一种输电线路防舞动在线监控系统的制作方法
【专利摘要】一种输电线路防舞动在线监控系统，在高压输电线路监测节点位置上，加装位移传感器、加速度传感器，所述位移传感器、加速度传感器分别连接数据采集模块，数据采集模块连接现场在线监测分机，现场在线监测分机通过GSM/GPRS网络连接后台监控主机。所述数据采集模块包括嵌入式结构处理器模块U2、ADC模块，嵌入式结构处理器模块连接ADC模块，嵌入式结构处理器模块连接无线通信模块。本实用新型一种输电线路防舞动在线监控系统，可以有效抑制干扰源，提高测量精度、提升测量分辨率和提高保护装置的灵敏度，实现了快速监视且定位线路舞动信息，提高了电网的安全稳定性运行水平。
【专利说明】
一种输电线路防舞动在线监控系统
技术领域
[0001]本实用新型一种输电线路防舞动在线监控系统，涉及输电线路舞动监视、定位领域。
【背景技术】
[0002]随着我国电网建设的发展，近年来我国高压输电线路舞动事故发生的频率和强度明显增加，舞动已成为当前我国威胁线路安全的最主要因素之一。针对目前来说，电力运行部门对于输电线路的监测绝大部分是通过人工进行现场观测，很难实时掌握输电线路的运行情况。而输电线路舞动受局部微气象、微地形等各种自然因素影响较大，事故的发生地往往是在人烟稀少，交通不发达的地区，人工巡视难度大。高压输电线路舞动在线监测技术是输配系统安全运行中非常重要的一部分，但是输电线舞动在线监测研究已经远落后于电网对输电线路稳定安全运行的要求，不仅制约了舞动机理、模型分析和防舞设计方面研究的深入开展，而且实际中对输电线路的防舞治理难度很大，造成了重大经济损失。因此，对舞动和防舞措施的研究越来越受到人们的重视。
[0003]如今国内外普遍研究运用的是视频图像监控系统，该系统由视频监测单元、网络以及监控中心组成。每个监测杆塔上安装一台视频监测分机，随时监测导线的舞动以及周围环境参数。该方案缺点在于传速率低，图像的帧速低，视频信号容易失真，不能真实反映导线舞动信息，另外采集信息量有限，在积雪或污秽较厚的气候条件下，摄像头有可能被冰雪覆盖，致使整个监测系统瘫痪，并且现场视频只能固定若干点，无法达到自由控制的目的。因此，必须在输电导线上设置多个导线舞动加速度监测节点，在导线不同位置上监测导线舞动时的加速度信息。为了提高导线舞动监测系统的性能，通过采集和处理多组加速度数据，可以为导线舞动位移监测、导线张力变化计算等提供依据，还可以通过拟合导线多点的舞动轨迹推导出导线整体的舞动位移表达式，从而确定高压输电线路的防舞方案。
[0004]目前输电线路的防舞信号测量系统中存在一系列的问题，仅仅只有通过加速度传感器测得舞动加速度来模拟导线舞动轨迹的思想是不能解决实际遇到舞动问题的，其缺陷不仅在细节上研究的不够深入，而且未综合考虑到其他舞动特征量的影响，未全面分析舞动轨迹模拟过程中直流分量以及加速度数据处理过程中形成的误差，导致最终模拟舞动轨迹失真。再者，目前已投入使用的导线舞动监测系统采用单点的监测方式，每台监测分机都必须安装一个远程通信模块，这不仅导致硬件成本过高，而且由于每台监测分机都与监控中心进行通信，从而导致监控中心工作量过大且收集数据效率低。
【发明内容】
[0005]本实用新型提供一种输电线路防舞动在线监控系统，可以有效抑制干扰源，提高测量精度、提升测量分辨率和提高保护装置的灵敏度，实现了快速监视且定位线路舞动信息，提高了电网的安全稳定性运行水平。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是:
[0007]—种输电线路防舞动在线监控系统，在高压输电线路监测节点位置上，加装位移传感器、加速度传感器，所述位移传感器、加速度传感器分别连接数据采集模块，数据采集模块连接现场在线监测分机，现场在线监测分机通过GSM/GPRS网络连接后台监控主机。
[0008]所述数据采集模块包括嵌入式结构处理器模块U2、ADC模块，嵌入式结构处理器模块连接ADC模块，嵌入式结构处理器模块连接无线通信模块。
[0009]所述加速度传感器包括加速度传感器芯片Ul，加速度传感器芯片Ul带有信号调理电路，用于模拟电压输出三轴:X轴、Y轴、Z轴加速度，其输出信号端包括Xout端口、Yout端口、Zout端口，Xout端口通过电阻R1、电容Cl连接嵌入式结构处理器模块U2的I/O接口 ；Yout端口通过电阻R2、电容C2连接嵌入式结构处理器模块U2的I/O接口 ； Zout端口通过电阻R3、电容C3连接嵌入式结构处理器模块U2的I/O接口。
