输电线覆冰的监测与测量的制作方法
【专利摘要】一种输电线覆冰的监测与测量装置，包括：固定基板，固定底座或车轮，光路延长装置，监测器件组，监测器件组托盘，第一支撑杆，光探测器，光探测器托盘，可升降支撑杆以及计算机。
【专利说明】输电线覆冰的监测与测量
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种输电线覆冰的监测与测量，属于电力的输配电领域。
【背景技术】
[0002]输电线在冬季的时候会出现结冰现象，这是大家所熟知的，结冰以后所产生的危害主要包括以下几点:
[0003]1)损坏杆塔。线路覆冰过厚，会使杆塔机械荷重越载而折断；
[0004]2)线路跳闸。对于导线垂直排列的线路，当下层导线上的覆冰先脱落时(导线上的覆冰不一定同时脱落)，导线就会迅速上升或上、下跳跃，造成相间短路，使线路开关跳闸，供电中断；
[0005]3)绝缘子串倾斜、导线严重下垂。线路各档距内的覆冰厚度不均匀时，导线弧垂将发生很大变化，造成悬垂绝缘子串倾斜，金具承受较大的水平方向作用力。在覆冰过厚的档距内，会造成导线严重下垂而发生接地事故；
[0006]4)绝缘子串覆冰后，会大大降低绝缘性能。当悬垂绝缘子串覆冰溶化时，可能形成冰柱，使绝缘子串短路，造成接地事故。
[0007]所以当输电线出现结冰后，应当及时清楚覆冰，以避免上述情况的发生，对于覆冰的判断主要包括两点，一点就是要及时发现输电线的结冰，另外一点就是要精确测量覆冰层的厚度。
【发明内容】
[0008]根据本发明的一实施例，提供了一种输电线覆冰的监测与测量装置，包括:固定基板、固定底座或车轮、光路延长装置、监测器件组、监测器件组托盘、第一支撑杆、光探测器、光探测器托盘、可升降支撑杆以及计算机；其特征在于:固定基板与位于固定基板底面的固定底座或车轮构成该监测与测量装置的承载与固定机构，在固定基板的一端固定有第一支撑杆，在第一支撑杆的上端设置有监测器件组托盘，在该托盘上设置有监测器件组，靠近第一支撑杆，在第一支撑杆的旁边在固定基板上设置有可升降支撑杆，在可升降支撑杆上设置有光探测器托盘，在光探测器托盘上设置有光探测器，所述监测器件组托盘和光探测器托盘的俯仰角和水平角都是可调的，所述的监测器件组至少包括激光测距仪和两种不同颜色的激光器，所述两种不同颜色的激光器分别为参考激光器和测量激光器，所述参考激光器所发射的参考激光束的直径为输电线未结冰时直径的一半，而测量激光器的测量激光束的直径为输电线未结冰时直径的5倍以上，此装置还包括设置在固定基板另一端的光路延长装置，该光路延长装置包括两组间隔一定距离设置的直角棱镜或直角形反射镜，这两组棱镜中一组设置为靠近第一支撑杆和可升降支撑杆，称为左组，另外一组远离第一支撑杆和可升降支撑杆，称为右组，左组和右组均包括多个在一条竖直线上排列的多个直角棱镜或直角反射镜，左组中直角棱镜或直角反射镜的数量比右组中直角棱镜或直角反射镜的数量少一个，左组中的棱镜与右组中的棱镜并非正对，而是相互错开对应，所述的计算与激光测距仪、参考激光器、测量激光器以及光探测器均连接。
[0009]根据本发明的一实施例，所述左组和右组中至少有一个直角棱镜或直角反射镜是可移动的。
[0010]根据本发明的一实施例，所述左组中每个直角棱镜或直角反射镜可移开原来的光路。
[0011]根据本发明的一实施例，还包括报警装置。
