一种基于声表面波技术的导线舞动在线监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于声表面波技术的导线舞动在线监测系统，用于监测输电导线舞动状态。包括与专家系统连接的GPRS通信模块、数据处理模块、电磁波收发模块、声表面波芯片、太阳能供电模块；数据处理模块分别和GPRS通信模块、电磁波收发模块连接；声表面波芯片安装在导线上，电磁波收发模块至少有三块分别安装在导线两端的杆塔的不同部位；各电磁波收发模块分别同时向声表面波芯片发送并接收电磁波，数据处理模块获得收发电磁波信号的时间差，专家系统根据时间差计算出声表面波芯片的球形轨迹并将球形轨迹叠加得到表面波芯片的瞬时位置，然后计算出导线的舞动状态。采用本发明的监测系统可以直接对导线位置进行监测，比常规监测系统具有更高的精确度。
【专利说明】一种基于声表面波技术的导线舞动在线监测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于声表面波技术的在线监测系统，具体的说是一种用于监测输电导线舞动状态的监测系统。
【背景技术】
[0002]我国是架空输电线路舞动多发的国家，近年来，随着电网建设的发展，架空输电线路向着大截面、多分裂的方向发展，线路舞动事故更趋频繁，所造成的损失更严重，严重威胁电网的安全稳定运行。输电线路所述的舞动是输电线路受到水平方向的风吹动时，产生一定的空气升力，诱发导线产生一种大振幅(可达10m以上)、低频率(0.1?3.0 Hz)的自激振动。输电线路的异常舞动会发生诸如导线电弧烧伤、金具损坏、导线断股、断线、倒塔等事故，严重影响电网的安全运行。
[0003]输电线路舞动在线监测装置能够对输电线路的舞动情况进行实时监测，当发现输电线路舞动异常时，及时预报给监控中心，以便立即采取措施，防止意外事故的发生，从而提高输电线安全运行的可靠性。
[0004]目前常见的输电线路舞动在线监测装置主要有以下两种:
1)基于摄像头和图像处理技术
通过安装在输电线路现场的监测终端采集摄像头画面，应用数字图像处理技术处理对现场图像数据进行分析，勾画出导线的边界，然后根据导线边界的变化得出舞动的特征参数，判定输电线的舞动级别。这种监测方法通常是对舞动进行定性监测，实现定量监测还需进一步提闻图像处理的精度。
[0005]2)加速度传感器
该检测装置是将加速度传感器固定在导线表面，使用加速度传感器测量导线舞动时的加速度变化，根据加速度计算导线的移动距离。这种装置一般包括加速度传感器、GPRS通信模块、导线取能模块以及计算导线舞动状态的专家系统。加速度传感器、导线取能模块均安装在输电线路上，导线取能模块为加速度传感器和GPRS通信模块提供能源，加速度传感器的测量数据经GPRS通信模块通过无线网络传输到远方的专家系统。加速度传感器使用内置的电池供电，测量结果通过无线方式发送出去。使用这种监测装置，虽然可以对输电线路的舞动实现定量检测，但是当导线发生扭转而非舞动时，加速度传感器仍会有测量结果输出，利用这种数据计算得到的导线舞动情况必将发生偏差，影响测量精度。
【发明内容】
[0006]本发明需要解决的技术问题是提供一种监测输电导线舞动的在线监测系统，它能够精确反应输电导线舞动状况。
[0007]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
一种基于声表面波技术的导线舞动在线监测系统，包括与用于计算舞动状态的专家系统通过无线网络连接的GPRS通信模块，还包括数据处理模块、电磁波收发模块、声表面波芯片以及为GPRS通信模块、数据处理模块、电磁波收发模块供电的供电模块；数据处理模块分别和GPRS通信模块、电磁波收发模块连接；声表面波芯片安装在导线上，电磁波收发模块至少有三块分别安装在导线两端的杆塔的不同部位，电磁波收发模块与声表面波芯片对应；各电磁波收发模块分别同时向声表面波芯片发送电磁波并接收由声表面波芯片反射回的电磁波，数据处理模块获得收发电磁波信号的时间差，然后通过GPRS通信模块发送给专家系统，专家系统根据时间差计算出导线上的声表面波芯片的球形轨迹，并将同一时刻的同一声表面波芯片的球形轨迹进行叠加，各球形轨迹的交点即是表面波芯片所在导线的瞬时位置，然后再根据导线的瞬时位置的变化计算出导线的舞动状态。
