专利名称：智能输电线路综合在线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于输电线路在线监测技术领域，具体涉及一种智能输电线路综合在 线监测装置。
背景技术：
随着国家智能电网建设的规划及实施，在线监测技术作为智能电网输电环节的重 点规划项目，也在朝着智能化的方向发展。基于这一思想，目前市场上现有的监测装置及其 系统不能满足输电线路智能监测的要求。现有监测系统往往是实现某一监测功能的监测系 统，功能单一，不能全面的综合监测输电线路中常见的问题如覆冰雪、舞动、导线温度等。
发明内容本实用新型的目的是提供一种智能输电线路综合在线监测装置，解决了现有监测 装置功能单一，智能化程度不高的问题，满足了输电线路智能监测的要求。本实用新型所采用的技术方案是，一种智能输电线路综合在线监测装置，包括 MSP430F247芯片，MSP430F247芯片上连接有DA转换模块、信息信号处理单元、系统电源、 ZigBee模块、数据存储单元及GPRS通信模块，DA转换模块上分别连接有照相调焦、分辨率 控制模块、云台旋转控制模块，信息信号处理单元上还分别连接有微气象监测单元、绝缘子 监测单元、导线监测单元、杆塔监测单元、视频监测单元。本实用新型的特点还在于，其中的系统电源内设置有太阳能、控制器、蓄电池。其中的绝缘子监测单元内设置有泄露电流传感器。其中的导线监测单元内设置有加速度传感器、温度传感器及压力传感器。其中的杆塔监测单元内设置有微波感应传感器、语音芯片。其中的视频监测单元内设置有高速一体化摄像机。本实用新型的有益效果是，(1)功能强大，实现了绝缘子污秽、导线温度、覆冰雪、导线舞动、杆塔防盗报警的 在线监测。加入了视频/图象功能实现了对高压线路现场的全天候监测。(2)采用ZigBee技术，通过ZigBee节点方便地组网，使用了低成本、低耗电、网络 节点多、传输距离远的无线加速度传感器网络和无线温度传感器网络。(3)采用GPRS无线通信技术进行数据传输与控制，避免了传统数据传输方式带来 的电缆施工，大大降低了施工的难度和系统安装成本；系统既可连续安装又可离散安装。(4)采用各种低功耗、超低功耗的传感器和微处理器芯片，大大降低了系统的功 耗；采用太阳能加蓄电池充放电电路，为系统提供稳定的电源，使得系统可以连续、长期、稳 定地在野外工作。(5)采用B/S模式实现远程监控，客户端免维护，使系统的分布相对集中，有利于 系统的维护，具有较好的可扩展性以及灵活性。[0017](6)采用主副分机设计，采用节点加速度传感器和节点温度传感器实现了对导线 舞动和导线温度最直接、最直观的监测，大大提高了监测的精度。
图1是本实用新型智能输电线路综合在线监测装置的结构示意图；图2是本实用新型智能输电线路综合在线监测装置的工作原理图；图3是本实用新型监测装置中ZigBee模块的工作原理图。图中，1.网省公司监控中心主机，2.地市局监控中心主机，3.其他地市局监控中 心主机，4.输电线路在线监测装置，5.MSP430F247芯片，6.系统电源，6-1.太阳能，6-2.控 制器，6-3.蓄电池，7. DA转换模块，8. ZigBee模块，9.数据存储单元，10. GPRS通信模块， 11.照相调焦、分辨率控制模块，12.云台旋转控制模块，13.微气象监测单元，13-1.温湿度 传感器，13-2.风速传感器，13-3.风向传感器，13-4.雨量传感器，13-5.日照传感器，14.绝 缘子监测单元，14-1.泄漏电流传感器，15.导线监测单元，15-1.加速度传感器，15-2.温 度传感器，15-3.压力传感器，16.杆塔监测单元，16-1.微波感应传感器，16-2.语音芯片， 17.视频监测单元，17-1.高速一体化摄像机，18.信息信号处理单元。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。本实用新型智能输电线路综合在线监测装置的结构，如图1所示，包括 MSP430F247芯片5，MSP430F247芯片5上连接有DA转换模块7、信息信号处理单元18、系 统电源6、ZigBee模块8、数据存储单元9及GPRS通信模块10，系统电源6内设置有太阳能 6-1、控制器6-2、蓄电池6-3，DA转换模块7上分别连接有照相调焦、分辨率控制模块11、 云台旋转控制模块12，信息信号处理单元18上还分别连接有微气象监测单元13、绝缘子监 测单元14、导线监测单元15、杆塔监测单元16、视频监测单元17。