一种高压杆塔的综合测控装置的制作方法

专利名称：一种高压杆塔的综合测控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测控装置，主要是智能的无线测控装置，特别是用于高压杆塔的 综合测控装置。
背景技术：
高压杆塔是输电线路上的重要环节，其作用是支撑架空线路导线和架空地线，并 使导线与导线之间，导线和架空地线之间，导线与高压杆塔之间，以及导线对大地和交叉跨 越物之间有足够的安全距离。高压杆塔的维护与监测主要有1)清除并防范鸟类对高压杆塔造成隐患。鸟类对电力网输变电设备运行安全的威 胁很大，近些年来，因鸟害和绝缘瓷瓶漏电引发输电线路跳闸故障占线路故障跳闸的比例 很高，电力部门对输电线路的科学保护也日渐重视，从组织措施到技术措施都投入了大量 的人力和物力，传统的驱鸟设备采用单纯的超声波或语音驱鸟，没有智能分析功能，这种驱 鸟装置存在诸多不足①间断发出超声波的方式会造成环境污染，浪费电能；②间断发出 恐吓声音的方式会产生环境噪声，并容易使鸟适应；③带被动红外控制的只能发出音频信 号，不能自动充电，维护成本高；④不具备铁塔安全警戒功能。2)闪络与雷击查找及准确定位。雷电和闪络具有不可预知性、不确定性，当高压杆 塔遭到雷击或发生闪络会造成供电线路故障甚至供电中断，传统方式要快速、准确地查找， 判定并清除故障，采用的输电线路故障测距方法主要有三类故障录波分析法、阻抗法和行 波法，三种方法的误差较大，均在10千米以上，往往需要花费大量人力、物力；现在输电线 路虽然加强了防雷保护，但其依然不能完全避免雷击输电线路导致供电中断，即使未导致 供电中断，当雷击在架空地线上时，架空地线也可能受到重大伤害，一旦工人在巡检过程不 能及时发现，会产生严重的安全隐患。3)高压杆塔倾斜检测。高压输电线路所通过路径地理环境和气候环境复杂，并且 高压杆塔数量多，大部分在野外，维护人员日常检修的工作量相当大，一旦杆塔发生倾斜， 维护人员没有及时发现，杆塔就有倾倒的危险；如果杆塔倾倒，会造成整个输电线路的中 断，造成严重的经济损失；传统测水平方式采用悬垂的方式，工作量大，浪费大量物力，并且 准确性差，效率低。4)高压杆塔气象环境检测。高压杆塔一般分布野外，其工作稳定性受周围气候环 境的影响较大，及时了解杆塔周围环境气候信息，对杆塔的维护和检修有着重要意义；气象 检测包括温度、湿度、风力、风速，传统的气象检测不能实时反映杆塔的气象信息，并且无法 确定每个杆塔的具体气象状况，无法准确地完成对灾难天气预警以及小气候环境对杆塔的 影响，无法完成杆塔的主动维护，增大了安全隐患。5)高压杆塔入侵报警。高压杆塔附近一般禁止非工作人员靠近，以防止造成输电 事故和人员伤亡，又因为杆塔附近大部分时间没有工作人员进行看管，这就需要对现场的 杆塔禁入范围进行有效监控；高压杆塔入侵报警系统，能够有效的监控非法人员和物体进 入杆塔监控范围，及时报警通知监控中心，采取相应措施。
6)输电线路覆冰参数检测。覆冰雪作为一种特殊的气象条件，曾给世界各地许多 架空线路的安全运行造成严重影响；覆冰引起的导线舞动还可能导致相间闪络、金具损坏、 跳闸停电、倒杆(塔)、导线折断等严重事故；我国很多地区都具备发生导线舞动的条件，并 发生过多次舞动事故，对输电线路的安全运行构成严重威胁，2008年初我国南方出现大面 积降雪，低温雨雪冰冻灾害已造成浙江、江苏、安徽等19个省(区、市)不同程度受灾，经济 损失达537亿元，因此有效的监控输电线路覆冰状况对保证输电线路和电网的正常工作有 着十分重要的意义。高压杆塔的稳定性对整个电网正常运行非常重要，需要一种有效的、智能化的装 置对其监控，保证其使用时的安全性和可靠性，保障电网的正常运行。随着经济和社会的 不断发展，电力系统的智能化建设也不断深入和展开，高压杆塔的综合测控装置是适应电 网智能化建设需求的一种智能化、信息化、高科技检测装置。高压杆塔综合监控系统是智 能电网重要组成部分，其主要是实现对高压塔架及供电线路的安全监控、故障预警、检修诊 断、智能防范等功能；装置有六个主要功能驱鸟、监控闪络及雷击定位、杆塔倾斜预警、极 端气象报警、杆塔入侵报警、输电线路覆冰检测；该装置要求能够有效的防止鸟类对杆塔的 损坏和事故隐患，及时、准确的判断雷击和闪络的位置，有效的监控杆塔的倾斜程度，提供 杆塔周围的环境信息，有效监控非法人员的入侵，提供输电线路的覆冰信息；该系统能够大 大减少杆塔的维护成本，缩短了事故的查找和维修时间，减少了现场人员的劳动强度，提高 了杆塔使用的稳定性，保障输电线路的正常运行。智能电网是一个新兴的技术领域，传统的高压杆塔综合监控系统存在着明显的不 足，主要有以下几个方面1)现有高压杆塔监控系统中驱鸟部分无法主动识别是否有鸟类在杆塔附近活动， 长时间发出超声波和恐吓声音会使鸟类产生适应性，并且功耗大，成本高，环境污染严重。