专利名称：输电线路覆冰监测系统及监测方法
技术领域：
本发明属于线缆监测领域，尤其涉及一种输电线路覆冰监测系统及监测方法。
背景技术：
我国气象环境多变，冰灾事故时有发生，冻结在输电线路上的冰雨或冰雪，会在导线上逐渐形成一种横截面近似于椭圆形或蛋形的冰壳。输电线路的覆冰是在特定的自然环境下才能形成，当空气的温、湿度各达到一定的条件才可能形成覆冰，而当温度和湿度满足条件以后，形成覆冰的量取决于风速，当无风或是微风时，只能形成极薄的冰，当风速达到一定速度后，线路上的冰才会越积越厚。严重的覆冰会导致输电线路的损害，甚至是输电的中断，严重影响电网的安全运行。为了保证电网的安全运行，需要对输电线路的覆冰情况进行监测并实时获取输电线路上的覆冰厚度值，以为后续的处理提供基本数据。目前，监测输电线路覆冰的方法主要有视频监测法和模拟监测法等技术，视频监测法是通过一个摄像头去获取输电线路的图像，用图像算法来取得覆冰的厚度数据；而模拟监测法则是用和输电线相同的一小段材料放在输电线附近去模拟输电线的覆冰情况， 再对这一小段材料进行各种测量以获得覆冰数据。理论上视频监测法是理想的监测方法，直观高效，但是实际运用中视频法有诸多困难，其视频监测法所用的监测系统不但质量体积大，而且摄像头位的安装角度要求苛刻且容易导致监测图像失真，并且其后期软件开发难度大，另外高清摄像头价格昂贵，要在远距的输电给路上运用，成本很高。模拟法取材简单，安装方便，只要靠近输电线路放置即可，但是难点在于要获得摸拟材料的覆冰数据还需要求助于其它的方法。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中输电线路覆冰厚度监测系统监测手段复杂、成本高的技术问题，提供一种监测手段简单、系统成本低的输电线路覆冰监测系统，该输电线路覆冰监测系统通过超声波实现对线路覆冰的监测。本发明提供一种输电线路覆冰监测系统，所述系统包括多个超声波收发器(第一超声波收发器、第二超声波收发器、……、第N超声波收发器)，用于发送和接收超声波；
主控模块，用于控制超声波收发器的工作并分析计算输电线路的覆冰厚度数据，同时控制通讯模块将覆冰厚度数据发送给监控模块；
通讯模块，用于在主控模块的控制下将输电线路的覆冰厚度数据发送给监控模块； 监控模块，用于远程监控输电线路的覆冰状态；
所述超声波收发器、通讯模块分别与所述主控模块电连接，所述通讯模块与所述监控模块通讯；其中，
所述多个超声波收发器设置在输电线路径向截面所在的平面且位于同一圆周上，所述圆周的中心位于输电线路的轴线上，所述超声波收发器在主控模块的控制下沿所述圆周的径向向输电线路一侧发射超声波。
优选地，每个超声波收发器包括一个用于根据主控模块的控制指令发射超声波的超声波发射器和一个接收反射回来的超声波的超声波接收器。优选地，所述多个超声波收发器均布在所述圆周上。本发明还提供一种上述输电线路覆冰监测系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤
步骤S100，主控模块依次控制每一个超声波收发器发射超声波并接收该超声波，同时记录每一个超声波收发器从发出超声波到接收到该超声波的时间；
步骤S200，主控模块根据上述的时间计算该超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚
度；
步骤S300，主控模块将所述覆冰厚度值通过通讯模块传送到监控模块。优选地，在所述步骤SlOO具体包括
主控模块控制第一超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录第一超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间tl ；
停止第一超声波收发器的工作，主控模块控制第二超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录第二超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间t2 ； 以此类推，主控模块依次控制剩余的超声波收发器的工作，直到记录第N超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间tn;其中，η的取值与N对应相同，且都为自然数。优选地，所述步骤S200具体包括主控模块根据记录的时间tl、t2、……、tn，及公式Sm=R-V*tm/2，分别计算出每一个超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值Si、 S2、……、Sn;其中，V为超声波在空气中的传播速度，R为超声波收发器到输电线路外表面的距离，m取1、2、......、n。优选地，所述主控模块内设有测绘模块，根据覆冰厚度值S1、S2、……、Sn，按照一定的绘图比例围绕输电线路进行绘图标示，标示出η个数值点，并利用平滑曲线将该η个数值点连接形成输电线路的覆冰切面图。优选地，在所述步骤SlOO之前还包括步骤所述主控模块初始化并控制所有的超
