一种输电线路舞动在线监测及预警系统的制作方法

本发明的实施方式涉及输电线路在线监测技术领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种输电线路舞动在线监测及预警系统。

背景技术：

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

目前我国正在建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网。其特点是可实现大规模、远距离输电、电网损耗低、可自由互联、能灵活适应电力市场运营要求等。然而，我国幅员辽阔，地理及气象条件复杂多变，很多地区电网在冬季易遭受冰雪、大风天气影响，引发舞动灾害。近年来，随着我国电网规模的不断发展和恶劣气象的频繁出现，电网发生舞动事故的频率和危害程度呈明显增加的趋势，几乎每年都发生大范围的舞动事故，造成了严重的经济损失，舞动故障的频发已严重威胁到电网的安全稳定运行。其中输电线路覆冰舞动是发生频率高、影响范围广、造成损失大的一种灾害形式，所以，必须对输电线路进行定期巡视检查，随时掌握输电线路的运行情况，以便及时发现和消除隐患，防止事故的发生，确保供电系统安全。

近年来随着经济的快速增长，线路走廊与地方建设用地之间矛盾日益突出，作为架空输电线路的一种形式，紧凑型线路能有效压缩线路走廊，节省工程用地，但紧凑型线路与常规线路在杆塔结构、挂线方式、相间距离等方面存在明显差异，在相同气象、覆冰及地貌条件下，紧凑型线路较之普通线路更易发生舞动现象，舞动发生后也更易发生跳闸故障，因此，有必要对紧凑型输电线路实行24小时实时监测，以便于在发生舞动前，实现提前预警，保障输电线路的安全稳定运行。

传统模式下对于输电线路舞动现象监测只能依赖人工巡视，工作效率低、浪费大量人力物力，无法实现24小时实时监控。应用自动化、信息化在线监测系统对输电线路进行实时监测，可提高正常巡视和事故抢修过程中的快速反应能力，加强输电线路的运行维护、提高现代化管理水平已成为电力行业研究和探讨的热点。

目前已有一些自动化程度较高的输电线路舞动监测系统，通过在输电线路上设置舞动监测仪来实现自动监测输电线路的舞动情况。

技术实现要素：

目前已有的这类自动化程度较高的输电线路舞动监测系统，虽然已经可以自动监测输电线路的舞动情况，但是却需要由工作人员根据监测到的舞动情况人工判断是否需要进行干预，由于不同的人有不同的经验判断标准，就导致常常不能及时有效地处理输电线路的舞动事故，进而导致更大范围的影响，另外，仅仅依靠舞动监测仪的监测结果来判断可靠性较差，例如当舞动监测仪本身出现故障时，就可能导致传回的监测结果是错误的。

为了解决目前已有的输电线路舞动监测系统存在的如上问题，本发明提供一种输电线路舞动在线监测及预警系统，包括：装设于输电线路上的舞动监测装置，装设于杆塔上的微气象监测装置、摄像装置和监测基站，以及监测中心设备；

所述微气象监测装置，用于采集输电线路所处环境的气象信息；

所述舞动监测装置，用于采集输电线路的运动数据；

所述摄像装置，用于采集输电线路的影像信息；

所述监测基站，用于将所述气象信息、所述运动数据和所述影像信息发送给所述监测中心设备；

所述监测中心设备，用于根据所述气象信息判断输电线路所处的环境是否会导致输电线路发生舞动；根据所述运动数据计算输电线路的运动轨迹；当确定输电线路所处的环境会导致输电线路发生舞动时，启动预警操作，并将输电线路的运动轨迹与所述影像信息进行对比，根据对比结果确定输电线路的舞动程度；当确定输电线路的舞动程度达到预设阈值时，启动报警操作。