2)现有高压杆塔监控系统中闪络和雷击定位误差大、费时费力，并且无法准确判 断闪络和雷击的具体类型。3)现有高压杆塔监控系统中杆塔倾斜检测主要采用人工方式，效率低下，由于杆 塔数量众多，人工方式不能及时发现杆塔的倾斜，存在巨大的安全隐患。4)现有高压杆塔监控系统中气象环境检测中，无法准确得到杆塔附近的小气象环 境的信息，所得到气象信息实时性较差。5)现有高压杆塔监控系统中入侵报警一般采用人工方法进行查线，工作量大，并 且无法实时的对杆塔进行监控，准确性差。6)现有高压杆塔监控系统中输电线路覆冰检测一直无法准确地测量，常用的视 频监控方法成本高、误差大，方法单一，无法对现场恶劣环境的各种覆冰状况进行准确的判 断。7)现有高压杆塔监控系统中的各个单元功能在超低温状态下，无法正常工作，适 应环境能力差，无法完成恶劣气候环境中的监控工作。8)现有高压杆塔监控系统中供电方式一般采用一次性电池，无法满足全天候，恶 劣环境的监控工作，使用环境受到了大大限制。9)现有高压杆塔监控系统独立工作，信息一般采用有线方式传输或者无线短距离 传输，没有组建成无线网络，给维护和监控工作带来了巨大的困难，信息的实时性差，准确性低，监控中心对杆塔的状况无法准确监控。综上所述，由于现有的高压杆塔监控系统存在着诸多不足，在实现多种功能时往 往需要安装多个装置，因此需要一种适用于输电线路中高压杆塔的智能测控系统装置，来 满足电力系统中智能电网的发展需求，便于安装同时能够准确监测高压杆塔的各项数据信 息，并且实时将监控信息发送到监控中心；对众多杆塔的监控信息进行统一管理，实时掌握 各个杆塔的工作情况，保证输电线路高效稳定的工作，为建设智能电网提供强有力的技术 支撑和信息保障。

发明内容
本发明的目的是为了解决上述不足，而提供一种高压杆塔的综合测控装置。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种高压杆塔的综合测控装置，装 置包括供电单元、6个功能单元、中心控制器、无线收发装置和恒温器；6个功能单元包括智 能驱鸟单元、闪络及雷击定位检测单元、杆塔倾斜检测单元、杆塔气象环境检测单元、杆塔 入侵报警单元和输电线路覆冰参数检测单元；供电单元包括太阳能电池和风力发电机两部 分，并且风力发电机还具有风速和风向检测功能，是杆塔气象环境检测装置的组成部分；供 电单元将采集的太阳能和风能通过采集电路储存到蓄电池里，对系统进行供电；无线收发 单元将现场采集的信息发到远处的监控中心；恒温器在工作温度低于预定最低工作温度时 开启，保证系统在低温下正常工作；高压杆塔综合测控装置中的6个功能单元中每个单元 都有数据接口和中心控制器相联，传送采集数据，接受中心控制器的管理和控制，中心控制 器通过无线装置和远端监控中心联系，接受监控中心对高压杆塔的监控和管理。其中，装置开机以后首先进行初始化，初始化正常后开始进行数据采集工作，否则 系统通过无线方式向监控中心进行报警；各个单元采集的数据如果正常则采用定时发送的 机制，如数据异常则立即向监控中心进行报警；该装置一直处于监听状态，如果有监控中心 发来自检的指令，立即中断现在工作，进行系统自检，并把自检结果和各个单元的数据发送 出去，然后恢复中断前的工作；整个装置采用看门狗机制，装置出现问题后可以自动重新复 位。其中，智能驱鸟单元包括雷达传感器、红外传感器、信号放大和处理部分、A/D转换 部分、控制器、数据接口、超声波发生器和语音发生器；雷达传感器和红外传感器可根据实 际环境选用其中之一或二者的组合；超声波发生器发出的超声波频段能够刺激和破坏鸟类 神经系统、生理系统；语音发生器集成了多种鸟类天敌以及各种电子模拟声音，采用随机播 放顺序、随机播放间隔、随机播放频率三种随机方式播放声音芯片库中的声音。其中，智能驱鸟单元通过传感器判断监控区域内是否有鸟类进入，当有鸟进入，开 启超声波发生器进行驱鸟，若在设定时间内鸟仍然没有离开，语音发生器便会启动继续进 行驱鸟，直到鸟类离开后控制关闭两种发生器。其中，闪络及雷击定位单元包括罗氏线圈电流传感器、信号放大和处理部分、A/D 转换部分、控制器和数据接口。其中，闪络及雷击定位单元通过传感器检测流经杆塔大电流的大小，如电流超过 设定的电流上限，立即发出报警信息，控制器通过信号处理得到检测电流大小和方向，判断 雷击和闪络的类型，向中心控制器输出检测到的数据信息。