声波收发器停止工作。优选地，所述步骤S300还包括，主控模块根据覆冰厚度值S1、S2、……、Sn得到覆冰的切面图，并将该切面图通过通讯模块传送到监控模块。以上所述技术方案，通过利用超声波收发器发射超声波，并计算接收到超声波的时间，利用超声波收发器与导线之间的距离及所记录的时间可以容易的计算出输电线路的覆冰厚度值，与现有技术中覆冰监测系统手段复杂、成本高相比，该输电线路覆冰监测系统监测手段简单、系统成本低。
图1是本发明一种实施例的输电线路覆冰监测系统的结构图。图2是本发明一种实施例的超声波收发器与输电线路的位置关系图。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，本发明所提供的输电线路覆冰监测系统包括多个超声波收发器 100，主控模块200，通讯模块300及监控模块400 ；
所述多个超声波收发器，用于发送和接收超声波，包括第一超声波收发器、第二超声波收发器、……、及第N超声波收发器，
主控模块，用于控制超声波收发器的工作并分析计算输电线路的覆冰厚度数据，同时控制通讯模块将覆冰厚度数据发送给监控模块；
通讯模块，用于在主控模块的控制下将输电线路的覆冰厚度数据发送给监控模块； 监控模块，用于远程监控输电线路的覆冰状态。所述超声波收发器、通讯模块300分别与所述主控模块200电连接，所述通讯模块 300与所述监控模块400通讯；其中，
结合图2所示，所述多个超声波收发器设置在输电线路1径向截面所在的平面且位于同一圆周3上，所述圆周的中心位于输电线路1的轴线上，所述超声波收发器在主控模块 200的控制下沿所述圆周3的径向向导线的一侧发射超声波。以上实施例中，所述输电线路 1的径向截面是指垂直于输电线路轴线即长度方向的截面。所述主控模块200用于控制超声波收发器进行工作，即控制每个超声波收发器发射超声波并接收反射回来的超声波，优选地，所述每个超声波收发器包括一个用于在主控模块200的控制下发射所述超声波的超声波发射器和一个用于接收反射回来的超声波的超声波接收器；所述主控模块200还用于计算每个超声波收发器发出超声波到接收到该超声波的时间，并最终根据所得到的时间和超声波接收器到所述输电线路的距离R计算所对应的输电线路的覆冰厚度值。所述主控模块200还用于控制所述通讯模块300与所述监控模块400进行通讯， 并将所述计算得出的输电线路的覆冰厚度值通过通讯模块300传送给所述监控模块400。 所述通讯模块300可以通过多种通讯方式与所述监控模块400进行通讯，如GPRS通讯，3G 通讯及有线通讯等方式。为了能够得到输电线路的覆冰切面图，优选地，所述主控模块内设有测绘模块，测绘模块根据超声波收发器测得的覆冰厚度值进行绘图表示形成输电线路的覆冰切面图。为了能够全面的对输电线路周围的覆冰厚度进行有效监测，优选地，所述多个超声波收发器均布在该同一圆周上，并且超声波收发器的数量可设置尽量多，通过这种设置方式可以尽可能全面地监测到输电线路周围的每一点的覆冰情况。下面，详述上述输电线路覆冰监测系统的工作方法，所述工作方法包括以下步骤
步骤S100，主控模块200依次控制每一个超声波收发器发射超声波并接收该超声波， 同时记录每一个超声波收发器从发出超声波到接收到该超声波的时间；
步骤S200，主控模块200根据上述的时间计算该超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度；