微气象监测单元13内设 置有温湿度传感器13-1、风速传感器13-2、风向传感器13-3、雨量传感器13_4、日照传感器 13-5，绝缘子监测单元14内设置有泄露电流传感器14-1，导线监测单元15内设置有加速度 传感器15-1、温度传感器15-2、压力传感器15-3，杆塔监测单元16内设置有微波感应传感 器16-1、语音芯片16-2，视频监测单元17内设置有高速一体化摄像机17-1。(1)微处理器微处理器选用TI公司的16位MSP430F247芯片5，具备超低功耗和丰富的外设， 具有1个带有3个比较/捕获通道的16位定时器A，和1个带有7个比较/捕获通道的16 位定时器B，微处理器内部集成了多个12位ADC模块，可以快速处理各种数字信号、模拟信 号以及脉冲信号，该微处理器除了活动模式外还有4种低功耗模式，在实现高性能的同时， 降低系统功耗。(2)微气象监测单元13微气象监测单元13主要实现对环境信息(温湿度、风速、风向、雨量和日照)的实时 采集。包含以下传感器温湿度传感器13-1、风速传感器13-2、风向传感器13-3、雨量传感 器13-4和日照传感器13-5。温湿度传感器13-1选用瑞士 Sensirion公司基于CMOSensTM 技术的温湿度传感器SHTlx，该传感器测量时的电流消耗为550 μ Α,平均为28 μ Α,休眠时为3μΑ，并且具有很好的稳定性；风速传感器13-2采用低门槛值(0. 4m/s)、测量范围0 75m/s的三杯式光电风速传感器WAA15，其输出信号为脉冲信号，信号频率与风速成正比， 通过单位时间内的计频完成风速测量；风向传感器13-3为单翼风标，风标转动时，带动格 雷码盘(七位，分辨率为2. 8°)转动，格雷码盘每转动2. 8°，光电管组产生新的七位并行格雷 码数字信号输出；雨量传感器13-4采用翻斗雨量传感器，输出脉冲信号；日照传感器13-5 采用锦州阳光科技发展有限公司的TBQ-2传感器，该传感器输出0 20mV的模拟电压信 号，经过多极放大后调制为0 2. 5V的模拟信号。(3)绝缘子监测单元14绝缘子监测单元14通过泄露电流传感器14-1采集绝缘子表面泄露电流，并结合 湿度等环境信息，实现了绝缘子污秽的在线监测。针对绝缘子泄漏电流幅值的变化范围大 (从几十微安到几百毫安)、频率宽(电弧电流频率高)、运行环境恶劣等特点，采用一种新型 的0形铁心泄漏电流传感器(安装在户外靠近采集环处)，可同时监测稳态泄漏电流和脉冲 电流。一般从绝缘子取得泄漏电流信号十分微弱，在保证一定的抗干扰措施的前提下进行 必要的处理，如放大和滤波等。(4)导线监测单元15导线监测单元15通过加速度传感器15-1和温度传感器15-2采集导线加速度和 温度信息并结合微气象信息，实现导线覆冰、舞动及导线温度动态增容的在线监测。加速度 传感器15-1采用美国模拟器件公司(ADI)新推出的ADXL330，它是一款带有信号调理电路， 通过ADXL330测量出任意时刻三个方向的加速度分量；温度传感器15-2采用单总线数字芯 片DS18B20，它采用单总线(1-wire)技术，将地址、数据线和控制线合为一根双向串行传输 的信号线，具有结构简单，便于总线扩展和维护等优点。(5)杆塔监测单元16杆塔监测单元16通过微波感应传感器16-1感应杆塔周围移动物体，必要时启动 语音芯片16-2，实现了杆塔防盗报警在线监测。微波感应传感器16-1用于获取有效距离为 IOm之内的任何移动物体信号，水平、垂直覆盖范围可达360度，微波感应器工作稳定，具有 安装隐蔽、监控范围大、检测灵敏度高等优点；语音芯片16-2是Winbond推出的单片优质语 音录放电路，芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器 与内存等的全方位整合系统功能。(6)视频监测单元17视频监测单元17采用高速一体化摄像机17-1，可定时或实时接受中心请求并启 动摄像机进行工作(白天和夜间摄像方式的自动转换以及云台的控制)，将摄像机采集到的 视频信号经编码压缩模块转换为标准的JPEG文件，通过GPRS传输给上位机专家软件，实现 了特高压输电线路现场的全天侯监控。本实用新型智能输电线路综合在线监测装置的工作过程如图2所示，输电线路在 线监测装置4定时/实时完成输电线路设备状态(导线、杆塔和绝缘子)和环境微气象信息 (温度、湿度、风速、风向、雨量等)的采集，通过GSM/GPRS/CDMA/3G通信模块发送至地市局监 控中心主机2，监测中心专家软件利用各种修正理论模型、试验结果和现场运行结果来判断 输电线路的运行状况，及时给出预报警信息，从而有效防止各类事故的发生。监测中心可对 分机进行远程参数设置(如采样时间间隔、分机系统时间以及实时数据请求等)。地市局监