其中，杆塔倾斜检测单元包括倾角传感器、信号放大和处理部分、A/D转换部分、控 制器和数据接口 ；倾角传感器采用二轴倾角传感器，也可采用二轴加速度传感器。其中，杆塔倾斜检测单元通过倾角传感器一直检测杆塔在X轴和Y轴方向的倾斜 角度，如果倾角传感器检测到杆塔发生倾斜，控制器计算倾斜角度并且向上位机输出倾斜 角度，如果倾斜角度超过设定的倾斜限度，则向上位机报警，否则继续监测。其中，杆塔气象环境检测单元包括风速传感器、风向传感器、温度传感器、湿度传 感器、信号放大和处理部分、A/D转换部分、控制器和数据接口。其中，杆塔气象环境检测单元中通过四个传感器采集环境的气象参数，并将参数 送到控制器中处理，然后通过数据接口向上位机输出气象参数数据，如果采集数据超过设 定限制参数，立即向上位机报警，否则继续监控。其中，具有风力检测功能的风力发电机包括风叶(3)、风标(2)、发电机(1)、风力 检测单元和电量采集单元，其中风力检测单元由角度传感器、电流传感器、信号放大和处理 部分、信号输出部分组成，电量采集部分由整流、滤波、变压、直流调制、蓄电池组成；角度传 感器通过检测风标转动的角度从而检测风力的方向；电流传感器是检测风叶转动带动发电 机转轴转动所发电量的大小，从而间接计算出风速的大小；采集部分是发电机电量采集部 分，将产生的电量经过整理存储在蓄电池中，供整个系统供电。其中，杆塔入侵报警单元包括摄像机、视频信号处理部分、A/D转换部分、控制器和 数据接口。其中，杆塔入侵报警单元通过摄像机进行图像采集，先将采集到的初始图像放入 第一寄存器，等过η秒后把最新的检测图像放入第二寄存器，η为大于等于1的整数，通过 智能分析系统分析第一寄存器和第二寄存器中是否有差别，如果没有则判断没有人或物侵 入监测范围，否则认为有人或物入侵，立即报警；判断完之后把第二寄存器的图像移到第一 寄存器中，继续采集图像存到第二寄存器中，继续进行监控，该装置中的第一寄存器和第二 寄存器中的图像分析是经过图像处理后的比较，只识别是否有人或一定体积物体的移动或 变化。其中，输电线路覆冰参数检测单元包括倾角传感器、拉力传感器、信号放大和处理 部分、A/D转换部分、控制器和数据接口 ；其中倾角传感器是安装在输电线路绝缘子上测绝 缘子串与垂直方向的夹角的，拉力传感器是测量绝缘子串作用在输电塔上拉力大小。其中，输电线路覆冰参数检测单元经过采样时间η秒采集一次倾角和拉力数据， η为大于等于1的整数，并将采集的数据处理后通过数据接口传给上位机，上位机再通过无 线收发单元将数据传给监控中心，监控中心控制器将采集的拉力和倾角数据结合杆塔的气 象参数，综合分析计算得出杆塔的覆冰重量和厚度，如果覆冰的重量或厚度超限立即报警。其中，高压杆塔的综合测控装置界面显示系统的检测信息包括各个单元是否正 常、访问装置的地址、工作时间、智能驱鸟单元是否处于驱鸟状态、闪络和雷击电流的大小、 闪络和雷击的类别、遭遇雷击和闪络的报警状态、二轴倾角的大小，倾角超限报警界面、倾 角方向、系统环境的风速大小、风向、温度大小、湿度大小、环境气象报警界面、供电电压，蓄 电池电量、恒温器是否开启、系统自检控制选项、杆塔入侵报警界面、覆冰超限报警、绝缘子 倾角和拉力、覆冰综合分析界面等。其中，装置的无线收发单元与监控中心的通信采用GPRS、HSCSD、WAP、EDGE、Bluetooth、EPOC、TD-SCMA、WCDMA、CDMA、CDMA2000、CDMA-EVDO、LTE、WIMAX 或无线局域网的方式。其中，无线发送数据包括该装置的地址、各个单元传感器的地址、各个单元的采集 数据信息、各个单元的状态信息、校验码等。其中，装置中各部分的控制器以及中心控制器采用DSP、单片机、ARM、FPGA等小封 装嵌入式微型处理器。 其中，装置结构设计采用防水、防静电、防电磁干扰、防爆、防雷击处理，温湿度传 感器要与恒温器以及其他发热源保持一段距离，防止恒温器对温湿度传感器的影响。其中，防电磁干扰方法是各个单元的连线采用带有屏蔽层的同轴电缆，屏蔽层接 地，并且在信号输入端安装EMI吸收磁环；在非金属或非导电的单元表面或外壳涂上静电 涂料。其中，装置采用无线局域网传输方式时，各个杆塔装置和监控中心接收端组成的 无线局域网采用星型和树型的组网方式，为增强传输信号质量，每隔一段距离增设一个基 站，中继并放大传输信号。其中，装置中的恒温器采用在-20°C能够启动并且进行加热的设备。其中，装置中各个单元采用超低功耗设计，在软件和硬件上均做了低功耗处理。其中，装置中的供电单元采用了电池保护电路，当蓄电池的电量被充满后就停止 外电路对蓄电池充电，防止过高的电量对蓄电池的损坏。其中，监控中心接收端包括接收天线、接收处理装置、数据接口、计算机，最终数据 信息在计算机的显示器上显示，通过计算机对远端的杆塔综合监控装置进行管理和控制。其中，接收端的报警装置包括声音警报和灯光警报、图像报警等。其中，所述的声音警报采用喇叭，所述的灯光警报采用具有警示色和闪烁功能的 灯泡或LED，所述的图像报警是在计算机显示器上跳出报警界面。本发明的特征及优点在于该装置中驱鸟部分能够主动识别是否有鸟类在杆塔附 近活动，当有鸟类经过杆塔时相继发出超声波和恐吓声音进行驱鸟，功耗低，准确率高，环 境污染小。本发明的另一特征和优点在于该装置中闪络和雷击定位准确、无误差，省时省力， 并且能够准确判断闪络和雷击的具体类型。本发明的再一特征和优点在于该装置中杆塔倾斜检测主要采用智能分析方法，效 率高，倾斜角度测量精确，在众多杆塔中，能及时发现倾斜的杆塔，减少安全隐患。