电网输电线路覆冰监测系统论文和设计-肖力文

全文摘要

本实用新型提供了一种电网输电线路覆冰监测系统，涉及覆冰监测技术领域，包括无线通信模块、远程监控终端、控制器、光纤温度传感器、光纤重力传感器和光纤加速度传感器；光纤温度传感器、光纤重力传感器和光纤加速度传感器分别与控制器连接；光纤温度传感器用于采集环境温度、输电线温度和环境湿度，光纤重力传感器用于采集输电线重量；光纤加速度传感器用于采集绝缘子串倾角和杆塔倾角；无线通信模块分别与控制器和远程监控终端连接，用于接收控制器的监测数据，并通过无线通信的方式将监测数据发送至远程监控终端，以使远程监控终端用于对监测数据进行显示、存储和报警；本实用新型能够提高输电线路监测结果的准确性，提高监测可靠性。

主设计要求

1.一种电网输电线路覆冰监测系统，其特征在于，包括：无线通信模块、远程监控终端、控制器、光纤温度传感器、光纤重力传感器、光纤加速度传感器和太阳能供电模块；所述光纤温度传感器、光纤重力传感器和光纤加速度传感器分别与所述控制器连接；所述光纤温度传感器用于采集环境温度、输电线温度和环境湿度，所述光纤重力传感器用于采集输电线重量；所述光纤加速度传感器用于采集绝缘子串倾角和杆塔倾角；所述无线通信模块分别与所述控制器和所述远程监控终端连接，用于接收所述控制器的监测数据，并通过无线通信的方式将所述监测数据发送至所述远程监控终端，以使所述远程监控终端对所述监测数据进行显示、存储和报警；所述太阳能供电模块包括太阳能控制器、太阳能板、蓄电池和供电模块，所述太阳能板与所述蓄电池连接，所述太阳能控制器分别与所述太阳能板、蓄电池和供电模块连接，所述供电模块与所述控制器连接。

设计方案

1.一种电网输电线路覆冰监测系统，其特征在于，包括：无线通信模块、远程监控终端、控制器、光纤温度传感器、光纤重力传感器、光纤加速度传感器和太阳能供电模块；

所述光纤温度传感器、光纤重力传感器和光纤加速度传感器分别与所述控制器连接；所述光纤温度传感器用于采集环境温度、输电线温度和环境湿度，所述光纤重力传感器用于采集输电线重量；所述光纤加速度传感器用于采集绝缘子串倾角和杆塔倾角；

所述无线通信模块分别与所述控制器和所述远程监控终端连接，用于接收所述控制器的监测数据，并通过无线通信的方式将所述监测数据发送至所述远程监控终端，以使所述远程监控终端对所述监测数据进行显示、存储和报警；

所述太阳能供电模块包括太阳能控制器、太阳能板、蓄电池和供电模块，所述太阳能板与所述蓄电池连接，所述太阳能控制器分别与所述太阳能板、蓄电池和供电模块连接，所述供电模块与所述控制器连接。

2.根据权利要求1所述的电网输电线路覆冰监测系统，其特征在于，还包括气象参数采集模块、拉力传感器和图像采集模块，所述气象参数采集模块、拉力传感器和图像采集模块分别与所述控制器连接，以分别采集气象参数、绝缘子串的拉力和倾角以及输电线路图像。

3.根据权利要求2所述的电网输电线路覆冰监测系统，其特征在于，所述气象参数采集模块包括风速测量传感器、风向测量传感器、气压测量传感器、照度测量传感器和雨量测量传感器，所述风速测量传感器、风向测量传感器、气压测量传感器、照度测量传感器和雨量测量传感器分别与所述控制器连接。

4.根据权利要求1所述的电网输电线路覆冰监测系统，其特征在于，所述控制器型号为SAM9G10。

5.根据权利要求1所述的电网输电线路覆冰监测系统，其特征在于，还包括客户终端，所述客户终端通过无线移动网络与所述远程监控终端通信，以获取所述监测数据。

6.根据权利要求1所述的电网输电线路覆冰监测系统，其特征在于，所述远程监控终端包括主服务器、数据库服务器和打印机，所述数据库服务器和所述打印机分别与所述主服务器连接，所述主服务器与所述无线通信模块连接。

7.根据权利要求1所述的电网输电线路覆冰监测系统，其特征在于，所述光纤温度传感器的型号为FOT-GERO。

8.根据权利要求1所述的电网输电线路覆冰监测系统，其特征在于，还包括存储模块、看门狗模块和时钟模块，所述存储模块、看门狗模块和时钟模块分别与所述控制器连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及覆冰监测技术领域，尤其是涉及一种电网输电线路覆冰监测系统。