借助于上述技术方案，本发明可实时监测输电线路所处环境的气象情况，自动化地判断气象环境是否容易导致输电线路发生舞动，当确定容易导致输电线路发生舞动时，及时进行预警，以便采取防御措施，防止舞动事故的发生，避免电网受到更大范围的影响；在预警的同时采集输电线路的影像信息，通过对比输电线路的舞动轨迹和影像信息确定其舞动情况，监测结果更加可靠；基于可靠的监测结果，当确定输电线路的舞动程度剧烈时，及时进行报警，以便动态调整相关输电线路的输电容量，提高线路的使用效率。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1为本发明提供的输电线路舞动在线监测及预警系统的示意图；

图2为利用地线感应电源为监测基站、微气象监测装置和摄像装置供电的示意图；

图3为利用多个舞动监测仪一起监测输电线路的舞动情况的示意图；

图4为本发明提供的输电线路舞动在线监测及预警系统的工作流程示意图；

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

目前已有的输电线路舞动监测系统虽然已经可以自动监测输电线路的舞动情况，但是却需要由工作人员根据监测到的舞动情况人工判断是否需要进行干预，由于不同的人有不同的经验判断标准，就导致常常不能及时有效地处理输电线路的舞动事故，进而导致更大范围的影响，另外，仅仅依靠舞动监测仪的监测结果来判断可靠性较差，例如当舞动监测仪本身出现故障时，就可能导致传回的监测结果是错误的。

为了克服以上问题，本发明提供一种输电线路舞动在线监测及预警系统，如图1所示，该输电线路舞动在线监测及预警系统包括：装设于输电线路上的舞动监测装置1，装设于杆塔上的微气象监测装置2、摄像装置3和监测基站4，以及监测中心设备5。

所述微气象监测装置2用于采集输电线路所处环境的气象信息。

所述舞动监测装置1用于采集输电线路的运动数据。

所述摄像装置3用于采集输电线路的影像信息。

所述监测基站4用于将所述气象信息、所述运动数据和所述影像信息发送给所述监测中心设备5。

所述监测中心设备5用于：根据所述气象信息判断输电线路所处的环境是否会导致输电线路发生舞动；根据所述运动数据计算输电线路的运动轨迹；当确定输电线路所处的环境会导致输电线路发生舞动时，启动预警操作，并将输电线路的运动轨迹与所述影像信息进行对比，根据对比结果确定输电线路的舞动程度；当确定输电线路的舞动程度达到预设阈值时，启动报警操作。

如图4所示为本发明提供的输电线路舞动在线监测及预警系统的工作流程示意图。

本发明可实时监测输电线路所处环境的气象情况，自动化地判断气象环境是否容易导致输电线路发生舞动，当确定容易导致输电线路发生舞动时，及时进行预警，以便采取防御措施，防止舞动事故的发生，避免电网受到更大范围的影响；在预警的同时采集输电线路的影像信息，通过对比输电线路的舞动轨迹和影像信息确定其舞动情况，监测结果更加可靠；基于可靠的监测结果，当确定输电线路的舞动程度剧烈时，及时进行报警，以便动态调整相关输电线路的输电容量，提高线路的使用效率。

为了方便工作人员查看和调取监控数据，具体实施时，可以将监测中心设备5设置于地面监控机房内。

目前已有的输电线路舞动监测系统一般采用太阳能作为各种监测设备的主要供电方式，但这种供电方式却存在功率不稳定、带负载能力有限、受天气因素影响大、维护成本高等问题，这些问题会直接影响到监测结果的可靠性和准确性。为了避免这些问题，具体实施时，本发明可以采用地线感应电源为杆塔上的微气象监测装置2、摄像装置3和监测基站4供电。

地线感应电源是一种地线耦合感应取电装置，是利用导线流过交变电流时会在空间产生磁场，而该磁场切割两根防雷地线时又会在地线上产生感应电动势的原理供电。采用地线感应电源从架空输电线路地线感应能量中取电，运行稳定可靠，解决了传统太阳能供电方式充电功率不稳定、带负载能力有限、受外界因素影响大、维护成本高的难题。具体实施时，可以采用hm5002型地线感应电源。