本发明的又一特征和优点在于该装置中气象环境检测能够准确得到杆塔附近的 小气象环境的信息，气象信息实时、准确，能够为监控中心提供详细的气象资料。本发明的又一特征和优点在于该装置中杆塔入侵报警检测能够准确判断杆塔附 近是否有入侵的物体，并将入侵信息及时传到监控中心，通知监控中心及时采取相应措施。本发明的又一特征和优点在于该装置中输电线路覆冰检测通过对现场采集的关 键数据进行整理，利用覆冰综合分析系统对现场输电线路的覆冰状态进行分析，准确得出 输电线路的覆冰状况，为维护人员及时采取维护措施提供了有力的依据。本发明的又一特征和优点在于该装置中装有恒温器，能够保证各个单元在超低温 状态下正常工作，适应环境能力强，能在恶劣气候环境的监控中发挥重要作用。
本发明的又一特征和优点在于该装置中供电方式一般采用太阳能和风力供电，能 够满足全天候，恶劣环境的监控工作，使用环境受到了大大拓宽，并且该能源清洁环保，环 境自适应能力强。本发明的又一特征和优点在于该装置中带有无线收发模块，能够将每个杆塔采集 的信息及时的发送到监控中心，监控中心可以对现场工作的杆塔进行组网，网络实时性好， 通过及时了解网内众多杆塔的工作情况，便于统一管理和预警抢修，使杆塔能够在复杂、恶 劣的工作环境中高效、有序、稳定的工作。本发明的又一特征和优点在于仅用一个装置实现了输电线路中高压杆塔监控的 多项功能，便于安装和统一维护。


图1是本发明的总原理图2是本发明的总工作流程图3是本发明的智能驱鸟单元原理图4是本发明的智能驱鸟单元工作流程图5是本发明的闪络及雷击定位单元原理图6是本发明的闪络及雷击定位单元工作流程图7是本发明的杆塔倾斜检测单元原理图8是本发明的杆塔倾斜检测单元工作流程图9是本发明的杆塔气象环境检测单元原理图10是本发明的具有风力检测功能的风力发电机原理图
图11是本发明的杆塔气象环境检测单元工作流程图12是本发明的杆塔入侵报警单元原理图13是本发明的杆塔入侵报警单元工作流程图14是本发明的输电线路覆冰参数检测单元原理图15是本发明的输电线路覆冰参数检测单元工作流程图
图16是本发明的高压杆塔的综合测控装置监控界面。
具体实施例方式
本发明所述高压杆塔的综合测控装置如附图1所示，主要包括供电单元、智能驱 鸟单元、闪络及雷击定位检测单元、杆塔倾斜检测单元、杆塔气象环境检测单元、杆塔入侵 报警单元、输电线路覆冰参数检测单元、中心控制器、无线收发装置和恒温器；供电单元又 分为太阳能发电和风力发电两部分，并且风力发电机还具有风速和风向检测功能，是杆塔 气象环境检测装置的重要组成部分；供电单元将采集的电量通过采集电路储存到蓄电池 里，对系统进行供电；无线收发装置通过GPRS或无线局域网将现场采集的信息发到远处的 监控中心；恒温器是保证系统在低温下正常工作的重要装置，高压杆塔综合监控装置包括 六个主要功能单元，每个单元都有数据接口和中心控制相联，传送采集数据，接受中心控制 器的管理和控制，中心控制器通过无线装置和远端监控中心联系，组成无线局域网或GPRS 网，方便监控中心对高压杆塔的监控和管理。
如图2所示，本发明所述高压杆塔的综合测控装置具体工作流程为装置开机以 后首先进行初始化，自检正常后开始进行数据采集工作，否则系统通过无线方式向监控中 心进行报警；各个单元采集的数据如果正常则采用定时发送的机制，如数据异常则立即向 监控中心进行报警；该装置一直处于监听状态，如果有监控中心发来自检的指令，立即中断 现在工作，进行系统自检，并把自检结果和各个单元的数据发送出去，然后恢复中断前的工 作；无线发送数据包括该系统的地址、各个单元传感器的地址、各个单元的采集数据信息、 各个单元的状态信息、校验码等；当杆塔气象环境检测装置中采集的温度低于系统设定最 低工作温度时，立即启动恒温器，当温度高于最低温度则关闭恒温器，使系统始终处于设定 的最低工作温度以上工作，整个装置采用看门狗机制，装置出现问题后可以自动重新复位， 提高了装置的可靠性和免维护性。如图3所示，本发明所述的智能驱鸟单元包括雷达传感器或红外传感器、信号放 大和处理部分、A/D转换部分、控制器、数据接口、超声波发生器和语音发生器；其中雷达传 感器和红外传感器的选用，可根据实际环境选用其中之一或二者的组合；雷达和红外传感 器检测的信号比较微弱，必须经过信号处理才能得到达到判断物体运动的效果；控制器一 般采用DSP，其主要作用是对前端的信号采集部分进行数字信号处理，扩大监控范围，产生 脉冲信号，控制超声波发生器和语音发生器的开闭；超声波发生器是一种产生超声波脉冲 干扰装置，能够刺激和破坏鸟类神经系统、生理系统，使其生理紊以达到驱鸟得效果；语音 发生器集成了多种鸟类天敌以及各种电子模拟声音，采用随机播放顺序、随机播放间隔、随 机播放频率三种随机方式播放声音芯片库中的声音，音质好，声音宏远，有效的防止了鸟类 的适应性如图4所示，本发明所述的智能驱鸟单元工作流程为该单元初始化后，开始进入 监控状态，超声波发生器和语音发生器在无鸟状态下是关闭的，当警戒空间内有鸟进入，全 天候雷达传感器识别后通过控制器控制驱鸟装置的开启，超声波发生器先开启并发出频率 可变超声波，当鸟离开后便自动关闭超声波发生器的输出；若在设定时间内，鸟仍然没有 离开，语音发生器便会启动发出恐吓语音，直到鸟类离开，鸟类离开后控制器关闭两种发生 器；控制器和软件可实现数百种超声波、语音组合。