[0012]根据本发明的另外一实施例，提供了一种监测与测量装置进行输电线覆冰监测和测量的方法，其特征在于:该方法包括以下步骤:1)在输电线的下方地面上选取合适的位置，将监测和测量装置固定，左组棱镜与右组棱镜之间的间距为dl ；2)打开监测器件组3中的激光测距仪，测量该监测和测量装置距离输电线的距离，记录该距离为d2 ；3)调节监测器件组托盘角度，使得参考激光器射出的参考激光束水平入射到光路延长装置，然后激光束在左组棱镜和右组棱镜之间来回反射，最后通过移动左组棱镜中的某个棱镜使得激光束从光路延长装置中出射，使得激光束在光路延长装置中走过的距离为d3 = [d2/dl]*dl，其中[]表示取整运算，；4)调整光探测器托盘的角度和高度，使得从光路延长装置中出射的激光束入射到光探测器内，光探测器采集该光斑图形并传送到计算机内，同时实际测量入射到光探测器上该激光束的直径，记录该直径为d4 ；5)调整监测和测量装置的位置，使得监测和测量装置距输电线的距离为d3 ；6)调整监测器件组托盘和光探测器托盘的角度，使得参考激光器和测量激光器所发射出的激光束同时照射到输电线上，使用光探测器对照射到输电线上的参考激光束和测量激光束所形成的光斑进行摄像，并将数据传送到计算机；7)分别读取参考激光束的光斑和测量激光束的光斑所占据的像素数，将参考激光束的光斑所占据的像素数记为XI，测量激光束的光斑所占据的像素数记为X2，计算d5 = (X2/Xl)*d4，然后将该数值与输电线原始的直径d0进行比较，如果大于输电线的原始直径则产生报警信号并将d5与d0的差进行显示。
[0013]根据本发明的另外一实施例，提供了一种利用权利要求1的输电线覆冰的监测与测量装置进行输电线覆冰监测和测量的方法，其特征在于:该方法包括以下步骤:1)在输电线的下方地面上选取合适的位置，将监测和测量装置固定，左组棱镜与右组棱镜之间的间距为dl ；2)打开监测器件组3中的激光测距仪，测量该监测和测量装置距离输电线的距离，记录该距离为d2 ；3)调节监测器件组托盘角度，使得参考激光器射出的参考激光束水平入射到光路延长装置，然后激光束在左组棱镜和右组棱镜之间来回反射，最后通过移动左组棱镜中的某个棱镜使得激光束从光路延长装置中出射，调整光路延长装置某个棱镜的水平位置，使得参考激光束在光路延长装置行走的距离为d2 ；4)调整光探测器托盘的角度和高度，使得从光路延长装置中出射的激光束入射到光探测器内，光探测器采集该光斑图形并传送到计算机内，同时实际测量入射到光探测器上该激光束的直径，记录该直径为d4 ；5)调整监测器件组托盘和光探测器托盘的角度，使得参考激光器和测量激光器所发射出的激光束同时照射到输电线上，使用光探测器对照射到输电线上的参考激光束和测量激光束所形成的光斑进行摄像，并将数据传送到计算机；6)分别读取参考激光束的光斑和测量激光束的光斑所占据的像素数，将参考激光束的光斑所占据的像素数记为XI，测量激光束的光斑所占据的像素数记为X2，计算d5 = (X2/X1) *d4，然后将该数值与输电线原始的直径d0进行比较，如果大于输电线的原始直径则产生报警信号并将d5与d0的差进行显示。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]附图1是本发明中所采用的监测装置的示意图；
[0015]附图2是本发明中所采用的监测装置的另外一示意图；
[0016]附图3是本发明所采用的检测器组件中激光测距仪以及两个激光器的设置方式示意图；
[0017]附图4示出了本发明所采用的参考激光器和测量激光器所发出的光束大小比较；
[0018]附图5为参考激光束和测量激光束同时照射到输电上时所形成的光斑。
[0019]在上述的附图中，1-1表示固定基板，1-2表示固定底座或车轮，2表示光路延长装置，3表示监测器件组，4表示监测器件组托盘，5表示支撑杆，6表示光探测器，7表示光探测器托盘，8表不可升降支撑杆,41表不测量激光束,42表不参考激光束；51表不输电线。
【具体实施方式】