5控中心主机2、其他地市局监控中心主机3与网省公司监控中心主机1采用LAN方式组网， 网省公司监控中心主机1可以直接调用各地市局监测中心的导线、地线、杆塔、绝缘子及环 境等采集信息。输电线路在线监测技术主要针对野外的输电设备进行监测，为了保证监测 信息的及时传递，大多采用移动或联通的通信网络(GSM/GPRS/CDMA，3G)，在无信号区可采 取短距离无线电传递再通过移动或联通的通信网络进行远距离数据传输。 图3是ZigBee模块8的工作原理图。在输电线路上布置若干个ZigBee模块8，组 成一个无线通讯网络，实现了导线加速度和温度信息的精确采集。ZigBee模块8基于TI公 司的低功耗芯片CC2430，采用了非平衡天线和与其相连接的非平衡变压器。非平衡变压器 由电感Li、电感L2和印刷版微波传输线组成，能满足RF输入/输出匹配电阻(50 Ω )的要 求，为了进一步提高无线传输距离，增加了接收天线，该接收天线由电容C3、电感L3H和外 部天线构成；晶振1、电容Cl和电容C2为无线单片机提供32. 768ΚΗζ的时钟源；晶振2、电 容C4和电容C5为无线单片机提供32Μ的时钟源。加速度传感器三个方向的输出引脚12、 引脚10和引脚8分别接到无线单片机的模拟输入引脚16、引脚17和引脚18 ；温度传感器 采用单总线技术和无线单片机的引脚9相连。
权利要求一种智能输电线路综合在线监测装置，其特征在于，包括MSP430F247芯片(5)，MSP430F247芯片(5)上连接有DA转换模块(7)、信息信号处理单元(18)、系统电源(6)、ZigBee模块(8)、数据存储单元(9)及GPRS通信模块(10)，所述的DA转换模块(7)上分别连接有照相调焦、分辨率控制模块(11)、云台旋转控制模块(12)，所述的信息信号处理单元(18)上还分别连接有微气象监测单元(13)、绝缘子监测单元(14)、导线监测单元(15)、杆塔监测单元(16)、视频监测单元(17)。
2.根据权利要求1所述的智能输电线路综合在线监测装置，其特征在于，所述的系统 电源(6)内设置有太阳能(6-1)、控制器(6-2)、蓄电池(6-3)。
3.根据权利要求1所述的智能输电线路综合在线监测装置，其特征在于，所述的微气 象监测单元(13)内设置有温湿度传感器(13-1)、风速传感器(13-2)、风向传感器(13-3)、 雨量传感器(13-4)、日照传感器(13-5)。
4.根据权利要求1所述的智能输电线路综合在线监测装置，其特征在于，所述的绝缘 子监测单元(14)内设置有泄露电流传感器(14-1)。
5.根据权利要求1所述的智能输电线路综合在线监测装置，其特征在于，所述的导线 监测单元(15)内设置有加速度传感器(15-1)、温度传感器(15-2)及压力传感器(15-3)。
6.根据权利要求1所述的智能输电线路综合在线监测装置，其特征在于，所述的杆塔 监测单元(16)内设置有微波感应传感器(16-1)、语音芯片(16-2)。
7.根据权利要求1所述的智能输电线路综合在线监测装置，其特征在于，所述的视频 监测单元(17)内设置有高速一体化摄像机(17-1)。
专利摘要本实用新型公开的一种智能输电线路综合在线监测装置，包括MSP430F247芯片，MSP430F247芯片上连接有DA转换模块、信息信号处理单元、系统电源、ZigBee模块、数据存储单元及GPRS通信模块，DA转换模块上分别连接有照相调焦、分辨率控制模块、云台旋转控制模块，信息信号处理单元上还分别连接有微气象监测单元、绝缘子监测单元、导线监测单元、杆塔监测单元、视频监测单元。本实用新型智能输电线路综合在线监测装置，实现了绝缘子污秽、导线温度、覆冰雪、导线舞动、杆塔防盗报警的在线监测。采用ZigBee技术，通过ZigBee节点方便地组网，使用了低成本、低耗电、网络节点多、传输距离远的无线加速度传感器网络和无线温度传感器网络。
文档编号G08C17/02GK201680859SQ201020202730
公开日2010年12月22日 申请日期2010年5月26日 优先权日2010年5月26日
发明者李国倡, 黄新波 申请人:西安工程大学