如图5所示，本发明所述的闪络及雷击定位单元包括罗氏线圈电流传感器、信号 放大和处理部分、A/D转换部分、控制器和数据接口。该单元根据电磁感应原理，通过检测 闪络和雷击瞬间电磁场在罗氏线圈中感应电流大小和方向，来判断雷击和闪络的类型和大 小；罗氏线圈电流传感器是一种大电流传感器，能够有效的监控雷击和闪络的发生；发生 雷击时，罗氏电流传感器会输出雷击在杆塔上感应电流的大小，经过信号放大和处理，并经 A/D转换，将感应电流的大小送到控制器中，控制器通过得到的感应电流换算成雷击实际电 流的大小，并进行数字信号处理得到雷击和闪络的具体类型。如图6所示，本发明所述的闪络及雷击定位单元工作流程为该单元初始化后，开 始进入监控状态，罗氏线圈传感器一直开启并对杆塔电流的状况进行检测，如果检测到的 电流超过设定的电流，则立即发出报警信息，否则继续检测；如有报警信息，控制器通过信 号处理得到检测电流大小和方向，判断雷击和闪络的类型，向中心控制器输出检测到的数
据信息。如图7所示，本发明所述的杆塔倾斜检测单元包括倾角传感器、信号放大和处理部分、A/D转换部分、控制器和数据接口 ；倾角传感器是杆塔检测单元的核心部分，本发明 中采用二轴倾角传感器，在安装时，将X轴或Y轴正方向对准东、南、西、北四个方向其中之 一，通过控制器处理，能够得出杆塔在X轴和Y轴方向各倾斜了多少，就能得到杆塔的具体 倾斜方位，便于维护人员对杆塔的维护。如图8所示，本发明所述的杆塔倾斜检测单元工作流程为该单元初始化后，开始 进入监控状态，倾角传感器一直检测杆塔在X轴和Y轴方向的倾斜角度，如果倾角传感器检 测到杆塔发生倾斜，控制器计算倾斜角度并且向上位机输出倾斜角度，如果倾斜角度超过 设定的倾斜限度，则向上位机报警，否则继续监测。如图9所示，本发明所述的杆塔气象环境检测单元包括风速传感器、风向传感 器、温度传感器、湿度传感器、信号放大和处理部分、A/D转换部分、控制器和数据接口 ；风 速传感器和风向传感器是检测风力气象参数的，风向传感器通过风标转动的角度，来计算 出风力的方向；风速传感器固定在风标上，随风标的转动而转动，始终保持着检测最大风速 的方向；本发明中根据实际需求把风速风向传感器与风力发电机结合在一起，利用风力发 电和太阳能发电各自优势，实现系统的环境自适应和自供电。如图10所示，本发明所述的具有风力检测功能的风力发电机由风叶(3)、风标 (2)、发电机(1)、风力检测单元和电量采集单元，其中风力检测单元包括角度传感器、电 流传感器、信号放大和处理部分、信号输出部分，电量采集部分包括整流、滤波、变压、直流 调制、蓄电池；角度传感器是检测风标转动的角度从而检测风力的方向；电流传感器是检 测风叶转动带动发电机转轴转动所发电量的大小，从而间接计算出风速的大小；采集部分 是发电机电量采集部分，将产生的电量经过整理存储在蓄电池中，供整个系统供电，实现了 该装置的环境自适应，这是本发明的创新点，该创新点符合环境保护的发展趋势，增强了高 压杆塔的免维护性。如图11所示，本发明所述的杆塔气象环境检测单元工作流程为该单元初始化 后，开始进入监控状态，四个传感器均处于检测状态，采集环境的气象参数，该参数经处理 后送到控制器中，并通过数据接口向上位机输出气象参数数据，同时本单元控制器判断气 象参数是否超过预先设定报警限制，如果超过设定限制，立即向上位机报警，否则继续监 控。如图12所示，本发明所述的杆塔入侵报警单元包括摄像机、视频信号处理部分、 A/D转换部分、控制器和数据接口 ；摄像机是采集监控范围图像的装置、摄像机采集的图像 经视频信号处理和A/D转换后送到控制器中，控制器对检测的图像进行识别和图像处理后 来判断是否有人或物侵入监控范围，如有人或物入侵，立即向上位机发出报警信号。如图13所示，本发明所述的杆塔入侵报警单元工作流程为该单元初始化后，开 始进入检测状态，先初始图像放入寄存器一，等过η秒后把检测图像放入寄存器二，η为大 于等于1的整数，通过智能分析系统分析寄存器二和寄存器一中是否有侵入体的差别，如 果没有则判断没有人或物侵入监测范围，否则认为有人或物入侵，立即报警；判断完之后把 寄存器二的图像移到寄存器一中，继续采集图像存到寄存器二中，继续进行监控。如图14所示，本发明所述的输电线路覆冰参数检测单元包括倾角传感器、拉力传 感器、信号放大和处理部分、A/转换部分、控制器和数据接口 ；倾角传感器安装在输电线路 的绝缘子上，测量绝缘子与垂直方向的夹角，拉力传感器是测量绝缘子串作用在输电塔上拉力大小；倾角传感器和拉力传感器测得参数通过数据接口传到上位机。