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高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)，涉及機械振動或超聲波探測裝置【技術領域】。所述監(jiān)測系統(tǒng)包括若干個安裝在輸電導線上的導線疲勞預警裝置、線路監(jiān)測基站、WEB服務器、數(shù)據(jù)備份服務器、若干個Internet用戶終端、用戶基站以及若干個移動用戶終端。所述系統(tǒng)通過導線疲勞預警裝置能夠?qū)崟r監(jiān)測輸電線路的振動及超聲回波情況，分析導線的疲勞情況，并給出告警信息，協(xié)助運行部門對輸電線路進行有效的維護，避免由輸電線路導線微風振動引起的導線斷股事故。
【專利說明】高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機械振動或超聲波探測裝置【技術領域】，尤其涉及一種高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]輸電導線經(jīng)絕緣子高壓端接頭金具固定，通過絕緣子串懸掛在鐵塔上；輸電鐵塔是固定的，絕緣子串除稍有風擺外也基本是固定的；而長長的輸電導線懸掛在空中受到風力等多方面因素影響，必然發(fā)生振動、擺動、舞動，這些動作都相對絕緣子高壓端頭固定點發(fā)生；相對地說，輸電導線這種頻率隨機、幅度隨機的振動都對該固定點進行，造成一種反復折彎的效果，尤其是上下振動，引起導線在固定點處反復彎折，日復一日、年復一年，輸電導線承重的鋼芯率先疲勞，接著就有斷股、斷線發(fā)生的可能。目前國內(nèi)外普遍采用IEEE標準規(guī)定的相對振幅測量法來衡量微風振動危害程度。
[0003]懸臂梁電阻應變式傳感器是目前采用最多的一種傳感器，優(yōu)點是結構簡單，但電阻應變式傳感器容易受環(huán)境影響，存在電橋平衡難、非線性誤差大和易受電磁干擾以及不能長期穩(wěn)定運行等問題，對測量結果和穩(wěn)定性有很大影響；另外，電阻應變式傳感器需要電源供電，造成測量裝置體積過大，倒裝法安裝的懸臂梁電阻應變式傳感器對導線振動測量造成一定誤差，具有采集數(shù)據(jù)不準確，導線狀態(tài)判斷不準確的特點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)通過導線疲勞預警裝置能夠?qū)崟r監(jiān)測輸電線路的振動及超聲回波情況，分析導線的疲勞情況，并給出告警信息，協(xié)助運行部門對輸電線路進行有效的維護，避免由輸電線路導線微風振動引起的導線斷股事故。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是:一種高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測系統(tǒng)包括若干個安裝在輸電導線上的導線疲勞預警裝置，用于通過振動加速度傳感器和超聲波損傷探測模塊采集高壓輸電導線的疲勞程度；線路監(jiān)測基站，位于高壓輸電鐵塔附近，用于接收導線疲勞預警裝置采集的導線疲勞數(shù)據(jù)，并將所述采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過融合、存儲、管理后使用無線網(wǎng)絡進行遠距離傳輸；WEB服務器，用于接收線路監(jiān)測基站無線輸出的數(shù)據(jù)，并將該輸出通過因特網(wǎng)進行發(fā)布；數(shù)據(jù)備份服務器，用于接收線路監(jiān)測基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并進行存儲和備份；若干個Internet用戶終端，通過Internet網(wǎng)絡與WEB服務器進行數(shù)據(jù)交互，用于接收WEB服務器轉(zhuǎn)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對異常數(shù)據(jù)進行報警；用戶基站，用于無線接收線路監(jiān)測基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并通過無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)進行發(fā)布；若干個移動用戶終端，用于通過無線網(wǎng)絡接收用戶基站發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對異常數(shù)據(jù)進行報警。
