一种电杆拉线带电智能警示绝缘子的制作方法

本发明涉及一种绝缘子,具体地说，涉及一种电杆拉线带电智能警示绝缘子，属于电子技术领域。

背景技术：

目前，10KV及以下线路中，在城镇地区，由于在转角等地区大量采用能承受拉力的钢管塔，所以极大的减少了拉线的使用，但是对于广大农村电网，由于受地形条件和造价的限制，仍大量使用混凝土电杆，特别是在农村住户较为集中的地方，线路拉线由于数量巨大、巡检难度大等客观原因造成大量拉线处于巡检盲区。

根据《农村低压电力技术规程》DL499-2001(以下简称《规程》)第6.6.15条明确规定：“穿越或接近导线的电杆拉线必须装设与线路电压等级相同的拉线绝缘子。拉线绝缘子应装在最低导线以下，应保证在拉线绝缘子以下断线情况下，拉线绝缘子距地面不应小于2.5M”这是为了防止有人摇晃拉线或其他原因使导线与拉线接触造成拉线带电，发生触电事故。这一条规定是完全必要的，也是非常严格的，但是在实际工作和生活中，因配电线路拉线未装绝缘子或因绝缘子安装不符合《规程》要求的仍然较为普遍的存在，一定程度上埋下了安全隐患。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种电杆拉线带电智能警示绝缘子，克服了现有拉线绝缘子无法检测两端是否带电的缺陷，采用本发明后，不仅解决了斜拉线带电保护问题，而且能够实现对带电绝缘子进行智能报警、远程定位、主动抢修的目的。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电杆拉线带电智能警示绝缘子，包括智能警示碗头、复合棒芯、智能警示球头、硅橡胶伞套，所述智能警示碗头、智能警示球头由嵌入式带电智能警示装置与金属结构件组成。

进一步的，所述智能警示装置嵌入到智能警示碗头或智能警示球头的金属构件内部。

进一步的，所述智能警示装置包括装置外壳，装置外壳内安装有控制板，装置外壳上安装有若干外露的报警灯。

进一步的，所述智能警示装置可通过固定夹具固定在电杆斜拉线上。

进一步的，所述智能警示装置包括选频接收电路，所述选频接收电路包括感应片E2、电感L1、电阻R5、可调电容C10和TVS管VT1，感应片E2和检波电路6连接，感应片E2一端连接电感L1的一端、可调电容C10的一端、电阻R5的一端、TVS管VT1的一端，电感L1的另一端、可调电容C10的另一端、TVS管VT1的另一端接地，电阻R5的另一端接数字信号处理电路3。

进一步的，所述智能警示装置还包括检波电路，所述检波电路包括二极管V1、可调电阻R12、电阻R8和电容C9，二极管V1的一端接选频接收电路5，二极管V1的另一端接可调电阻R12的一端、电阻R8的一端和电容C9的一端，可调电阻R12的另一端、电容C9的另一端接地，电阻R8的另一端接比较电路2。

进一步的，所述智能警示装置还包括比较电路，所述比较电路包括集成运算放大器D6和电阻R9，集成运算放大器D6的6脚接检波电路6，5脚接电阻R9的一端，R9的另一端和集成运算放大器D6的7脚连接数字信号处理电路3。

进一步的，所述智能警示装置还包括数字信号处理电路，所述数字信号处理电路包括集成芯片D3、插座XS1、按钮S1、电阻R1、电阻R6、电阻R7、电阻R10、电阻R11、电容C3、电容C4、电容C7、电容C8、晶振Y1、发光二极管V2、发光二极管V3、发光二极管V4、发光二极管V5。所述集成芯片D3的型号为atmega16l，集成芯片D3的1脚接电阻R5的一端，电阻R5另一端接选频接收电路5，集成芯片D3的2脚和5脚接比较电路2，集成芯片D3的9脚接晶振Y1一端、电容C8的一端，集成芯片D3的10脚接晶振Y1的另一端和电容C7的一端，集成芯片D3的40脚接插座XS1的1脚，集成芯片D3的39脚接插座XS1的3脚，集成芯片D3的38脚接插座XS1的5脚，集成芯片D3的36脚接插座XS1的9脚，集成芯片D3的34脚接插座XS1的6脚、电容C3的一端、按钮S1的一端、电阻R1的一端，集成芯片D3的17脚接发光二极管V5的一端，集成芯片D3的18脚接发光二极管V4的一端，集成芯片D3的19脚接发光二极管V3的一端，集成芯片D3的20脚接发光二极管V2的一端，集成芯片D3的32脚接电源及锂电池保护电路1，集成芯片D3的31脚接地，集成芯片D3的30脚接电容C4的一端，电容C3的另一端、电容C4的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端、按钮S1的另一端接地，插座XS1的2脚、10脚接地，发光二极管V5的另一端接电阻R6的一端，发光二极管V4的另一端接电阻R7的一端，发光二极管V3的另一端接电阻R10的一端，发光二极管V2的另一端接电阻R11的一端，电阻R1的另一端、电阻R6的另一端、电阻R7的另一端、电阻R10的另一端、电阻R11的另一端接电源及锂电池保护电路1，插座XS1的4脚接电源及锂电池保护电路1，集成芯片D3的22脚、21脚接通信电路4。