[0008]本发明的进一步改进在于:所述供电模块为太阳能供电模块。
[0009]本发明的太阳能供电模块的进一步改进在于:所述太阳能供电模块包括太阳能电池板、前端冲击保护模块、整流滤波模块、电压监控模块、充电回路、锂离子电池、DC-DC变换模块；太阳能电池板的输出端与前端冲击保护模块、整流滤波模块、DC-DC变换模块依次连接，在整流滤波模块、DC-DC变换模块之间还连接有充电回路及与充电回路、DC-DC变换模块连接的锂离子电池；电压监控模块与前端冲击保护模块、整流滤波模块并联。
[0010]本发明的进一步改进在于:所述声表面波芯片为能够接收并反射电磁波的延迟型无源模块。
[0011]本发明的进一步改进在于:所述电磁波收发模块发射的电磁波信号的中心频率在400 ?500MHz 之间。
[0012]本发明的进一步改进在于:所述声表面波芯片在一档距的两个杆塔之间的导线上至少固定三块。
[0013]由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是:
采用本发明的监测系统可以直接对导线位置进行监测，比常规监测系统具有更高的精确度。本发明的声表面波芯片为无源设备，具有体积小重量轻的优点，将其固定在导线上，声表面波芯片可以接收并反射电磁波，声表面波芯片具有延时反射功能。
[0014]本发明将三组及以上的电磁波收发模块安装在相邻杆塔、以及杆塔的不同位置，和安装在导线上的声表面芯片配合使用，每套电磁波收发模块都可以接收声表面波芯片反射回的电磁波，数据处理模块计算出电磁波发送和接收的时间差，再结合波速由专家系统获得一个可能的球形轨迹，利用专家系统将三组或者三组以上的球形轨迹叠加合成后的交点就是声表面芯片的具体位置，在导线上安装多个声表面波芯片就可以由专家系统计算出同一时刻整个导线的舞动轨迹。
[0015]采用太阳能供电模块供电，不受输电线路停电的影响，可以实时对输电线路的舞动情况进行监测。本发明的太阳能供电模块设置前端冲击保护模块可以防止外加电流的冲击，设置锂离子电池后在阳光不好的时候也可以保证电力供应。
[0016]电磁波收发模块发射的电磁波信号的中心频率在450MHz左右，如在400?500MHz之间，可以避免输电线路中其它电磁波的干扰。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明的连接结构示意图；
图2是本发明的安装现场布置示意图；图3是本发明的太阳能供电模块的结构示意图。
[0018]其中，1、杆塔，2、导线，3、电磁波收发模块，4、声表面波芯片。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明做进一步详细说明:
一种基于声表面波技术的导线舞动在线监测系统，包括GPRS通信模块、数据处理模块、电磁波收发模块3、声表面波芯片4，GPRS通信模块通过无线网络与用于计算舞动状态的专家系统连接，GPRS通信模块、数据处理模块、电磁波收发模块由太阳能供电模块供电，声表面波芯片为能够接收并反射电磁波的无源模块。数据处理模块分别和GPRS通信模块、电磁波收发模块3连接；电磁波收发模块3至少有三块，附图2中是4块，在输电线路的导线2两端(即一档距)的杆塔1上分别安装两块，两块电磁波收发模块3不在杆塔1的相同部位，两块电磁波收发模块3需要错开一定距离设置。声表面波芯片4安装在两个杆塔1之间的导线2上，一个挡距的导线上应该固定安装至少三块声表面波芯片4，这样可以使导线的舞动状况更加清楚。电磁波收发模块3与声表面波芯片4对应，电磁波收发模块3定时向声表面波芯片4发送电磁波信号；电磁波信号的中心频率在400?500MHz之间，最好在450MHz左右。