[0006]進一步優(yōu)選的技術方案在于:所述導線疲勞預警裝置包括三個振動加速度傳感器、一個超聲波損傷探測模塊、信號調(diào)理模塊、信號處理模塊、供電模塊以及無線傳輸模塊，所述振動加速度傳感器和超聲波損傷探測模塊與信號調(diào)理模塊的輸入端連接，振動加速度傳感器固定在導線的不同方向上，用于檢測導線在不同方向上的振動加速度，超聲波損傷探測模塊用于向?qū)虬l(fā)出超聲波并采集導線的超聲回波，信號調(diào)理模塊用于將振動加速度傳感器和超聲波損傷探測模塊采集的數(shù)據(jù)進行變換和處理并輸出給信號處理模塊；信號調(diào)理模塊的信號輸出端與信號處理模塊的輸入端連接，用于將接收到的導線振動加速度信息和導線超聲回波信息進行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線傳輸模塊；無線傳輸模塊與信號處理模塊雙向連接，用于發(fā)送信號處理模塊計算得出的導線疲勞狀態(tài)信息以及接受遠程終端下發(fā)給信號處理模塊的操作命令；所述供電模塊為振動加速度傳感器、超聲波損傷探測模塊、信號調(diào)理模塊、信號處理模塊以及無線傳輸模塊提供工作電源。
[0007]進一步優(yōu)選的技術方案在于:所述預警裝置還包括風速和風向傳感器，通過信號調(diào)理模塊與信號處理模塊電連接，用于采集風速和風向信息。
[0008]進一步優(yōu)選的技術方案在于:所述供電模塊為太陽能供電模塊或高壓感應充電模塊。
[0009]進一步優(yōu)選的技術方案在于:所述太陽能供電模塊包括太陽能電池、充放電控制器以及蓄電池，所述太陽能電池通過充放電控制器與蓄電池電連接，充放電控制器的電源輸出端為所述太陽能供電模塊的電源輸出端，充放電控制器用于控制太陽能電池直接為所述預警裝置提供電源和/或為蓄電池充電，以及控制蓄電池為所述預警裝置提供電源。
[0010]進一步優(yōu)選的技術方案在于:所述高壓感應充電模塊包括高壓感應模塊、充放電控制器以及蓄電池，所述高壓感應模塊通過充放電控制器與蓄電池電連接，充放電控制器的電源輸出端為所述高壓感應充電模塊的電源輸出端，充放電控制器用于控制高壓感應模塊直接為所述預警裝置提供電源和/或為蓄電池充電，以及控制蓄電池為所述預警裝置提供電源。
[0011]進一步優(yōu)選的技術方案在于:所述無線傳輸模塊為zigbee無線傳輸模塊和/或GPRS無線通信模塊。
[0012]采用上述技術方案所產(chǎn)生的有益效果在于:所述系統(tǒng)采用導線疲勞預警裝置監(jiān)測輸電線路的疲勞程度，并通過線路監(jiān)測基站收集若干個導線疲勞預警裝置采集的信息，將線路監(jiān)測基站收集的信息分別通過WEB服務器以有線的形式傳送給Internet用戶終端，通過用戶基站以無線的形式傳輸給若干個移動用戶終端，具有數(shù)據(jù)傳輸可靠，使用方便的特點。
[0013]此外，所述疲勞預警裝置通過使用振動加速度傳感器以及超聲波損傷探測模塊分別采集導線的振動以及超聲回波并將上述信息上傳至相關的數(shù)據(jù)處理裝置進行處理后得出導線的疲勞程度，具有測量準確，使用效果好的特點。所述預警裝置還包括風速以及風向傳感器，充分考慮風速以及風向?qū)Ь€振動的影響，進一步提高了導線狀態(tài)測量的準確度，防止錯誤判斷導線狀態(tài)。供電模塊采用太陽能供電或者高壓感應供電，就地取電，使用方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0015]圖1是本發(fā)明的原理框圖；
[0016]圖2是本發(fā)明中導線疲勞預警裝置的原理框圖；
[0017]圖3是導線疲勞預警裝置供電模塊的第一種原理框圖；
[0018]圖4是導線疲勞預警裝置供電模塊的第二種原理框圖。

【具體實施方式】