图2所示为本发明的一种实施方式，利用hm5002型地线感应电源6为微气象监测装置2、摄像装置3、监测基站4提供电能。如图2所示，hm5002型地线感应电源6的输入接口与防雷地线连接用于取电，输出接口连接监测基站4为其供电，另外还有一个接口连接杆塔，起到接地保护的作用。hm5002型地线感应电源6不直接向微气象监测装置2和摄像装置3供电，而是由监测基站4获取电能后，再提供给微气象监测装置2和摄像装置3，通过这种供电方式可以使监测基站4具备控制微气象监测装置2和摄像装置3启动或关闭的功能。

具体实施时，hm5002型地线感应电源6、监测基站4、微气象监测装置2和摄像装置3之间可采用防水航空电缆连接。

具体实施时，也可以在已有的采用太阳能光伏板供电的输电线路舞动监测系统的基础上，对设置于杆塔上的各种监测设备进行改造，例如用地线感应电源6供电替代太阳能光伏板，使用太阳能光伏电池和监测设备的插头作为电源连接口，使其依靠地线感应电源6供电。

考虑到输电线路的长距离、大跨度等特点，一个监测点的运动数据往往不能很好地体现出整条输电线路的运动轨迹，这就需要在整条输电线路上设计多个监测点来采集运动数据，为此，本发明将舞动监测装置1设计为由多个舞动监测仪组成，如图3所示，组成舞动监测装置1的多个舞动监测仪100装设在输电线路上的不同位置，每个舞动监测仪100采集其装设位置处的运动数据，最后监测中心设备5综合这多个舞动监测仪100采集的运动数据计算输电线路的运动轨迹。

具体的，监测中心设备5对每个舞动监测仪100在一段时间内采集的运动数据进行积分运算，可得到该舞动监测仪100所处的位置在这段时间内的运动情况，然后综合同一条输电线路上的所有舞动监测仪100在这段时间内的运动情况，通过舞动模型计算出整条输电线路的舞动幅度、频率、半波数等数据，进而描绘出整条输电线路在这段时间内的运动轨迹。

具体的，舞动监测仪100中可采用高精度的三维加速度传感器检测安装位置的点在三个方向上的加速度，并采用高精度的模数ad转换器将其转换成为数字信号，以此完成运动数据的采集。具体实施时，舞动监测仪100可以配备高容量胶体电池为其供电。

考虑到舞动监测仪100是装设在输电线路上，而监测基站4、微气象监测装置2和摄像装置3是装设在杆塔上，具体实施时，舞动监测仪100与监测基站4之间可以通过zigbee协议进行数据通信，监测基站4可以通过rs485通信电缆连接微气象监测装置2和摄像装置3。

考虑到监测中心设备5设置于地面监测机房中，与杆塔上的监测基站4相隔较长的距离，二者之间可以采用无线通信技术(例如gprs、cdma等技术)进行通信。

具体实施时，监测基站4分别向微气象监测装置2、摄像装置3和各个舞动监测仪100发送触发指令，以此来控制微气象监测装置2、摄像装置3和各个舞动监测仪100各自工作采集相应的数据。

研究表明，舞动的形成受覆冰、风的激励(风速及风向)等因素影响，而覆冰又受空气相对湿度和气温的影响(例如，当输电线路所处环境的空气相对湿度为70％～100％，气温处于-5℃到0.5℃之间，风速为5.8m/s～13.7m/s时，输电线路上极易形成覆冰)。因此，输电线路所处环境的气象信息是判断其是否发生舞动现象的重要依据。本发明可利用微气象监测仪实时采集输电线路附近的温度、湿度、风速、风向、气压等气象信息，以此来判断气象环境是否会导致输电线路出现舞动现象。这一判断过程是由监测中心设备5自动完成的，判断标准可预先设置，例如预先为温度、湿度、风速、风向、气压等气象指标分别设定阈值，当所有气象指标都超过阈值时，确定气象环境会导致输电线路出现舞动现象，这种判断标准不受人为因素影响，准确性较高。