[0020]下面在结合附图1的基础上首先说明本发明的方法所采用的监测装置，如图1所示，固定基板1-1与位于固定基板底面的固定底座或车轮1-2构成该装置的承载与固定机构，此处优选采用可移动的车轮，因为这样移动起来会更加方便与快捷。这样即可构成一个类似于平板车状的承载与固定机构。在固定基板的一端固定有支撑杆5，在支撑杆5的上端设置有监测器件组托盘4，在该托盘4上设置有监测器件组3。靠近支撑杆5，在支撑杆5的旁边在固定基板上设置有可升降支撑杆8，在可升降支撑杆8上设置有光探测器托盘7，在光探测器托盘7上设置有光探测器6。通过可升降撑杆8的升降，可将光探测器6设置于不同的高度位置。同时，处于可升降支撑杆8顶端的光探测器托盘7的俯仰角和水平角都是可调的，也即可上下及左右转动。如图1所示的位置较低，而图2所示的位置较高。处于支撑杆5上端的检测器件组托盘4可进行三维转动，也即既能调节水平角度也能调节俯仰角。所述的监测器件组3至少包括激光测距仪和两种不同颜色的激光器，所述两种不同颜色的激光器分别为参考激光器和测量激光器，例如红色的为参考激光器，绿色的为测量激光器，参考激光器所发射的激光束的直径要小于测量激光器所发射的激光束，优选参考激光器所发射的激光束的直径为输电线未结冰时直径的一半，而测量激光器的激光束的直径优选为输电线未结冰时直径的5倍以上，其中激光束的截面形状可以为圆形或矩形，如果是矩形的话，上述直径就指代的长度，当然也可以是其他形状，如图4所示，其中分别示出了参考激光束和测量激光束的大小比较，从附图4中可以看出，测量激光束的长度要比参考激光束的长度大很多。如图3所示的，激光测距仪和两个激光器可并列设置在监测器件组托盘4上。激光测距仪，两个激光器以及光探测器6由同一台计算机进行控制。该装置还包括设置在固定基板另一端的光路延长装置2，也即处于光探测器6的右侧，该光路延长装置2包括两组间隔一定距离(该距离记为dl)设置的棱镜或直角形反射镜，这两组棱镜中一组设置为靠近支撑杆5和支撑杆8 (称为左组)，另外一组远离支撑杆5和支撑杆8 (称为右组)，左组和右组均包括多个在一条竖直线上排列的多个直角棱镜或直角反射镜，下面以直角棱镜为例进行说明，左组中棱镜的数量比右组中棱镜的数量少一个，左组中的棱镜与右组中的棱镜并非正对，而是相互错开对应，这样即可以使得光束在右组和左组棱镜之间来回反射，以达到延长光路的目的，并最终入射到光探测器6内。在使用的时候，参考激光器发射出的激光束入射到光路延长装置2的右组棱镜中最顶端的棱镜，然后被该棱镜反射后入射到左组中最顶端的棱镜，被该棱镜反射后光束入射到右组次顶端的棱镜上，然后再反射到左组中次顶端棱镜中，按此规律来回反射，即可达到延长光路的目的。在优选的实施例中，该装置进一步还包括报警器，也即当监测到输电线开始结冰时产生报警信号，以提醒工作人员。
[0021]下面详细说明本发明的方法，该方法包括以下步骤:1)在输电线的下方底面上选取合适的位置，将监测装置固定；2)打开监测器件组3中的激光测距仪，测量该监测装置距离输电线的距离，记录该距离为d2 ；3)调节监测器件组托盘4角度，使得参考激光器射出的激光束水平入射到光路延长装置，然后激光束在左组棱镜和右组棱镜之间来回反射，最后通过移动左组棱镜中的某个棱镜使得激光束从光路延长装置中出射，激光束在光路延长装置中走过的距离为d3 = [d2/dl]*dl，其中[]表示取整运算；4)调整光探测器托盘7的角度和高度，使得从光路延长装置中出射的激光束入射到光探测器6内，光探测器采集该光斑图形并传送到计算机内，同时实际测量入射到光探测器6上该激光束的直径，记录该直径为d4 ；5)调整监测装置的位置，使得监测装置距输电线的距离为d3 ；6)调整监测器件组托盘和光探测器托盘的角度，使得参考激光器和测量激光器所发射出的激光束同时照射到输电线上，使用光探测器对照射到输电线上的参考激光束和测量激光束所形成的光斑进行摄像，并将数据传送到计算机；7)分别读取参考激光束的光斑和测量激光束的光斑所占据的像素数，将参考激光束的光斑所占据的像素数记为XI，测量激光束的光斑所占据的像素数记为X2，计算d5 = (X2/Xl)*d4，然后将该数值与输电线原始的直径d0进行比较，如果大于输电线的原始直径则产生报警信号并将d5与d0的差进行显示。