如图15所示，本发明所述的输电线路覆冰参数检测单元工作流程为该单元初始 化后，开始进入检测状态，设定采样时间η，η为大于等于1的整数，控制器η秒采集一次倾 角和拉力数据，并将采集的数据处理后通过数据接口传给上位机，上位机在通过无线收发 单元将数据传给监控中心，作为覆冰分析的重要参数；覆冰检测的原理是假定悬垂绝缘 子串为均布荷载的刚体直棒，通过在绝缘子串上安装拉力传感器、倾角传感器，测量绝缘子 串的偏斜角度以及绝缘子串作用在输电塔上拉力大小，根据力矩平衡和力平衡条件，可以 计算得到作用在绝缘子串上的导线综合荷载大小，输电线路覆冰时，作用在输电塔上的综 合荷载包括垂直档距内的导线荷载、覆冰荷载以及风荷载，风荷载由风速风向传感器测量 的结果按照输电线路设计规范计算得出，最后根据建立力学分析方程得出线路覆冰的重量 和厚度。如图16所示，本发明所述的高压杆塔的综合测控装置界面显示系统的检测信息 包括各个单元是否正常、访问系统的地址、工作时间、智能驱鸟单元的是否处于驱鸟状态、 闪络和雷击电流的大小、闪络和雷击的类别、遭遇雷击和闪络的报警状态、二轴倾角的大 小、倾角超限报警界面、倾角方向、系统环境的风速大小、风向、温度大小、湿度大小、环境气 象报警界面、供电电压、蓄电池电量、恒温器是否开启、系统自检控制选项、杆塔入侵报警界 面、覆冰超限报警、绝缘子倾角和拉力、覆冰综合分析界面等。本发明所述的高压杆塔的综合测控装置能够完成智能驱鸟、智能雷击和闪络定 位、智能杆塔倾斜检测、智能气象环境检测、智能入侵报警、智能覆冰参数检测等功能，风力 和太阳能发电符合环境自供电的要求，能够稳定高效的提供装置所需电源，提高了系统的 免维护性，环境适应能力强，应用前景广阔；该装置是一种全新的，智能的，高技术含量的综 合智能监控系统，是智能电网的重要组成部分，完全符合国家电网建设智能化电网的需求， 具有较高的实用价值和应用价值。以上所述仅为本发明的优选并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以 对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修 改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和 变型在内。
权利要求
一种高压杆塔的综合测控装置，装置包括供电单元、6个功能单元、中心控制器、无线收发装置和恒温器；6个功能单元包括智能驱鸟单元、闪络及雷击定位检测单元、杆塔倾斜检测单元、杆塔气象环境检测单元、杆塔入侵报警单元和输电线路覆冰参数检测单元；供电单元包括太阳能电池和风力发电机两部分，并且风力发电机还具有风速和风向检测功能，是杆塔气象环境检测装置的组成部分；供电单元将采集的太阳能和风能通过采集电路储存到蓄电池里，对系统进行供电；无线收发单元将现场采集的信息发到远处的监控中心；恒温器在工作温度低于预定最低工作温度时开启，保证系统在低温下正常工作；高压杆塔综合测控装置中的6个功能单元中每个单元都有数据接口和中心控制器相联，传送采集数据，接受中心控制器的管理和控制，中心控制器通过无线装置和远端监控中心联系，接受监控中心对高压杆塔的监控和管理。
2.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于装置开机以后首先 进行初始化，初始化正常后开始进行数据采集工作，否则系统通过无线方式向监控中心进 行报警；各个功能单元采集的数据如果正常则采用定时发送的机制，如数据异常则立即向 监控中心进行报警；该装置一直处于监听状态，如果有监控中心发来自检的指令，立即中断 现在工作，进行系统自检，并把自检结果和各个功能单元的数据发送出去，然后恢复中断前 的工作；整个装置采用看门狗机制，装置出现问题后可以自动重新复位。
3.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于智能驱鸟单元包括 雷达传感器、红外传感器、信号放大和处理部分、A/D转换部分、控制器、数据接口、超声波 发生器和语音发生器；雷达传感器和红外传感器可根据实际环境选用其中之一或二者的组 合；超声波发生器发出的超声波频段能够刺激和破坏鸟类神经系统、生理系统；语音发生 器集成了多种鸟类天敌以及各种电子模拟声音，采用随机播放顺序、随机播放间隔、随机播 放频率三种随机方式播放声音芯片库中的声音。
4.根据权利要求3所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于智能驱鸟单元通过 传感器判断监控区域内是否有鸟类进入，当有鸟进入，开启超声波发生器进行驱鸟，若在设 定时间内鸟仍然没有离开，语音发生器便会启动继续进行驱鸟，直到鸟类离开后控制关闭 两种发生器。