进一步的，所述智能警示装置还包括通信电路，所述通信电路包括集成芯片D1、卡槽SM1、电容C1和天线E1，所述集成芯片D1型号为GL868，集成芯片D1的23脚、32脚、33脚、35脚、36脚、46脚接地，集成芯片D1的35脚接天线E1，集成芯片D1的37脚、38脚接电源，集成芯片D1的43脚接电容C1的一端，电容C1的另一端接地，集成芯片D1的9脚接卡槽SM1的1脚，集成芯片D1的10脚接卡槽SM1的2脚，集成芯片D1的11脚接+卡槽SM1的3脚，集成芯片D1的12脚接卡槽SM1的6脚，卡槽SM1的4脚接地，集成芯片D1的7脚、8脚接数字信号处理电路。

进一步的，所述智能警示装置还包括电源及锂电池保护电路，所述电源及锂电池保护电路包括集成芯片D4、三端稳压集成芯片D5、MOS管D2、锂电池BT1A、锂电池BT1B、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C5、电容C6。所述集成芯片D4的型号为D4S8242AAF，集成芯片D4的1脚接MOS管D2的4脚，集成芯片D4的2脚接MOS管D2的2脚，MOS管D2的3脚接集成芯片D4的6脚，MOS管D2的3脚接地，集成芯片D4的3脚电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，集成芯片D4的4脚接电阻R4的一端、电容C6的一端，电阻R4的另一端接锂电池BT1A的负极和锂电池BT1B的正极，电容C6的另一端接锂电池BT1B的负极和集成芯片D4的6脚，集成芯片D4的5脚接电阻R3和电容C5的一端，电阻R3的另一端接锂电池BT1A的正极和三端稳压集成芯片D5的3脚，电容C5的另一端接集成芯片D4的6脚，三端稳压集成芯片D5的2脚接地，三端稳压集成芯片D5的1脚接电源。

本发明采用上述技术方案，实现了一种新型智能报警拉线绝缘子，与现有拉线绝缘子相比，具有以下优点：从结构上没有改变拉线绝缘子的绝缘特性和结构强度，也可以作为普通拉线绝缘子使用，报警电路嵌入到拉线绝缘子的内部，与绝缘子合二为一；通过嵌入绝缘子内部的电场强度检测电路分析拉线是否带电并通过GSM/GPRS通信模块发送带电拉线的GPS坐标到检修人员的手机，做到早发现早处理，尽量减少安全隐患。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1是本发明实施例中新型智能报警拉线绝缘子的原理框图；

附图2是本发明实施例中新型智能报警拉线绝缘子的电气原理图；

附图3是本发明实施例中新型智能报警拉线绝缘子的软件流程图；

附图4是本发明实施例中新型智能报警拉线绝缘子的结构示意图；

附图5是本发明实施例中智能警示装置安装在电杆斜拉线上的关系示意图；

图中，

1-电源及锂电池保护电路；2-比较电路；3-数字信号处理电路；4-通信电路；5-选频电路；6-检波电路；10-电杆斜拉线；11-智能警示碗头；12-复合棒芯；13-硅橡胶伞套；14-智能警示装置；15-控制板；16-报警灯；17-智能警示球头；18-装置外壳；19-固定夹具。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图4所示，一种电杆拉线带电智能警示绝缘子，包括智能警示碗头11、复合棒芯12、智能警示球头17、硅橡胶伞套13。