[0022]由于目前大气污染严重，并且一般情况下结冰一半都会伴随着大雾天气，而且激光束本身具有一定的发散角，激光束经过被污染的大气或浓雾的大气传播一定距离之后其光束的大小会发生一定的变化，而采用本发明的步骤1)-4)则能够有效的避免这种误差的产生，其中所记录的直径d4就是该激光束在输电线上实际所形成的光斑大小。
[0023]由于测量激光束的直径比参考激光束的直径大很多，并且比输电线的直径也要大上很多，所以测量激光束在输电线上所形成的光斑必定等于输电线的整个宽度(包括结冰层)，而参考激光束的直径要小很多，所以其可以作为输电线结冰后大小的计算依据，而使用了两种不同颜色的激光器则是为了便于工作人员便于观察和定位。
[0024]上述方法中为了使得测量时监测装置的距输电线的距离等于参考激光束在光路延长装置中的行走的距离而移动了监测装置，作为替换的方法，也可以移动光路延长装置中的某个棱镜的水平上的距离从而改变参考激光束在光路延长装置中行走的距离而使其等于监测装置与输电线之间的距离，这显然也是可以的。
[0025]如果上述装置用于监测输电线是否结冰，可在计算中输入输电线未结冰时的直径d0作为比较阈值，使得监测装置周期性的测量输电线的直径，测量出结果即比较一次，如果发现测量的直径大于do —定程度(比如5% )即产生报警信号，此时可省去工人值守在野外进行不简单的工作和测量，特别是对于夜晚来说，冬天的夜晚尤其寒冷，这样可明显解脱工人的辛苦。
[0026]如果上述装置用于输电线结冰层的厚度，则直接计算d5与d0的差即可，由于这种测量方法采用了精确的参考光束，所以测量结果非常准确，同时由于测量激光束和参考激光束是同时在一个成像器件中成像，只需要计算像素值的比值，不仅消除了多次分别成像所带来的误差，而且方法简单有效，非常便于应用。
【权利要求】
1.一种输电线覆冰的监测与测量装置，包括:固定基板，固定底座或车轮，光路延长装置，监测器件组，监测器件组托盘，第一支撑杆，光探测器，光探测器托盘，可升降支撑杆以及计算机；其特征在于:固定基板与位于固定基板底面的固定底座或车轮构成该监测与测量装置的承载与固定机构，在固定基板的一端固定有第一支撑杆，在第一支撑杆的上端设置有监测器件组托盘，在该托盘上设置有监测器件组，靠近第一支撑杆，在第一支撑杆的旁边在固定基板上设置有可升降支撑杆，在可升降支撑杆上设置有光探测器托盘，在光探测器托盘上设置有光探测器，所述监测器件组托盘和光探测器托盘的俯仰角和水平角都是可调的，所述的监测器件组至少包括激光测距仪和两种不同颜色的激光器，所述两种不同颜色的激光器分别为参考激光器和测量激光器，所述参考激光器所发射的参考激光束的直径为输电线未结冰时直径的一半，而测量激光器的测量激光束的直径为输电线未结冰时直径的5倍以上，该装置还包括设置在固定基板另一端的光路延长装置，该光路延长装置包括两组间隔一定距离设置的直角棱镜或直角形反射镜，这两组棱镜中一组设置为靠近第一支撑杆和可升降支撑杆，称为左组，另外一组远离第一支撑杆和可升降支撑杆，称为右组，左组和右组均包括多个在一条竖直线上排列的多个直角棱镜或直角反射镜，左组中直角棱镜或直角反射镜的数量比右组中直角棱镜或直角反射镜的数量少一个，左组中的棱镜与右组中的棱镜并非正对，而是相互错开对应，所述的计算与激光测距仪，参考激光器，测量激光器以及光探测器均连接。