背景技术

输电线路导线在低温潮湿等情况下常常会发生覆冰现象，在一定的风力作用下还会舞动，造成金具损坏、断线、绝缘子串冰闪、基础下沉或倾斜，甚至杆塔倾倒、导线接地等事故，严重威胁电力系统的安全运行。因此，对输电线路覆冰进行在线监测室保证输电设备安全、可靠运行，避免损失的一种有效手段。目前，通过采集输电线路的温度、湿度、重力、倾角等数据，以及通过测量气象参数、采集输电线路图像等方式建立输电线路的覆冰模型，对输电线路的覆冰状况进行预警。但是，目前对输电线路监测的传感器均为电气测量传感器，许多输电线路所处环境恶劣，高压输电线路电磁场干扰强度大，极易影响传感器的检测结果，导致传感器监测结果不准确，可靠性低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电网输电线路覆冰监测系统，能够提高输电线路监测结果的准确性，提高监测可靠性。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种电网输电线路覆冰监测系统，包括：无线通信模块、远程监控终端、控制器、光纤温度传感器、光纤重力传感器、光纤加速度传感器；

所述无线通信模块分别与所述控制器和所述远程监控终端连接，用于接收所述控制器的监测数据，并通过无线通信的方式将所述监数据发送至所述远程监控终端，以使所述远程监控终端对所述监测数据进行显示、存储和报警。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括气象参数采集模块、拉力传感器和图像采集模块，所述气象参数采集模块、拉力传感器和图像采集模块分别与所述控制器连接，以分别采集气象参数、绝缘子串的拉力和倾角以及输电线路图像。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述气象参数采集模块包括风速测量传感器、风向测量传感器、气压测量传感器、照度测量传感器和雨量测量传感器，所述风速测量传感器、风向测量传感器、气压测量传感器、照度测量传感器和雨量测量传感器分别与所述控制器连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述控制器的型号为SAM9G10。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，还包括客户终端，所述客户终端通过无线移动网络与所述远程监控终端通信，以获取所述监测数据。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述远程监控终端包括主服务器、数据库服务器和打印机，所述数据库服务器和所述打印机分别与所述主服务器连接，所述主服务器与所述无线通信模块连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括太阳能供电模块，所述太阳能供电模块与所述控制器连接。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述太阳能供电模块包括太阳能控制器、太阳能板、蓄电池和供电模块，所述太阳能板与所述蓄电池连接，所述太阳能控制器分别与所述太阳能板、蓄电池和供电模块连接，所述供电模块与所述控制器连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述光纤温度传感器的型号为FOT-GERO。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，还包括存储模块、看门狗模块和时钟模块，所述存储模块、看门狗模块和时钟模块分别与所述控制器连接。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：本实用新型通过光纤温度传感器采集环境温度、光纤温度，通过光纤重力传感器采集输电线重量，通过光纤加速度传感器采集绝缘子串倾角和杆塔倾角；而光纤温度传感器、光纤重力传感器和光纤加速度传感器抗电磁干扰能力强，且具有较高的采集精度，能够有效提高输电线路监测结果的准确性，提高监测可靠性。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的电网输电线路覆冰监测系统的原理图；

图2为本实用新型实施例提供的电网输电线路覆冰监测系统的另一个原理图。

图标：10-控制器；21-光纤加速度传感器；22-光纤温度传感器；23-光纤重力传感器；30-无线通信模块；40-远程监控终端；50-拉力传感器；60-气象参数采集模块；70-图像采集模块；80-太阳能供电模块；81-供电模块；82-太阳能控制器；83-太阳能板；84-蓄电池；90-看门狗模块；100-时钟模块；110-存储模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前对输电线路监测的传感器均为电气测量传感器，许多输电线路所处环境恶劣，高压输电线路电磁场干扰强度大，极易影响传感器的检测结果，导致传感器监测结果不准确，可靠性低，基于此，本实用新型实施例提供的一种电网输电线路覆冰监测系统，可以提高输电线路监测结果的准确性，提高监测可靠性。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种电网输电线路覆冰监测系统进行详细介绍，

实施例一：

参照图1，本实施例提出的电网输电线路覆冰监测系统，包括：无线通信模块30、远程监控终端40、光纤温度传感器22、光纤重力传感器23、光纤加速度传感器21；

所述光纤温度传感器22、光纤重力传感器23和光纤加速度传感器21分别与所述控制器10连接；所述光纤温度传感器22用于采集环境温度、输电线温度和环境湿度，所述光纤重力传感器23用于采集输电线重量；所述光纤加速度传感器21用于采集绝缘子串倾角和杆塔倾角；

所述无线通信模块30分别与所述控制器10和所述远程监控终端40连接，用于接收所述控制器10的监测数据，并通过无线通信的方式将所述监测数据发送至所述远程监控终端40，以使所述远程监控终端40用于对所述监测数据进行显示、存储和报警。

具体地，通过采集光纤传感器的光纤光栅的波长，从而实时地监测线路的温度、湿度、导线重力、杆塔倾角、绝缘子串倾角等信息。

光纤传感器的工作原理是：将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数相互作用，使得光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光电器件、经解调器解调后获得被测参数。其中，被测参数可以是温度、磁、声、压力、加速度，因此，光纤传感器根据测量对象可分为光纤温度传感器22、光纤压力(重力)传感器、光纤应变传感器、光纤位移传感器、光纤振动传感器、光纤加速度传感器21等等。