研究表明，输电线路的线路结构参数也是影响其发生舞动现象的因素之一。例如，紧凑型线路与常规线路在杆塔结构、挂线方式、相间距离等方面存在明显差异，在相同气象、覆冰及地貌条件下，紧凑型线路较之普通线路更易发生舞动现象，舞动发生后也更易发生跳闸故障；再例如，我国冬季的主导风向以北风或偏北风为主，众多特高压输电线路的走向与主导风向的夹角普遍大于45度，发生线路舞动的几率很大。因此，输电线路的结构参数也是判断其是否发生舞动现象的重要依据。具体实施时，可选地，本发明可以将气象信息及输电线路的结构参数结合在一起，作为判断输电线路所处的环境是否会导致输电线路发生舞动的依据。

本发明中，监测中心设备5通过启动预警操作来通知工作人员输电线路所处的环境会导致其发生舞动现象，以便提醒工作人员及时采取防御措施，防止舞动事故的发生。具体的，所启动的预警操作例如可以是发出声、光或显示文字等信息来通知工作人员。

目前已有的输电线路舞动监测系统，一般仅依靠舞动监测仪的监测结果来判断输电线路的舞动情况，其可靠性较差。考虑到这一情况，本发明在启动预警操作的同时，通过启动摄像装置3来采集输电线路的影像信息(例如拍照)，由监测中心设备5对传回的输电线路的影像信息进行图像处理，然后将其和输电线路的舞动轨迹进行比对，进而确定其真实的舞动情况。这一过程是依靠舞动监测仪100和摄像装置3两者共同采集的信息来确定输电线路的舞动情况，可避免因为舞动监测仪本身故障带来的误判情况，监测结果更加可靠。

考虑到舞动监测仪可能会因为长期处于工作模式而发生运行缓慢或出错等情况，进而导致传回的运动数据有误等问题，具体实施时，当输电线路的影像信息与其舞动轨迹的比对结果不一致时，可以重启舞动监测仪，接收舞动监测仪重启以后传回的运行数据，并据此再次计算输电线路的舞动轨迹，将其与影像信息进行对比，进而重新确定输电线路的舞动情况。

本发明中，监测中心设备5在确定输电线路的舞动程度超过预设阈值时(程度剧烈)，通过启动报警操作来通知工作人员，以便提醒工作人员及时动态调整相关输电线路的输电容量，提高线路的使用效率。具体的，所启动的报警操作例如可以是发出声、光或显示文字等信息来通知工作人员。

利用该输电线路舞动在线监测及预警系统，本发明具有如下有益效果：

(1)实时监测输电线路所处环境的气象情况，自动化地判断气象环境是否容易导致输电线路发生舞动，当确定容易导致输电线路发生舞动时，及时进行预警，以便采取防御措施，防止舞动事故的发生，避免电网受到更大范围的影响；

(2)在预警的同时采集输电线路的影像信息，通过对比输电线路的舞动轨迹和影像信息确定真实的舞动情况，可避免因为舞动监测仪本身故障带来的误判情况，监测结果更加可靠；

(3)基于可靠的监测结果，当确定输电线路的舞动程度剧烈时，及时进行报警，以便动态调整相关输电线路的输电容量，提高线路的使用效率；

(4)采用地线感应电源为杆塔上的微气象监测装置、摄像装置和监测基站供电，解决了传统太阳能供电方式充电功率不稳定、带负载能力有限、受外界因素影响大、维护成本高的难题；

(5)可实现全天候24小时自动监测，无需工作人员现场检测，降低了工作强度、操作复杂程度和危险程度，节约了人工成本；

(6)实时采集输电线路的舞动数据和所处环境的气象信息，为分析舞动现象发生的原因、积累防御舞动经验、提高动态调整线路负荷等提供可靠的数据。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。