2.根据权利要求1所述的输电线覆冰的监测与测量装置，其特征在于:所述左组和右组中至少有一个直角棱镜或直角反射镜是可移动的。
3.根据权利要求1所述的输电线覆冰的监测与测量装置，其特征在于:所述左组中每个直角棱镜或直角反射镜可移开原来的光路。
4.根据权利要求1所述的输电线覆冰的监测与测量装置，其特征在于，还包括报警装置。
5.一种利用权利要求1的输电线覆冰的监测与测量装置进行输电线覆冰监测和测量的方法，其特征在于:该方法包括以下步骤:1)在输电线的下方地面上选取合适的位置，将监测和测量装置固定，左组棱镜与右组棱镜之间的间距为dl ；2)打开监测器件组3中的激光测距仪，测量该监测和测量装置距离输电线的距离，记录该距离为d2 ；3)调节监测器件组托盘角度，使得参考激光器射出的参考激光束水平入射到光路延长装置，然后激光束在左组棱镜和右组棱镜之间来回反射，最后通过移动左组棱镜中的某个棱镜使得激光束从光路延长装置中出射，使得激光束在光路延长装置中走过的距离为d3= [d2/dl]*dl，其中[]表示取整运算；4)调整光探测器托盘的角度和高度，使得从光路延长装置中出射的激光束入射到光探测器内，光探测器采集该光斑图形并传送到计算机内，同时实际测量入射到光探测器上该激光束的直径，记录该直径为d4 ；5)调整监测和测量装置的位置，使得监测和测量装置距输电线的距离为d3 ；6)调整监测器件组托盘和光探测器托盘的角度，使得参考激光器和测量激光器所发射出的激光束同时照射到输电线上，使用光探测器对照射到输电线上的参考激光束和测量激光束所形成的光斑进行摄像，并将数据传送到计算机；7)分别读取参考激光束的光斑和测量激光束的光斑所占据的像素数，将参考激光束的光斑所占据的像素数记为XI，测量激光束的光斑所占据的像素数记为X2，计算d5 = (X2/Xl)*d4，然后将该数值与输电线原始的直径dO进行比较，如果大于输电线的原始直径则产生报警信号并将d5与dO的差进行显示。
6.一种利用权利要求1的输电线覆冰的监测与测量装置进行输电线覆冰监测和测量的方法，其特征在于:该方法包括以下步骤:1)在输电线的下方地面上选取合适的位置，将监测和测量装置固定；2)打开监测器件组3中的激光测距仪，测量该监测和测量装置距离输电线的距离，记录该距离为d2 ；3)调节监测器件组托盘角度，使得参考激光器射出的参考激光束水平入射到光路延长装置，然后激光束在左组棱镜和右组棱镜之间来回反射，最后通过移动左组棱镜中的某个棱镜使得激光束从光路延长装置中出射，调整光路延长装置某个棱镜的水平位置，使得参考激光束在光路延长装置行走的距离为d2 ；4)调整光探测器托盘的角度和高度，使得从光路延长装置中出射的激光束入射到光探测器内，光探测器采集该光斑图形并传送到计算机内，同时实际测量入射到光探测器上该激光束的直径，记录该直径为d4 ；5)调整监测器件组托盘和光探测器托盘的角度，使得参考激光器和测量激光器所发射出的激光束同时照射到输电线上，使用光探测器对照射到输电线上的参考激光束和测量激光束所形成的光斑进行摄像，并将数据传送到计算机；6)分别读取参考激光束的光斑和测量激光束的光斑所占据的像素数，将参考激光束的光斑所占据的像素数记为XI，测量激光束的光斑所占据的像素数记为X2，计算d5 = (X2/Xl)*d4，然后将该数值与输电线原始的直径dO进行比较，如果大于输电线的原始直径则产生报警信号并将d5与dO的差进行显示。
【文档编号】G01B11/06GK104315987SQ201410612670
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】邵麟, 崔保艳, 章勇, 郑刚, 许灵, 唐桂花 申请人:国家电网公司, 国网安徽省电力公司合肥供电公司, 国网安徽省电力公司电力科学研究院