5.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于闪络及雷击定位单 元包括罗氏线圈、电流传感器、信号放大和处理部分、A/D转换部分、控制器和数据接口。
6.根据权利要求5所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于闪络及雷击定位单 元通过传感器检测流经杆塔电流的大小，如电流超过设定的电流上限，立即发出报警信息， 控制器通过信号处理得到检测电流大小和方向，判断雷击和闪络的类型，向中心控制器输 出检测到的数据信息。
7.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于杆塔倾斜检测单元 包括倾角传感器、信号放大和处理部分、A/D转换部分、控制器和数据接口 ；倾角传感器采 用二轴倾角传感器或二轴加速度传感器。
8.根据权利要求7所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于杆塔倾斜检测单元 通过倾角传感器一直检测杆塔在X轴和Y轴方向的倾斜角度，如果倾角传感器检测到杆塔 发生倾斜，控制器计算倾斜角度并且向上位机输出倾斜角度，如果倾斜角度超过设定的倾 斜限度，则向上位机报警，否则继续监测。
9.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于杆塔气象环境检测 单元包括风速传感器、风向传感器、温度传感器、湿度传感器、信号放大和处理部分、A/D转 换部分、控制器和数据接口。
10.根据权利要求9所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于杆塔气象环境检测 单元中通过四个传感器采集环境的气象参数，并将参数送到控制器中处理，然后通过数据 接口向上位机输出气象参数数据，如果采集数据超过设定限制参数，立即向上位机报警，否 则继续监控。
11.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于具有风力检测功能 的风力发电机包括风叶(3)、风标(2)、发电机(1)、风力检测单元和电量采集单元，其中风 力检测单元由角度传感器、电流传感器、信号放大和处理部分、信号输出部分组成，电量采 集单元由整流、滤波、变压、直流调制、蓄电池组成；角度传感器通过检测风标转动的角度从 而检测风力的方向；电流传感器是检测风叶转动带动发电机转轴转动所发电量的大小，从 而间接计算出风速的大小。
12.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于杆塔入侵报警单元 包括摄像机、视频信号处理部分、A/D转换部分、控制器和数据接口。
13.根据权利要求12所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于杆塔入侵报警单 元通过摄像机进行图像采集，先将采集到的初始图像放入第一寄存器，等过η秒后把最新 的检测图像放入第二寄存器，η为大于等于1的整数，通过智能分析系统分析第一寄存器和 第二寄存器中是否有差别，如果没有则判断没有人或物侵入监测范围，否则认为有人或物 入侵，立即报警；判断完之后把第二寄存器的图像移到第一寄存器中，继续采集图像存到第 二寄存器中，继续进行监控，该装置中的第一寄存器和第二寄存器中的图像分析是经过图 像处理后的比较，只识别是否有人或一定体积物体的移动或变化。
14.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于输电线路覆冰参数 检测单元包括倾角传感器、拉力传感器、信号放大和处理部分、A/D转换部分、控制器和数据 接口 ；其中倾角传感器安装在输电线路绝缘子上测量绝缘子串与垂直方向的夹角，拉力传 感器测量绝缘子串作用在输电塔上拉力大小。
15.根据权利要求14所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于输电线路覆冰参 数检测单元经过采样时间η秒采集一次倾角和拉力数据，η为大于等于1的整数，并将采 集的数据处理后通过数据接口传给上位机，上位机再通过无线收发单元将数据传给监控中 心，监控中心控制器将采集的拉力和倾角数据结合杆塔的气象参数，综合分析计算得出杆 塔的覆冰重量和厚度，如果覆冰的重量或厚度超限立即报警。
16.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于高压杆塔的综合测 控装置界面显示系统的检测信息包括各个单元是否正常、访问装置的地址、工作时间、智能 驱鸟单元是否处于驱鸟状态、闪络和雷击电流的大小、闪络和雷击的类别、遭遇雷击和闪络 的报警状态、二轴倾角的大小，倾角超限报警界面、倾角方向、系统环境的风速大小、风向、 温度大小、湿度大小、环境气象报警界面、供电电压，蓄电池电量、恒温器是否开启、系统自 检控制选项、杆塔入侵报警界面、覆冰超限报警、绝缘子倾角和拉力、覆冰综合分析界面。