[0020]各电磁波收发模块3分别同时向声表面波芯片4发送电磁波,声表面波芯片4接收到电磁波收发模块3发来的电磁波信号后，经过自身处理，再向电磁波收发模块3发出反射波，电磁波收发模块3接收由声表面波芯片4反射回的电磁波，这样数据处理模块就可以计算出一个收发电磁波信号的时间差，并通过GPRS通信模块发送给位于变电站内的专家系统。专家系统根据此时间差(一个时间段)和波速，计算出导线2上的声表面波芯片4在此时间段内运动所形成的球形轨迹，专家系统将同一时刻的同一声表面波芯片的球形轨迹进行叠加，各球形轨迹的交点即是表面波芯片4所在导线的瞬时位置，通过装设在导线上的三个声表面波芯片，就可以获得同一时刻导线的舞动状态。当然声表面波芯片在导线上安装的越多，导线的舞动状态越准确。
[0021 ] 本发明的太阳能供电模块主要包括太阳能电池板、前端冲击保护模块、整流滤波模块、电压监控模块、充电回路、锂离子电池、DC-DC变换模块；太阳能电池板的输出端与前端冲击保护模块、整流滤波模块、DC-DC变换模块依次连接，在整流滤波模块、DC-DC变换模块之间还连接有充电回路及与充电回路、DC-DC变换模块连接的锂离子电池；电压监控模块与前端冲击保护模块、整流滤波模块并联。前端冲击保护模块用于防止电缆故障短路或电力系统操作时形成的过电压对取能模块及本发明的监测系统造成冲击。整流滤波模块将交流电压转换为直流电压，同时对该电压进行滤波，减少电压的谐波；电压监控模块用于对取能线圈形成电压进行监控，当电压过低时模块开启充电回路对锂离子电池充电。DC-DC变换用于降低整流滤波模块输出的电压到3V。
【权利要求】
1.一种基于声表面波技术的导线舞动在线监测系统，包括与用于计算舞动状态的专家系统通过无线网络连接的GPRS通信模块，其特征在于:还包括数据处理模块、电磁波收发模块(3)、声表面波芯片(4)以及为GPRS通信模块、数据处理模块、电磁波收发模块供电的供电模块；数据处理模块分别和GPRS通信模块、电磁波收发模块(3)连接；声表面波芯片(4)安装在导线(2)上，电磁波收发模块(3)至少有三块分别安装在导线(2)两端的杆塔(I)的不同部位，电磁波收发模块(3)与声表面波芯片(4)对应；各电磁波收发模块(3)分别同时向声表面波芯片(4)发送电磁波并接收由声表面波芯片(4)反射回的电磁波,数据处理模块获得收发电磁波信号的时间差，然后通过GPRS通信模块发送给专家系统，专家系统根据时间差计算出导线(2)上的声表面波芯片(4)的球形轨迹,并将同一时刻的同一声表面波芯片(4)的球形轨迹进行叠加，各球形轨迹的交点即是表面波芯片所在导线的瞬时位置，然后再根据导线的瞬时位置的变化计算出导线的舞动状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于声表面波技术的导线舞动在线监测系统，其特征在于所述供电模块为太阳能供电模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于声表面波技术的导线舞动在线监测系统，其特征在于所述太阳能供电模块包括太阳能电池板、前端冲击保护模块、整流滤波模块、电压监控模块、充电回路、锂离子电池、DC-DC变换模块；太阳能电池板的输出端与前端冲击保护模块、整流滤波模块、DC-DC变换模块依次连接，在整流滤波模块、DC-DC变换模块之间还连接有充电回路及与充电回路、DC-DC变换模块连接的锂离子电池；电压监控模块与前端冲击保护模块、整流滤波模块并联。
4.根据权利要求1?3任一项所述的一种基于声表面波技术的导线舞动在线监测系统，其特征在于所述声表面波芯片为能够接收并反射电磁波的延迟型无源模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于声表面波技术的导线舞动在线监测系统，其特征在于所述电磁波收发模块发射的电磁波信号的中心频率在400?500MHz之间。
6.根据权利要求1所述的一种基于声表面波技术的导线舞动在线监测系统，其特征在于所述声表面波芯片在一档距的两个杆塔(I)之间的导线上至少固定三块。
【文档编号】G01H17/00GK103674229SQ201310579719
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】刘哲, 王炜 申请人:河北省电力勘测设计研究院