步骤S300，主控模块200将所述覆冰厚度值通过通讯模块传送到监控模块。优选地，在所述步骤SlOO中，主控模块200首先控制第一超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录第一超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间tl ；然后停止第一超声波收发器的工作，主控模块200控制第二超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录第二超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间t2 ；……；最后，停止第N-I超声波收发器的工作，主控模块控制第N超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，记录第N超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间tn。优选地，所述步骤S200具体包括，主控模块根据记录的时间tl、t2、……、tn，及公式Sm=R-V*tm/2，m取1、2、……、n，可分别计算出每一个超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值Si、S2、……、Sn;SPdftl、t2、……、tn分别代入公式中的变量tm就可以依次得到变量Sm的值。其中，V为超声波在空气中的传播速度，R为超声波收发器到输电线路外表面的距离。该速度V及距离R在该系统的搭建或者设置过程中就已经确定并将其输入主控模块200进行保存。为了使上述技术方案更加清楚，结合图2中的实施例所示，示出了利用四个超声波收发器监测输电线路1的覆冰2的厚度值，其中，主控模块200首先控制超声波收发器 101的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录超声波收发器101的超声波接收器接收到该超声波的时间tl ；此时，主控模块200根据记录的时间tl就能得到超声波收发器 101距离覆冰2外边缘的距离L=V*tl/2，其中V为超声波在空气中的传播速度；因此可以得到超声波收发器101所对应的此处输电线路的覆冰厚度值S=R-L=R- V*tl/2。同理，通过以上计算过程，可分别得到剩余三个超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值。可以看出，以上所述技术方案中，所设置的超声波收发器的个数越多，对输电线路周围覆冰厚度的监测数据越精确，得到数据范围就越全面，因此在实际操作中可以根据实际的安装环境尽可能多的设置超声波收发器的数量。进一步地，为了提高系统的工作稳定性和对输电线路覆冰厚度的监测精确性，在所述步骤SlOO之前还包括步骤所述主控模块200初始化并控制所有的超声波收发器停止工作。这样就能保证在主控模块200控制任何一个超声波收发器工作的时候不会误接收到其他超声波收发器发射的超声波，保证了系统工作的稳定性，提高了覆冰厚度的监测精度。作为本方案更优选的一种实施例，为了能够得到输电线路的覆冰截面图，所述主控模块内还设有测绘模块，根据覆冰厚度值S1、S2、……、Sn，按照一定的绘图比例围绕输电线路进行绘图标示，标示出η个数值点，并利用平滑曲线将该η个数值点连接形成输电线路的覆冰切面图。即该切面图的绘制可通过对输电线路周围每一点的覆冰厚度值进行测量， 并通过图示的方式在输电线路1的周围按照得到的每一点的覆冰厚度值进行标示，最后将每一点通过平滑曲线连接成一个封闭的曲线，该曲线与电线1边缘之间形成的区域即为覆冰区域，这样就得到了输电线路的覆冰切面图。优选地，所述步骤S300还包括，主控模块200根据覆冰厚度值S1、S2、……、Sn得到输电线路1的覆冰2的切面图，并将该切面图通过通讯模块300传送到监控模块400。主控模块200通过通讯模块300不仅能够把覆冰厚度值传送给监控模块400，而且可以把绘制的覆冰切面图一同传送给监控模块400，增加了导线覆冰厚度的直观性和可视性，有利于更加方便的了解导线的覆冰状况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.输电线路覆冰监测系统，其特征在于，所述系统包括多个超声波收发器(第一超声波收发器、第二超声波收发器、……、第N超声波收发器)，用于发送和接收超声波；主控模块，用于控制超声波收发器的工作并分析计算输电线路的覆冰厚度数据，同时控制通讯模块将覆冰厚度数据发送给监控模块；通讯模块，用于在主控模块的控制下将输电线路的覆冰厚度数据发送给监控模块；监控模块，用于远程监控输电线路的覆冰状态；所述超声波收发器、通讯模块分别与所述主控模块电连接，所述通讯模块与所述监控模块通讯；其中，所述多个超声波收发器设置在输电线路径向截面所在的平面且位于同一圆周上，所述圆周的中心位于输电线路的轴线上，所述超声波收发器在主控模块的控制下沿所述圆周的径向向输电线路一侧发射超声波。