所述硅橡胶伞套13上使用防污秽自洁纳米涂料有效的降低伞套的污秽程度，长期保持绝缘子的绝缘等级。

所述智能警示碗头11、智能警示球头17由嵌入式带电智能警示装置14与金属结构件组成。

所述智能警示碗头11、智能警示球头17通过设计新型的压铸模具，将带电智能警示装置14嵌入到智能警示碗头11或智能警示球头17的金属构件内部，通过连接线路板的感应片实时的检测智能警示碗头11或智能警示球头17带电电压，通过内部通讯天线将异常发生的时间和GPS坐标发送至管理人员。

所述智能警示装置14包括装置外壳18，装置外壳18内安装有控制板15，装置外壳18上安装有若干外露的报警灯16。

如图5所示，所述智能警示装置14也可通过固定夹具19固定在电杆斜拉线10上。

如图1所示，一种电杆拉线带电智能警示装置，包括电源及锂电池保护电路1、比较电路2、数字信号处理电路3、通信电路4、选频接收电路5及检波电路6。

所述电源及锂电池保护电路1用于保护蓄电池出现过压、过流、短路时的损坏，提供各电路需要的工作电源；

所述选频接收电路5用于接收拉线绝缘子两端的电场强度信号；

所述检波电路6用于接收选频接收电路输出的交变电场信号，将交变信号转变为直流电压信号；

所述比较电路2用于比较检波电路输出的电压信号与DAC输出的参考电压信号的大小，提供TTL电平脉冲触发数字信号处理电路进行电压采集和频谱分析；

所述数字信号处理电路3用于接收比较电路的TTL脉冲信号，控制CPU在电平为高电平时对电场强度信号进行频谱分析，判断拉线绝缘子带电后输出报警信号，并发出闪烁报警灯光；

所述通信电路4用于接收数字信号处理电路的报警信号，控制GSM通信模块发送报警短信。

所述电源及锂电池保护电路1的输出端与比较电路2、数字信号处理电路3、通信电路4的电源端连接，电池接到电源及锂电池保护电路1的输入端为所有电路提供电源，选频接收电路5的输入端接感应片、输出端接检波电路6和数字信号处理电路3的输入端，检波电路6的输出端接比较电路2的输入端，比较电路2的输出端接数字信号处理电路3的输入端。

如图2所示，所述选频接收电路5包括感应片E2、电感L1、电阻R5、可调电容C10和TVS管VT1，感应片E2和检波电路6连接，感应片E2一端连接电感L1的一端、可调电容C10的一端、电阻R5的一端、TVS管VT1的一端，电感L1的另一端、可调电容C10的另一端、TVS管VT1的另一端接地，电阻R5的另一端接数字信号处理电路3。

所述选频接收电路5的中心频率电感L1和可调电容C10由所设定的参数决定，其选频频率f0=1/2πLC，其中L为电感L1的电感量，单位为H；C为电容C10的电容量，单位为F，电场感应信号从感应片E2耦合到选频接收电路5后进行LC选频，选择工频信号能够正常通过，对其他频率信号进行快速衰减，而正常通过的交变信号输入到检波电路6。

所述检波电路6包括二极管V1、可调电阻R12、电阻R8和电容C9，二极管V1的一端接选频接收电路5，二极管V1的另一端接可调电阻R12的一端、电阻R8的一端和电容C9的一端，可调电阻R12的另一端、电容C9的另一端接地，电阻R8的另一端接比较电路2。

通过设定可调电阻R12和电容C9阻容参数能够记录每个周期信号的完整包络，得到选频接收电路5输出信号的最大值，并将交变信号转换成为直流电压信号，阻容参数设定需要根据被测信号的频率，根据公式T=2*π*R*C 条件设定检波频率为工频，其中R为可调电阻R12的真实值，单位为欧姆；C为电容C9的容量，单位为F；通过可调电阻R12可以灵活设定检波频率，经过转换后的直流电压信号进入比较电路2。

所述比较电路2包括集成运算放大器D6和电阻R9，集成运算放大器D6的6脚接检波电路6，5脚接电阻R9的一端，R9的另一端和集成运算放大器D6的7脚连接数字信号处理电路3。

