G、GPRS、Zigbee和北斗通信模块，在传统的公网通讯模块中，添加了北斗通信模块，可有效的避免公网通讯故障影响信息传输的情况发生，提高了在线监测系统的可靠性。

本实施例中，所述供能系统包括太阳能板、蓄电池、风力发电设备以及电压转换模块，所述太阳能板、蓄电池、风力发电设备分别与电压转换模块连接，所述太阳能板还与蓄电池连接，以储存电能。

本实施例中，两个输电杆塔之间设置有避雷线，用于防止雷击输电设备而出现输电线路过电压的情况发生，也进一步避免了雷击导致输电线路电场强度过大。

本实施例中，如图3所示，介绍了以电场强度为例，终端处理器对输电线路进行故障预警的过程，具体包括以下步骤：

S1.终端处理器对接收的数字信号采用数据的波形显示、傅里叶频域分析、图变量分析、合理的阈值任一或组合的方式进行处理分析、判断；

S2.所述终端处理器判断电场强度是否超过设定阈值，若超过，则执行步骤S3；若未超过，则继续执行步骤S1；

S3.报警装置的蜂鸣器发出响声，且报警指示灯闪烁。

本实施例中，所述终端处理器对输电线路进行事故预警时，也结合输电杆塔的位移、以及输电杆塔周围的温度、湿度、压强、风速、风向等。

本实施例中，所述终端处理器也可分析输电线路的电场是否发生突变量，若电场强度出现突变量，则发生事故预警。优选的，所述电场强度突变量可以为超过设定阈值。

本实施例中，如图4所示，介绍了输电线路出现故障时，所述终端处理器事故分析的过程，具体包括以下步骤：

S11.输电线路出现故障信息，所述终端处理器确定故障时间点，并调出相应时间点的暂态数字信号；

S12.所述终端处理器对暂态数字信号采用数据的波形显示、傅里叶频域分析、图变量分析、合理的阈值中的任一或组合的方式进行分析；

S13.终端处理器计算出输电线路的导电线上各个节点的电场强度、以及输电杆塔的位移、输电杆塔周围的风向、风速、温度、湿度、压强等环境因素的变化值；

S14.确定事故原因，并对输电线路的检修和/或后期的设计、建造做指导。

本实施例中，所述事故分析还包括终端处理器对故障设备损坏前的运行时间进行统计。

本实施例中，所述暂态数字量信号为存储在终端处理器中的电场强度、风向、风速、温度、湿度、压强、加速度以及角速度的数字量信号的历史记录。

本实施例中，若输电线路现场发生过电压引起设备绝缘损坏等恶劣情况，可能是输电线路出现故障引起电场出现突变量从而导致设备损坏，也可能是输电杆塔发生剧烈运动引起电场出现突变量，或者输电线路周围的气象因素风速、风向、温度、湿度、压强等引起的电场出现突变量，终端处理器需要利用暂态数字量信号进行事故分析。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。