[0010]所述位移传感器包括位移传感器芯片U3，位移传感器芯片U3用于测量直线、角度位移，输出数字量，其输出电压信号分别通过电阻R4、电阻R5与嵌入式结构处理器模块U 2的I/O接口连接。
[0011]所述无线通信模块包括无线收发芯片U4，无线收发芯片U4通过电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11与嵌入式结构处理器模块U2的I/O接口相连。
[0012]所述嵌入式结构处理器模块U2为ATMEGAL128L单片机。
[0013]所述加速度传感器芯片Ul为ADXL335型加速度传感器芯片。
[0014]所述位移传感器芯片U3为M7003型位移传感器芯片。
[0015]所述无线收发芯片U4为nRF24L01型无线收发芯片。
[0016]本实用新型一种输电线路防舞动在线监控系统，技术效果如下:
[0017]1)、在监控结点采用了主控微处理器ATMEGAL128L单片机，所述单片机具有高性能、低功耗的特点，可轻松实现模拟信号转化成数字信号，且无需考虑其输出电压的A/D端口与其他芯片相连时的电压范围相匹配的问题。
[0018]2)、加速度传感器的微传感器集成在芯片表面，通过微传感器输出与加速度成正比的模拟电压信号，而且输出信号的带宽范围可通过设置输出口对地电容来确定。
[0019]3)、在避免了传感器发生温度偏移的同时，所述加速度传感器自身作为微型电容式三轴加速度传感器，保证了良好的性能，不仅功耗低、灵敏度高，而且可以进行信号调理、单极低通滤波和温度补偿的作用。
[0020]4)、位移传感器采用容栅专用集成芯片，容栅可以测量直线和角位移，输出是数字量，保证了测量数据准确性，在采用相关的算法计算舞动轨迹时，可以减少计算误差。
[0021]5)、无线通信模块的输出功率和通信频道可以很方便的通过个串行接口进行配置，可以通过一个天线接收不同点的信号，保证了数据的发射效率的同时极大的降低了工作能耗，且外围元件较少，保证了节电的需要。
[0022]6)、本实用新型系统达到了低功耗、模块化、可扩展的功能，适应电力行业未来的发展需求，方便对系统的进行扩充和完善。
[0023]7)、本实用新型系统硬件结合电路的元件的选择，可以准确的分析舞动轨迹模拟过程中直流分量以及加速度数据处理过程中形成的误差，可以尽量减少模拟舞动轨迹的失真。
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型系统的硬件连接图。
[0025]图2为本实用新型系统的连接电路图。
【具体实施方式】
[0026]如图1、图2所示，一种输电线路防舞动在线监控系统，在高压输电线路I监测节点位置上，加装位移传感器2、加速度传感器3，所述位移传感器2、加速度传感器3分别连接数据采集模块4，数据采集模块4连接现场在线监测分机7，现场在线监测分机7通过GSM/GPRS网络8连接后台监控主机9。供电模块5分别为数据采集模块4、现场在线监测分机7供电。
[0027]所述数据采集模块4包括嵌入式结构处理器模块U2、ADC模块，嵌入式结构处理器模块连接ADC模块，嵌入式结构处理器模块连接无线通信模块6。数据采集模块4负责采集传感器的测量值。通过位移传感器2、加速度传感器3来采集高压输电线路I的相关数据，数据采集模块4将这些数据压缩、打包后按照一定的格式传送给控制中心，即现场在线监测7。无线通信模块6将采集到的数据按照网络协议通过GSM/GPRS网络8传递到远端的监测中心，SP后台监控主机9，后台监控主机9由数据库和分析处理模块组成，对采集的数据进行压缩、分析、再现给用户等。后台监控主机9按舞动危害判据关系式，计算测量数据，一旦出现计算结果超过安全范围时，系统就会自动发出预警信号。
[0028]所述加速度传感器3包括加速度传感器芯片Ul，加速度传感器芯片Ul带有信号调理电路，用于模拟电压输出三轴:x轴、Y轴、Z轴加速度，其X轴和Y轴输出信号带宽为0.5—1600Hz，Z轴的信号带宽为0.5—550Hz。其输出信号端包括Xout端口、Yout端口、Zout端口，Xout端口通过电阻Rl、电容Cl连接嵌入式结构处理器模块U2的I/O接口 ； Yout端口通过电阻R2、电容C2连接嵌入式结构处理器模块U2的I/O接口 ； Zout端口通过电阻R3、电容C3连接嵌入式结构处理器模块U2的I/O接口，进行信息的交互。所述电阻Rl、R2、R3阻值均为IkQ，所述电容C1、C2、C3大小均为lyF。