2.根据权利要求1所述的输电线路覆冰监测系统，其特征在于，每个超声波收发器包括一个用于根据主控模块的控制指令发射超声波的超声波发射器和一个接收反射回来的超声波的超声波接收器。
3.根据权利要求1或2所述的输电线路覆冰监测系统，其特征在于，所述多个超声波收发器均布在所述圆周上。
4.根据权利要求1或2所述的输电线路覆冰监测系统，其特征在于，所述主控模块内设有测绘模块，测绘模块根据超声波收发器测得的覆冰厚度值进行绘图表示形成输电线路的覆冰切面图。
5.一种根据权利要求1所述的输电线路覆冰监测系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤步骤S100，主控模块依次控制每一个超声波收发器发射超声波并接收该超声波，同时记录每一个超声波收发器从发出超声波到接收到该超声波的时间；步骤S200，主控模块根据上述的时间计算该超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度；步骤S300，主控模块将所述覆冰厚度值通过通讯模块传送到监控模块。
6.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，在所述步骤SlOO具体包括主控模块控制第一超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录第一超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间tl ；停止第一超声波收发器的工作，主控模块控制第二超声波收发器的超声波发射器发射超声波并开始计时，并记录第二超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间t2 ；以此类推，主控模块依次控制剩余的超声波收发器的工作，直到记录第N超声波收发器的超声波接收器接收到该超声波的时间tn;其中，η的取值与N对应相同，且都为自然数。
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，所述步骤S200具体包括主控模块根据记录的时间tl、t2、……、tn，及公式Sm=R-V*tm/2，分别计算出每一个超声波收发器所对应的输电线路的覆冰厚度值Si、S2、……、Sn ；其中，V为超声波在空气中的传播速度，R 为超声波收发器到输电线路外表面的距离，m取1、2、……、n。
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，所述主控模块内设有测绘模块，根据覆冰厚度值Si、S2、……、Sn，按照一定的绘图比例围绕输电线路进行绘图标示，标示出η个数值点，并利用平滑曲线将该η个数值点连接形成输电线路的覆冰切面图。
9.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，在所述步骤SlOO之前还包括步骤 所述主控模块初始化并控制所有的超声波收发器停止工作。
10.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，所述步骤S300还包括，主控模块根据覆冰厚度值S1、S2、……、Sn得到覆冰的切面图，并将该切面图通过通讯模块传送到监控模块。
全文摘要
本发明提供了一种输电线路覆冰监测系统，包括多个超声波收发器(第一超声波收发器、第二超声波收发器、……、第N超声波收发器)，主控模块，通讯模块及监控模块；超声波收发器、通讯模块分别与主控模块电连接，通讯模块与监控模块通讯；其中，多个超声波收发器设置在输电线径向截面所在的平面且位于同一圆周上，所述圆周的中心位于输电线路的轴线上，超声波收发器在主控模块的控制下沿所述圆周的径向向导线的一侧发射超声波。通过利用超声波收发器发射超声波，并计算接收到超声波的时间，利用超声波收发器与导线之间的距离及所记录的时间可以容易的计算出输电线路的覆冰厚度值，该输电线路覆冰监测系统监测手段简单、系统成本低。
文档编号G01B17/02GK102506778SQ20111035381
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者王羽痕 申请人:航天科工深圳(集团)有限公司