17.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于装置的无线收发装 置与监控中心的通信采用 GPRS、HSCSD、WAP、EDGE、Bluetooth、EPOC、TD-SCMA、WCDMA、CDMA、CDMA2000、CDMA-EVD0, LTE、WIMAX 或无线局域网的方式。
18.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于无线发送数据包括 该装置的地址、各个单元传感器的地址、各个单元的采集数据信息、各个单元的状态信息、 校验码。
19.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于装置中各部分的控 制器以及中心控制器采用DSP、单片机、ARM或FPGA。
20.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于装置结构设计采用 防水、防静电、防电磁干扰、防爆、防雷击处理。
21.根据权利要求20所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于防电磁干扰方法 是各个单元的连线采用带有屏蔽层的同轴电缆，屏蔽层接地，并且在信号输入端安装EMI 吸收磁环；在非金属或非导电的单元表面或外壳涂上静电涂料。
22.根据权利要求9所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于温度传感器和湿度 传感器要与恒温器以及其他发热源保持一段距离，防止恒温器对温度传感器和湿度传感器 的影响。
23.根据权利要求17所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于装置采用无线局 域网传输方式时，各个杆塔装置和监控中心接收端组成的无线局域网采用星型和树型的组 网方式，为增强传输信号质量，每隔一段距离增设一个基站，中继并放大传输信号。
24.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于装置中的恒温器采 用在_20°C能够启动并且进行加热的设备。
25.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于装置中各个单元采 用超低功耗设计。
26.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于装置中的供电单元 采用了电池保护电路，当蓄电池的电量被充满后就停止外电路对蓄电池充电，防止过高的 电量对蓄电池的损坏。
27.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于监控中心接收端包 括接收天线、接收处理装置、数据接口、计算机，最终数据信息在计算机的显示器上显示，通 过计算机对远端的杆塔综合测控装置进行管理和控制。
28.根据权利要求1所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于接收端的报警装置 包括声音警报、灯光警报、图像警报。
29.根据权利要求28所述的高压杆塔的综合测控装置，其特征在于所述的声音警报 采用喇叭，所述的灯光警报采用具有警示色和闪烁功能的灯泡或LED，所述的图像警报是在 计算机显示器上跳出报警界面。
全文摘要
本发明涉及一种高压杆塔的综合测控装置，装置主要包括供电单元、智能驱鸟单元、闪络及雷击定位检测单元、杆塔倾斜检测单元、杆塔气象环境检测单元、杆塔入侵报警单元、输电线路覆冰参数检测单元、中心控制器、无线收发装置和恒温器；供电单元包括太阳能电池和风力发电机两部分，且风力发电机还具有风速和风向检测功能，是杆塔气象环境检测装置的重要组成部分；供电单元将采集的电量通过采集电路储存到蓄电池里，对装置进行供电；无线收发装置通过GPRS或无线局域网将现场采集的信息发到远处的监控中心；本发明能够完成智能驱鸟、闪络和雷击定位、杆塔倾斜检测、气象环境检测、入侵报警、覆冰参数检测等功能，风力和太阳能发电符合环境自供电的要求，提高了系统的免维护性，环境适应能力强；本装置是智能电网的重要组成部分，符合国家电网建设智能电网的要求，具有较高的实用价值和广阔的应用前景。
文档编号H02J13/00GK101989767SQ20101050542
公开日2011年3月23日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者崔彦岭, 齐洪东 申请人:中电国科(北京)科技有限公司