[0029]所述位移传感器2包括位移传感器芯片U3，位移传感器芯片U3用于测量直线、角度位移，输出数字量，其输出电压信号分别通过电阻R4、电阻R5与嵌入式结构处理器模块U 2的I/O接口连接，电阻R4、R5阻值均为IkQ。
[0030]所述无线通信模块6包括无线收发芯片U4，无线收发芯片U4通过电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11与嵌入式结构处理器模块U2的I/O接口相连。电阻R6、R7、R8、R9、R10阻值均为330 Ω，R11 阻值为IkQ。
[0031]所述嵌入式结构处理器模块U2为ATMEGAL128L单片机，具有高性能、低功耗的特点，可轻松实现模拟信号转化成数字信号，并与其他元件进行信号的收发。
[0032]所述加速度传感器芯片Ul为ADXL335型加速度传感器芯片，加速度传感器芯片Ul利用内部微传感器感应三维的加速度，然后将感应的信号分别进行放大、解调、再放大、滤波等流程，输出的三路模拟电压信号与三轴加速度成正比。
[0033]所述位移传感器芯片U3为M7003型位移传感器芯片，可以测量直线和角位移，输出数字量，其主要输出引脚为SCK和DATA。
[0034]所述无线收发芯片U4为nRF24L01型无线收发芯片，无线收发芯片U4由完全集成在芯片中的频率合成器，功率放大器，晶体振荡器和调制器组成。
【主权项】
1.一种输电线路防舞动在线监控系统，其特征在于，在高压输电线路(I)监测节点位置上，加装位移传感器(2)、加速度传感器(3)，所述位移传感器(2)、加速度传感器(3)分别连接数据采集模块(4)，数据采集模块(4)连接现场在线监测分机(7)，现场在线监测分机(7)通过GSM/GPRS网络(8)连接后台监控主机(9)。2.根据权利要求1所述一种输电线路防舞动在线监控系统，其特征在于，所述数据采集模块(4)包括嵌入式结构处理器模块U2、ADC模块，嵌入式结构处理器模块连接ADC模块，嵌入式结构处理器模块U2连接无线通信模块(6)。3.根据权利要求2所述一种输电线路防舞动在线监控系统，其特征在于，所述加速度传感器(3)包括加速度传感器芯片Ul，加速度传感器芯片Ul带有信号调理电路，用于模拟电压输出三轴:X轴、Y轴、Z轴加速度，其输出信号端包括Xout端口、Yout端口、Zout端口，Xout端口通过电阻Rl、电容Cl连接嵌入式结构处理器模块U2的I/O接口 ；Yout端口通过电阻R2、电容C2连接嵌入式结构处理器模块U2的I/O接口 ；Zout端口通过电阻R3、电容C3连接嵌入式结构处理器模块U2的I/O接口。4.根据权利要求2所述一种输电线路防舞动在线监控系统，其特征在于，所述位移传感器(2)包括位移传感器芯片U3，位移传感器芯片U3用于测量直线、角度位移，输出数字量，其输出电压信号分别通过电阻R4、电阻R5与嵌入式结构处理器模块U2的I/O接口连接。5.根据权利要求2所述一种输电线路防舞动在线监控系统，其特征在于，所述无线通信模块(6)包括无线收发芯片U4，无线收发芯片U4通过电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11与嵌入式结构处理器模块U2的I/O接口相连。6.根据权利要求2所述一种输电线路防舞动在线监控系统，其特征在于，所述嵌入式结构处理器模块U2为ATMEGAL128L单片机。7.根据权利要求1所述一种输电线路防舞动在线监控系统，其特征在于，所述加速度传感器芯片Ul为ADXL335型加速度传感器芯片。8.根据权利要求4所述一种输电线路防舞动在线监控系统，其特征在于，所述位移传感器芯片U3为M7003型位移传感器芯片。9.根据权利要求5所述一种输电线路防舞动在线监控系统，其特征在于，所述无线收发芯片U4为nRF24L01型无线收发芯片。
【文档编号】G01D21/02GK205537764SQ201620265173
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】王毅, 吴成明, 程维, 张鑫, 鲁月娥, 陈代才, 陈逸馨
【申请人】三峡大学