所述比较电路2主要由集成运算放大器组成，放大器“－”极接检波电路6输出的电场强度信号，放大器“＋”极接数字信号处理电路3输出的参考电压信号，当电场强度电压低于参考电压时，放大器输出端为高电平，当电场强度电压高于参考电压时，放大器输出端为低电平，通过此信号的高低电平反应当前电场强度是否超过报警值，如果超过报警值，信号将接入数字信号处理电路3进行处理。

所述数字信号处理电路3包括集成芯片D3、插座XS1、按钮S1、电阻R1、电阻R6、电阻R7、电阻R10、电阻R11、电容C3、电容C4、电容C7、电容C8、晶振Y1、发光二极管V2、发光二极管V3、发光二极管V4、发光二极管V5。所述集成芯片D3的型号为atmega16l，集成芯片D3的1脚接电阻R5的一端，电阻R5另一端接选频接收电路5，集成芯片D3的2脚和5脚接比较电路2，集成芯片D3的9脚接晶振Y1一端、电容C8的一端，集成芯片D3的10脚接晶振Y1的另一端和电容C7的一端，集成芯片D3的40脚接插座XS1的1脚，集成芯片D3的39脚接插座XS1的3脚，集成芯片D3的38脚接插座XS1的5脚，集成芯片D3的36脚接插座XS1的9脚，集成芯片D3的34脚接插座XS1的6脚、电容C3的一端、按钮S1的一端、电阻R1的一端，集成芯片D3的17脚接发光二极管V5的一端，集成芯片D3的18脚接发光二极管V4的一端，集成芯片D3的19脚接发光二极管V3的一端，集成芯片D3的20脚接发光二极管V2的一端，集成芯片D3的32脚接电源及锂电池保护电路1，集成芯片D3的31脚接地，集成芯片D3的30脚接电容C4的一端，电容C3的另一端、电容C4的另一端、电容C7的另一端、电容C8的另一端、按钮S1的另一端接地，插座XS1的2脚、10脚接地，发光二极管V5的另一端接电阻R6的一端，发光二极管V4的另一端接电阻R7的一端，发光二极管V3的另一端接电阻R10的一端，发光二极管V2的另一端接电阻R11的一端，电阻R1的另一端、电阻R6的另一端、电阻R7的另一端、电阻R10的另一端、电阻R11的另一端接电源及锂电池保护电路1，插座XS1的4脚接电源及锂电池保护电路1，集成芯片D3的22脚、21脚接通信电路4。

以集成芯片D3为核心CPU的数字信号处理电路具备模拟、数字信号的高速处理能力和通用事务管理能力，主频时钟由晶振Y1、电容C7和电容C8组成的高频振荡器提供，满足8M的主频要求，CPU程序使用插座XS1下载接口随时更新满足不同应用，更新方便灵活，电阻R1、电容C3和按钮S1组成为核心CPU的复位电路，系统上电后电容C3两端电压不能突变，电压由低变高，时间由电阻R1和电容C3的参数设定，具体设定时间T=2*π*R*C ，其中R为电阻R1的阻值，单位为欧姆；C为电容C3的容量，单位为F；设备上电后核心CPU延时T秒时间才开始执行既定程序，能够保证因系统上电过程产生的干扰信号不能够进入CPU中干扰程序运行，否则严重的情况下能够造出程序无法正常执行的严重情况。

所述通信电路4包括集成芯片D1、卡槽SM1、电容C1和天线E1，所述集成芯片D1型号为GL868，集成芯片D1的23脚、32脚、33脚、35脚、36脚、46脚接地，集成芯片D1的35脚接天线E1，集成芯片D1的37脚、38脚接电源，集成芯片D1的43脚接电容C1的一端，电容C1的另一端接地，集成芯片D1的9脚接卡槽SM1的1脚，集成芯片D1的10脚接卡槽SM1的2脚，集成芯片D1的11脚接+卡槽SM1的3脚，集成芯片D1的12脚接卡槽SM1的6脚，卡槽SM1的4脚接地，集成芯片D1的7脚、8脚接数字信号处理电路。

所述集成芯片D1采用目前市场上最小的、采用表面贴装技术的GSM/GPRS模块，除了具备GSM/GPRS功能外，还创新设计了GPS定位功能，是一个支持900/1800双频的GSM/GPRS设备，拥有极低功耗、超宽的温度范围和紧凑的外形，适用于本发明中绝缘子狭小的内部空间。

