一种输电线路弧垂监测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种输电线路弧垂监测装置，其包括张力传感器、信号调理电路、微处理器、数据传输模块以及分别为所述张力传感器和微处理器供电的供电电路和电源，带有无线传输天线的数据传输模块与微处理器相连，信号调理电路包括过压保护电路、差分滤波器、前置放大电路、线性光耦合器以及采样保持电路，所述张力传感器的输出端依次经过压保护电路、差分滤波器、前置放大电路、线性光耦合器以及采样保持电路与微处理器的A/D转换模块相连。本实用新型通过张力传感器以及信号调理电路可对架空输电线路张力进行测量以达到对输电线路弧垂情况的监测，其采用较高的测量精度及较强的抗干扰性能，结构简单实用，可满足输电线路弧垂情况监测的要求。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电力系统高电压与绝缘【技术领域】，涉及一种用于监测输电线路弧 垂的装置。 一种输电线路弧垂监测装置
【背景技术】
[0002] 架空输电线路设计、施工、运行中的主要问题之一就是弧垂。建设一条架空输电线 路，必须符合经济合理、安全适用的原则，既充分利用材料的强度，又要保证安全运行。作为 线路运行维护的重要指标之一，弧垂的大小直接关系到线路的安全稳定运行，因此必须控 制在设计规定的范围内。输电线路处于地理空间环境中，长时间经受着自然界中覆冰、温升 和风吹等气象的影响，使得线路的弧垂相应发生较大变化。若弧垂过小，导线的拉应力就会 过大，引起振动现象加剧，安全系数减小，同时会使杆塔荷载增大，严重时可能发生断线、倒 塔和掉串等事故：若弧垂过大，容易发生导线的风摆、舞动和跳跃现象，甚至会引起导线与 地面的树木、建筑物等发生放电，而导致线路跳闸。因此需实时了解输电线路弧垂情况，使 保证弧垂在规定范围内。
[0003] 本实用新型是在国家863计划项目基金（2012AA050209)资助下，提出了一种输电 线路弧垂监测装置。 实用新型内容
[0004] 为了克服上述不足，本实用新型提供一种输电线路弧垂监测装置，其通过张力传 感器以及信号调理电路可对架空输电线路张力进行测量以达到对输电线路弧垂情况的监 测。
[0005] 为实现以上目的，本实用新型采取了的技术方案是：
[0006] -种输电线路弧垂监测装置，其包括张力传感器、信号调理电路、微处理器、数据 传输模块以及分别为所述张力传感器和微处理器供电的供电电路和电源，带有无线传输天 线的数据传输模块与微处理器相连，其中，所述信号调理电路包括过压保护电路、差分滤波 器、前置放大电路、线性光耦合器以及采样保持电路，所述张力传感器的输出端依次经过压 保护电路、差分滤波器、前置放大电路、线性光耦合器以及采样保持电路与微处理器的A/D 转换模块相连。
[0007] 所述张力传感器为电阻应变式张力传感器。
[0008] 所述差分滤波器包括电容C1、电容C2、电容C3以及电阻R1和电阻R2,其中，所述 电容C1、电容C2、电容C3依次串联，电阻R1的一端连接于电阻应变式张力传感器的正输出 端，电阻R1的另一端连接于电容C1和电容C2之间，电阻R2的一端连接于电阻应变式张力 传感器的负输出端，电阻R2的另一端连接于电容C2和电容C3之间。
[0009] 所述过压保护电路包括双向触发二极管D1和双向触发二极管D2,其中，所述双向 触发二极管D1的一端连接于电阻应变式张力传感器的正输出端与电阻R1之间，另一端接 地；所述双向触发二极管D2的一端连接于电阻应变式张力传感器的负输出端与电阻R2之 间，另一端接地。
[0010] 所述前置放大电路为差分放大器。
[0011] 所述前置放大电路为芯片AD621，所述芯片AD621的正输入端连接于电容C1和电 容C2之间，其负输入端连接于电容C2和电容C3之间，其输出的连接于线性光耦合器。
[0012] 所述线性光耦合器包括放大器A2、放大器A3、光电耦合器U1以及电阻R3、电阻 R4,其中，所述光电耦合器U1为芯片HCNR201，所述放大器A2的正输入端连接至前置放大 器，其负输入端通过电阻R3接地，所述芯片HCNR201包括发光二极管LED、光敏二极管 和光敏二极管TO2,其中发光二极管LED的正极连接于放大器A2的输出端，其负极接地，光 敏二极管的正、负极分别连接于放大器A2的负输入端和正输入端，光敏二极管TO2的 正、负极分别连接于放大器A3的正输入端和负输入端，放大器A3的输出端分别与放大器A3 的负输入端以及采样保持电路相连，电阻R4的一端接地，另一端连接于放大器A3的正输入 端。
