智能电力塔杆拉线防盗装置的制作方法

本实用新型涉及电力安全运行技术领域，具体地说是一种智能电力塔杆拉线防盗装置。

背景技术：

电力塔杆拉线是为了平衡电力塔杆各方面的作用力并抵抗风压，防止电力塔杆倾倒。拉线分为以下几种：普通拉线，用于终端杆、转角杆和耐张杆处，起平衡拉力的作用；二侧拉线，装于直线杆二侧，用以增强电力塔杆的抗风能力；四方拉线，在电力塔杆四周拉线，用以增强电力塔杆的稳定性；过道拉线，是在道路边立一根拉线杆，在此拉线杆上做一条过道拉线，必须保持一定高度，不影响交通；V形拉线，是当电力塔杆高、横担多、架设导线较多时，在拉力的合力点上下两处各安装的一条拉线，其下部合为一条，构成“V”形；共同拉线，是将拉线固定在相邻电力塔杆上，用以平衡拉力；弓形拉线，是在电力塔杆中部加一支柱，在其上下加装的拉线，以防止电力塔杆弯曲。电力塔杆拉线与地面的夹角一般为45°角。

近几年电力设施中线路拉线被盗案件屡有发生，以前35kV、10kV丢失的较多，现在110kV线路拉线被盗数量也正在逐渐增加。由于电力塔杆拉线被盗造成线路跳闸停电事故的发生，不仅给人们用电带来伤害，并且还会给线路维护人员增加工作量，给国家和人民的财产造成损失，已经严重影响电网安全运行及人们的正常工作生活。

为此，常用的防盗措施如下：一是通过改造电力塔杆拉线连接件的结构，通过机械手段来防盗，如：将调节螺母焊接固定，更换拉线时需要进行破坏性拆除；采用防盗螺母，安装简便，但是更换拉线同样需要进行破坏性拆除；二是采用人工不定期巡逻的方式，通过线路维护人员加强巡逻，减少偷盗拉线事件的发生的概率。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种智能电力塔杆拉线防盗装置，用于解决电力塔杆拉线的盗窃问题。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：智能电力塔杆拉线防盗装置，它包括电力塔杆和拉线，其特征是，还包括传感器单元、控制器和GSM无线模块，所述传感器单元设置在拉线上，且传感器单元包括拉力传感器、振动传感器和角度传感器，所述拉力传感器、角度传感器和振动传感器分别与控制器信号连接，所述GSM无线模块与控制器无线通讯。

进一步地，还包括与控制器连接的电源模块，所述电源模块主要包括发电单元。

进一步地，所述发电单元为太阳能-锂电池发电结构。

进一步地，所述发电单元选用输出功率10W、开路电压5V的单晶硅太阳能光伏发电板，通过CN3065太阳能充电管理模块为锂电池进行充电；选用输出电压为3.7V、容量为4000mAh的聚合物锂电池，该锂电池通过SX1308DC—DC升压模块3将3.7V直流电压升压至5V直流电压，为拉力传感器、GSM无线模块进行供电；同时将3.7V电压通过低压差电压调节器SP3819模块转化成3.3V的直流电压，为控制器供电。

进一步地，所述拉力传感器选用S型拉力传感器，量程为0～1T。

进一步地，所述GSM无线模块、电源模块、控制器均设置在电力塔杆的顶部。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的智能电力塔杆拉线防盗装置，可以实现对电力塔杆拉线的检测，以检测拉线上的拉力数据、角度数据和振动数据，进而可以实现对电力塔杆拉线的精确检测，以确保电力塔杆拉线的正常运行。电源模块的设置，可以为各传感器和控制器提供能量。GSM无线模块的设置，可以实现对装置的无线监控。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型的太阳能锂电池结构框图；

图3为本实用新型的安装示意图；

图中：1光伏发电板，2聚合物锂电池，3 SX1308DC—DC升压模块，4低压差电压调节器SP3819模块，5 GSM无线模块，6拉力传感器,7控制器，8太阳能充电管理模块，9电力塔杆，91拉线，92地基，93传感器单元，94发电单元。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实用新型主要包括电源模块、控制器、电力塔杆9、拉线91和传感器单元93，下面结合附图对本实用新型进行详细描述。

如图3所示，电力塔杆9的底部固定在地基92上，在电力塔杆9的上部与地基之间设有拉线91。在每一根拉线上分别设有传感器单元93，传感器单元包括拉力传感器6、振动传感器和角度传感器。控制器设置在电力塔杆上，在控制器内部集成有分类算法模块；控制器与拉力传感器、振动传感器、角度传感器、GSM无线模块和电源模块连接。