设备上电后，GSM/GPRS模块检测卡槽SM1中是否安装了SIM卡，并读出其中的系统配置文件，然后通过天线E1检测通信信号强度，当此两项功能都正常后GSM/GPRS模块正常开机，并通过集成芯片D的17脚、8脚发送开机正常指令给核心CPU即集成芯片D3的21脚、22脚，并按照核心CPU配置的报警SIM卡号、远程IP和端口号进行TCP/IP连接，建立与后台服务平台的数据链路，为报警信息的发送建立数据通道，直到接收到数字信号处理电路3发出的报警信号后发送报警短信到指定的SIM卡号中。

所述电源及锂电池保护电路1包括集成芯片D4、三端稳压集成芯片D5、MOS管D2、锂电池BT1A、锂电池BT1B、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C5、电容C6。所述集成芯片D4的型号为D4S8242AAF，集成芯片D4的1脚接MOS管D2的4脚，集成芯片D4的2脚接MOS管D2的2脚，MOS管D2的3脚接集成芯片D4的6脚，MOS管D2的3脚接地，集成芯片D4的3脚电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，集成芯片D4的4脚接电阻R4的一端、电容C6的一端，电阻R4的另一端接锂电池BT1A的负极和锂电池BT1B的正极，电容C6的另一端接锂电池BT1B的负极和集成芯片D4的6脚，集成芯片D4的5脚接电阻R3和电容C5的一端，电阻R3的另一端接锂电池BT1A的正极和三端稳压集成芯片D5的3脚，电容C5的另一端接集成芯片D4的6脚，三端稳压集成芯片D5的2脚接地，三端稳压集成芯片D5的1脚接电源。

所述集成芯片D4的1脚控制MOS管D2打开和关闭锂电池BT1A和锂电池BT1B的放电通道，当出现过流、短路等损坏锂电池的异常情况发生时电阻R2出现过电压报警，报警信号传输到集成芯片D4的3脚触发1脚关断MOS管D2的输出，停止对外放电，从而保护锂电池因较大电流对外放电造成的发热甚至爆炸危险的发生，当锂电池BT1A和锂电池BT1B因正常使用导致的电压过低，低于设备正常工作的电压后，电阻R4检测到欠压信号输出到集成芯片D4的4脚触发1脚关断MOS管D2的输出，停止对外放电，保护锂电池不会出现严重欠压而影响使用寿命。由于锂电池BT1A和锂电池BT1B串联在一起的电压高于电路正常工作电压，所以使用三端稳压集成芯片D5将高电压转换为设备正常工作的电压，并且再次隔离电源两端的信号产生的相互串扰，提高电源系统的稳定性。

如图3所示，智能警示装置的实现方法包括以下步骤：

步骤S101，程序启动，核心CPU上电启动后输出一个参考电压到比较电路，同时实时监测核心CPU的2脚上的电平变化，完成后进入步骤S102；

步骤S102，查看核心CPU是否接收到电平变化信号，当检波电路出的电场强度电压高于参考电压后，比较电路的输出电平由高电平变为低电平，核心CPU检测比较电路的电平变化，若核心CPU检测到电平变化则进入步骤S103，否则返回执行步骤S101；

步骤S103，进行信号采集，核心CPU检测到电平变化后从核心CPU的1脚采集选频接收电路发出的电场强度信号，完成后进入步骤S104；

步骤S104，核心CPU对交变信号进行FFT频谱分析，计算出工频信号强度，完成后进入步骤S105；

步骤S105，查看工频信号是否达到设定值，若工频信号强度超过设定值表示电场强度变化主要由输电线路异常造成的，存在线路安全隐患，进入步骤S106，否则返回执行步骤S101；

步骤S106，立即点亮LED进行闪烁报警，提示线路巡线工作人员排除故障问题，并获取异常线路的GPS坐标，完成后进入步骤S107；

步骤S107，发出远程报警指令到通信电路，将异常发生的时间和GPS坐标发送至管理人员，完成后进入步骤S108，并返回执行S102；

步骤S108，管理人员根据收到的信息对线路进行维修。

本实施例中的电路嵌入的拉线绝缘子中合二为一，通过与目前使用的常规拉线绝缘子进行对比试验，本发明在满足常规绝缘保护的作用外，还具备智能报警、远程定位、主动抢修的良好使用效果。

本发明的警示装置可广泛适用于现有15KV以下电压等级输电线路使用的斜拉线绝缘子。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。