[0013] 所述线性光耦合器进一步包括一电阻R5、电阻R6以及电容C4,所述电阻R5的两 端分别与放大器A3的输出端以及采样保持电路的输入端相连，所述电容C4和电阻R6并联 后一端接地，另一端连接于采样保持电路的输入端与电阻R3之间。
[0014] 所述采样保持电路为芯片LF398。
[0015] 所述供电电路包括基准电压源U2、放大器A4、放大器A5以及电阻R7、电阻R8、电 容C5、电容C6和电容C7，所述基准电压源U2为芯片ADR01，所述电容C5和电容C6并联后 一端接地，另一端连接至芯片ADR01的输入端，芯片ADR01的输入端并连接至电源VCC，芯片 ADR01的输出端与放大器A4的正输入端相连，放大器A4的输出端连接于放大器A5的正输 入端，放大器A5的输出端通过电阻R8连接于张力传感器，电容C7的一端接地，另一端连接 于芯片ADR01的输出端，放大器A5的负输入端与放大器A5的输出端相连，放大器A4的负 输入端连接至电阻R8和张力传感器之间，电阻R7的两端分别连接至放大器A4的负输入端 和放大器A4的输出端。
[0016] 本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：本实用新型通过张力传感器以及 信号调理电路可对架空输电线路张力进行测量以达到对输电线路弧垂情况的监测，其采用 较高的测量精度及较强的抗干扰性能，可满足输电线路弧垂情况监测的要求，有望在输电 线路监测领域得到广泛的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型一种输电线路弧垂监测装置的结构框图；
[0018] 图2为图1中前置放大电路的电路原理图；
[0019] 图3为图1中线性光耦合器的电路原理图；
[0020] 图4为图1中供电电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型的内容做进一步详细说明。
[0022] 实施例
[0023] 请参照图1所示，一种输电线路弧垂监测装置，其包括张力传感器2、信号调理电 路3、微处理器1、数据传输模块5以及分别为张力传感器2和微处理器1供电的供电电路 8和电源4,带有无线传输天线51的数据传输模块5与微处理器1相连，微处理器1中设有 AD转换模块11，且微处理器1并设有与其连接的外围电路例如FLASH6和实时钟7等。信 号调理电路3包括过压保护电路31、差分滤波器32、前置放大电路33、线性光耦合器34以 及采样保持电路35,张力传感器2的输出端依次经过压保护电路31、差分滤波器32、前置放 大电路33、线性光耦合器34以及采样保持电路35与微处理器1的A/D转换模块11相连。 张力传感器2对输电线路的张力变化量进行监测，并通过信号调理电路3进行滤波放大等 后传送给微处理器1，微处理器1通过数据传输模块5将信号无线传送给远端的监控终端。 当张力传感器2至微处理器1的距离，需要在信号调理电路3中的线性光耦合器34和采样 保持电路35之间依次增加 V/I转换电路和I/V转换电路以通过传输电流信号，进一步抗干 扰和防止信号过度衰减。
[0024] 张力传感器2为电阻应变式张力传感器。例如可以选用NS-WL3型高精度张力传 感器，其供电电压为10VDC，信号输出灵敏度为1. 24mV/V，精度为0. 05%，量程为10t，基本可 以满足大多数输电线路轴向张力测量的要求。架空线轴向张力的变化主要是由弧垂变化， 风吹，导线舞动等因素引起的，这些量都是缓慢变化量，所以张力传感器的输出信号的频率 很低，最高频率不会超过20赫兹，故张力传感器的信号是一个超低频信号，因此需要对其 输出信号进行信号调理。
[0025] 具体地，请参照图2所示，差分滤波器32包括电容C1、电容C2、电容C3以及电阻 R1和电阻R2,其中，电容C1、电容C2、电容C3依次串联，电阻R1的一端连接于电阻应变式 张力传感器的正输出端，电阻R1的另一端连接于电容C1和电容C2之间，电阻R2的一端连 接于电阻应变式张力传感器的负输出端，电阻R2的另一端连接于电容C2和电容C3之间。 图中电容C1、电容C3称为共模电容C。，电容C2称为差模电容C d。电容C1、电容C2、电容C3 以及电阻R1和电阻R2共同构成一个差分滤波器，其截止频率计算公式如式（1)所示下：
[0026]
【权利要求】