控制器选择STM32F103C8T6芯片作为主控MCU，采用SWD模式下载调试程序；分类算法模块，选用极端梯度上升算法，即XGBOOST算法，该算法通过使用集成学习的方式提高模型的分类效果和回归精度；拉力传感器，选用S型拉力传感器，量程为0～1T，输出信号为0～10mV差分电压信号，其输出信号连接到由AD6232和LM 258放大芯片组成的多级运算放大电路中，完成拉力传感器信号的采集，实现对电力塔杆拉线拉力的测量；振动传感器，选用SW-180型振动传感器，实现对电力塔杆拉线振动状态的监测；角度传感器，选用MPU6050陀螺仪芯片，通过IIC通讯协议与微处理器进行通讯，完成对电力塔杆拉线多维的角度测量；GSM无线模块，选用SIM900A短信模块，实现电力塔杆拉线状态信息的无线通讯报警功能；电源模块，采用太阳能—锂电池供电方式，为拉力传感器、GSM无线模块和控制器供电。

整个装置正常工作时，首先控制器完成系统时钟初始化、串口初始化等工作；GSM无线模块完成GSM模块的注册任务；拉力传感器、振动传感器以及角度传感器完成相应的初始化。接着，对应的传感器开始采集电力塔杆拉线振动、拉力、角度相关的数据(拉力传感器采集拉线上的拉力数据、角度传感器采集拉线的角度数据、振动传感器采集拉线上的振动数据)，如图1所示，并上传至控制器中。进而，控制器对采集到的数据进行处理后，将数据输入到分类算法模块中进行分析、运算，得到电力塔杆拉线的相关状态。最后，当电力塔杆拉线处于异常状态时，控制器激活GSM无线模块，发送电力塔杆拉线相关的预警、报警状态信息至运行维护人员手机端，通知其及时到达现场检修。至此，一个正常工作运行状态结束。

为确保装置运行可靠性，及时发现装置故障，方便工作人员及时维修。特采取下列措施，1、用户可向装置发送查询指令，对装置监测数据进行查看。(向指定号码发送指定命令，装置收到信息后自动回复。)2、在正常情况下，装置定期向用户发送数据。

由于该装置长期户外运行，且装置内的各传感器需要5V、3.3V等不同等级的直流电压供电，GSM无线模块要求工作时工作电流大于1A。考虑低功耗的同时，要求持续可靠供电，且尽量避免不必要的维护。

鉴于上述要求，在电力塔杆上设有电源模块，电源模块主要包括发电单元94，发电单元采用太阳能—锂电池供电方式，如图2所示，选用输出功率10W、开路电压5V的单晶硅太阳能光伏发电板1，通过CN3065太阳能充电管理模块8为锂电池进行充电；选用输出电压为3.7V容量为4000mAh的聚合物锂电池2，该锂电池通过SX1308DC—DC升压模块3将3.7V直流电压升压至5V直流电压，为拉力传感器、GSM无线模块进行供电；同时将3.7V电压通过低压差电压调节器SP3819模块5转化成3.3V的直流电压，为控制器供电。

采用太阳能-锂电池的供电方式，推广了新能源的开发利用，减小环境污染，改善我们的生活环境。发电单元94设置在整个装置上方，使该装置避免了日晒雨淋，大大降低了装置的破坏率，大大提高了装置的使用寿命。

拉力传感器、振动传感器以及角度传感器等传感器检测部分连接于电力塔杆拉线中间，便于精确测量电力塔杆拉线角度、振动、拉力相关的数据；电源模块、控制器以及GSM无线模块安装于电力塔杆顶部，方便安装、固定；单晶硅太阳能光伏发电板安装于电力塔杆顶部，尽可能的吸收太阳能光照，提高太阳能的利用率，同时对下方的部件起到遮雨的作用。

分类算法单元，选用极端梯度上升算法，即XGBOOST算法，该算法是在AdaBoost(通过迭代弱分类器而产生最终的强分类器的算法)算法和GBDT(迭代决策树算法)算法的基础上发展而来的。该防盗装置通过现场试验采集正常状态、有风状态、防盗预警状态以及防盗报警四种状态下的电力塔杆拉线的拉力大小、角度范围、振动次数等相关数据，组成训练数据集。将该数据集输入到搭建的XGBOOST算法模型中，按上述步骤进行训练，不断调整、优化相关的参数，最终得到该装置所需的分类算法模型。