光纤温度传感器22、光纤重力传感器23和光纤加速度传感器21的基本原理是利用被测参量对光学敏感元件的作用，使敏感元件的折射率、传感常数或光强发生变化，从而使得光的相位随被测参量而变，然后用干涉仪进行解调，即可得到被测参量的信息。

在本实施例中，主要采用光纤温度传感器22、光纤重力传感器23、光纤加速度传感器21。无线通信模块30主要用于将各光纤传感器采集的数据上传至远程监控终端40。

光纤加速度传感器21将绝缘子串和杆塔的加速度数据发送给控制器10，控制器10根据加速度数据计算绝缘子串和杆塔的倾角。同理，光纤温度传感器22和光纤重力传感器23将输电线路或环境温度、输电线的重力数据发送至控制器，计算输电线路温度、环境温度、输电线重量。

同理，还可以增加光纤湿度传感器或光纤温湿度传感器测量环境湿度。

进一步地，还包括气象参数采集模块60、拉力传感器50和图像采集模块70，所述气象参数采集模块60、拉力传感器50和图像采集模块70分别与所述控制器10连接，以分别采集气象参数、绝缘子串的拉力和倾角以及输电线路图像。

具体地，通过将拉力传感器50安装在绝缘子串与输电线的连接处，来测量绝缘子串对导线的拉力。

图像采集模块70用于采集现场图像，以使工作人员能够直观的观察输电线的覆冰状况。气象参数采集模块60用于采集导线周围的气象参数如温度、湿度、风速、风向、雨量、大气压等，从而方便工作人员观察输电线周围的气象状况，了解覆冰状况。

进一步地，所述气象参数采集模块60包括风速测量传感器、风向测量传感器、气压测量传感器、照度测量传感器和雨量测量传感器，所述风速测量传感器、风向测量传感器、气压测量传感器、照度测量传感器和雨量测量传感器分别与所述控制器10连接。

具体地，气象参数采集模块60的各个测量传感器分别用于采集风速、风向、气压、照度和雨量，从而方便工作人员根据各气象参数预测覆冰状况，提前采取措施。

进一步地，所述控制器10为SAM9G10。

具体地，采用ATMEL公司的宣布推出基于ARM926EJ-S的SAM9G10型嵌入式微处理器。

进一步地，还包括客户终端，客户终端通过无线移动网络与所述远程监控终端40通信，以获取所述监测数据。

优选地，客户终端通过无线移动网络与远程监控终端40通信，从而方便客户(工作人员)随时随地观察采集的气象参数、输电线温度、绝缘子拉力倾角、杆塔倾角等参数，观察输电线路图像，以了解相关线路的覆冰状况。

进一步地，所述远程监控终端40包括主服务器、数据库服务器和打印机，所述数据库服务器和所述打印机分别与所述主服务器连接，所述主服务器与所述无线通信模块30连接。

优选地，服务器还连接有报警器，报警器为声光报警器。远程监控终端40主要用于主要负责将上传的数据进行存储、分析和打印。

进一步地，参照图2，还包括太阳能供电模块80，所述太阳能供电模块80与所述控制器10连接。

进一步地，所述太阳能供电模块80包括太阳能控制器82、太阳能板83、蓄电池84和供电模块81，所述太阳能板83与所述蓄电池84连接，所述太阳能控制器82分别与所述太阳能板83、蓄电池84和供电模块81连接，所述供电模块80与所述控制器10连接。

具体地，太阳能板83将太阳能转变为电能发送给蓄电池84，蓄电池84通过供电模块81为各个电路供电。参照图2，太阳能控制器82用于控制太阳能板83向蓄电池84供电。需要注意的是，供电模块81除了向控制器10供电外，根据实际需求还向其他各个模块供电(图中未画出)，例如图像采集模块70优选采用摄像装置进行图像采集时，摄像装置需要供电模块81为其供电。

进一步地，所述光纤温度传感器22的型号为FOT-GERO。

具体地，光纤温度传感器22采用加拿大的FOT-GERO传感器，还使用ATE-XMTA型智能数字(光柱)显示调节仪，用于显示各个光纤传感器的采集结果。

进一步地，还包括存储模块110、看门狗模块90和时钟模块100，所述存储模块110、看门狗模块90和时钟模块100分别与所述控制器10连接。

具体地，存储模块110用于存储光纤温度传感器22、光纤重力传感器23、光纤加速度传感器21、气象参数采集模块60、拉力传感器50和图像采集模块70采集的各项参数。

本实施例具有如下有益效果：

采用光纤传感器采集温度、重量、倾角等参数，抗电磁干扰能力强，采集准确性高，提高了系统的可靠性；能通过图像确认现场情况，及时对线路覆冰状况进行评估和预警，以便对相关线路采取针对性防治措施，进一步提高线路运行的安全可靠性；能够监测各种气象参数，以便对未来覆冰趋势做出准确预测；还能够监测杆塔倾角、绝缘子串拉力和倾角，不仅能够根据其参数判断覆冰情况，还能够在覆冰严重或其他情况下及时发现杆塔、绝缘子串的故障，及时采取针对性措施，确保输电线路的安全运行。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

设计图

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