1. 一种输电线路弧垂监测装置，其特征在于，其包括张力传感器（2)、信号调理电路 (3)、微处理器（1)、数据传输模块（5)以及分别为所述张力传感器（2)和微处理器（1)供电 的供电电路（8 )和电源（4)，带有无线传输天线（51)的数据传输模块（5 )与微处理器（1)相 连，其中，所述信号调理电路（3)包括过压保护电路（31)、差分滤波器（32)、前置放大电路 (33)、线性光耦合器（34)以及采样保持电路（35)，所述张力传感器（2)的输出端依次经过 压保护电路（31)、差分滤波器（32)、前置放大电路（33)、线性光耦合器（34)以及采样保持 电路（35 )与微处理器（1)的A/D转换模块（11)相连。
2. 根据权利要求1所述的输电线路弧垂监测装置，其特征在于，所述张力传感器（2)为 电阻应变式张力传感器。
3. 根据权利要求2所述的输电线路弧垂监测装置，其特征在于，所述差分滤波器（32) 包括电容C1、电容C2、电容C3以及电阻R1和电阻R2,其中，所述电容C1、电容C2、电容C3 依次串联，电阻R1的一端连接于电阻应变式张力传感器的正输出端，电阻R1的另一端连接 于电容C1和电容C2之间，电阻R2的一端连接于电阻应变式张力传感器的负输出端，电阻 R2的另一端连接于电容C2和电容C3之间。
4. 根据权利要求3所述的输电线路弧垂监测装置，其特征在于，所述过压保护电路 (31)包括双向触发二极管D1和双向触发二极管D2,其中，所述双向触发二极管D1的一端 连接于电阻应变式张力传感器的正输出端与电阻R1之间，另一端接地；所述双向触发二极 管D2的一端连接于电阻应变式张力传感器的负输出端与电阻R2之间，另一端接地。
5. 根据权利要求3所述的输电线路弧垂监测装置，其特征在于，所述前置放大电路 (33)为差分放大器。
6. 根据权利要求3所述的输电线路弧垂监测装置，其特征在于，所述前置放大电路 (33) 为芯片40621，所述芯片八0621的正输入端连接于电容(：1和电容02之间，其负输入端 连接于电容C2和电容C3之间，其输出的连接于线性光耦合器（34)。
7. 根据权利要求5或6所述的输电线路弧垂监测装置，其特征在于，所述线性光耦合器 (34) 包括放大器A2、放大器A3、光电耦合器U1以及电阻R3、电阻R4,其中，所述光电耦合器 U1为芯片HCNR201，所述放大器A2的正输入端连接至前置放大器（33)，其负输入端通过电 阻R3接地，所述芯片HCNR201包括发光二极管LED、光敏二极管PD1和光敏二极管TO2,其 中发光二极管LED的正极连接于放大器A2的输出端，其负极接地，光敏二极管PD1的正、负 极分别连接于放大器A2的负输入端和正输入端，光敏二极管PD2的正、负极分别连接于放 大器A3的正输入端和负输入端，放大器A3的输出端分别与放大器A3的负输入端以及米样 保持电路（35)相连，电阻R4的一端接地，另一端连接于放大器A3的正输入端。
8. 根据权利要求7所述的输电线路弧垂监测装置，其特征在于，所述线性光耦合器 (34)进一步包括一电阻R5、电阻R6以及电容C4,所述电阻R5的两端分别与放大器A3的输 出端以及采样保持电路（35)的输入端相连，所述电容C4和电阻R6并联后一端接地，另一 端连接于采样保持电路（35)的输入端与电阻R3之间。
9. 根据权利要求8所述的输电线路弧垂监测装置，其特征在于，所述采样保持电路 (34)为芯片 LF398。
10. 根据权利要求1所述的输电线路弧垂监测装置，其特征在于，所述供电电路（8)包 括基准电压源U2、放大器A4、放大器A5以及电阻R7、电阻R8、电容C5、电容C6和电容C7， 所述基准电压源U2为芯片ADR01，所述电容C5和电容C6并联后一端接地，另一端连接至芯 片ADR01的输入端，芯片ADR01的输入端并连接至电源VCC，芯片ADR01的输出端与放大器 A4的正输入端相连，放大器A4的输出端连接于放大器A5的正输入端，放大器A5的输出端 通过电阻R8连接于张力传感器（2)，电容C7的一端接地，另一端连接于芯片ADR01的输出 端，放大器A5的负输入端与放大器A5的输出端相连，放大器A4的负输入端连接至电阻R8 和张力传感器（2)之间，电阻R7的两端分别连接至放大器A4的负输入端和放大器A4的输 出端。
【文档编号】G01L5/10GK203881478SQ201420156587
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】王奇, 宋云海, 王海军, 李晋伟, 常安, 刘亚东 申请人:中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心, 上海交通大学