[0019]下面結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0020]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括若干個安裝在輸電導線上的導線疲勞預警裝置，用于通過振動加速度傳感器和超聲波損傷探測模塊采集高壓輸電導線的疲勞程度；線路監(jiān)測基站，位于高壓輸電鐵塔附近，用于接收導線疲勞預警裝置采集的導線疲勞數(shù)據(jù)，并將所述采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過融合、存儲、管理后使用無線網(wǎng)絡進行遠距離傳輸;WEB服務器，用于接收線路監(jiān)測基站無線輸出的數(shù)據(jù)，并將該輸出通過因特網(wǎng)進行發(fā)布；數(shù)據(jù)備份服務器，用于接收線路監(jiān)測基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并進行存儲和備份；若干個Internet用戶終端，通過Internet網(wǎng)絡與WEB服務器進行數(shù)據(jù)交互，用于接收WEB服務器轉(zhuǎn)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對異常數(shù)據(jù)進行報警；用戶基站，用于無線接收線路監(jiān)測基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并通過無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)進行發(fā)布；若干個移動用戶終端，用于通過無線網(wǎng)絡接收用戶基站發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對異常數(shù)據(jù)進行報警。
[0022]導線疲勞預警裝置正常運行時，導線疲勞預警裝置會監(jiān)測高壓輸電線路的微風振動、超聲回波、風向和風速信息，這些監(jiān)測到的信息通過短距離傳輸模塊以數(shù)據(jù)包的形式及時傳送到線路監(jiān)測基站，線路監(jiān)測基站對數(shù)據(jù)包進行解析、數(shù)據(jù)處理、存儲，并通過給web服務器和用戶基站進行發(fā)布，通過web服務器發(fā)布的數(shù)據(jù)，以有線的形式傳送給Internet用戶終端進行讀取，Internet用戶終端按照要求完成數(shù)據(jù)記錄、加工、導線的疲勞程度計算以及報警；通過用戶基站發(fā)布的數(shù)據(jù)傳送給移動用戶終端進行讀取，移動用戶終端按照要求完成數(shù)據(jù)記錄、加工、導線的疲勞程度計算以及報警。
[0023]如圖2所示為本發(fā)明中導線疲勞預警裝置的原理框圖，所述導線疲勞預警裝置包括三個振動加速度傳感器、一個超聲波損傷探測模塊、信號調(diào)理模塊、信號處理模塊、供電模塊以及無線傳輸模塊，所述振動加速度傳感器和超聲波損傷探測模塊與信號調(diào)理模塊的輸入端連接，振動加速度傳感器固定在導線的不同方向上，用于檢測導線在不同方向上的振動加速度，超聲波損傷探測模塊用于向?qū)虬l(fā)出超聲波并采集導線的超聲回波，信號調(diào)理模塊用于將振動加速度傳感器和超聲波損傷探測模塊采集的數(shù)據(jù)進行變換和處理并輸出給信號處理模塊；信號調(diào)理模塊的信號輸出端與信號處理模塊的輸入端連接，用于將接收到的導線振動加速度信息和導線超聲回波信息進行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線傳輸模塊；無線傳輸模塊與信號處理模塊雙向連接，用于發(fā)送信號處理模塊計算得出的導線疲勞狀態(tài)信息以及接受遠程終端下發(fā)給信號處理模塊的操作命令；所述供電模塊為振動加速度傳感器、超聲波損傷探測模塊、信號調(diào)理模塊、信號處理模塊以及無線傳輸模塊提供工作電源。所述預警裝置通過使用振動加速度傳感器以及超聲波損傷探測模塊分別采集導線的振動以及超聲回波得出導線的疲勞程度，具有測量準確，使用效果好的特點。
[0024]所述預警裝置還可以進一步的包括風速和風向傳感器，通過信號調(diào)理模塊與信號處理模塊電連接，用于采集風速和風向信息，充分考慮風速以及風向?qū)Ь€振動的影響，進一步提高了導線狀態(tài)測量的準確度，防止錯誤判斷導線狀態(tài)。
[0025]為了使用方便，所述預警裝置采用就地取電策略，因此所述供電模塊使用太陽能供電模塊(使用太陽能)或高壓感應充電模塊(使用高壓線路感應的電源)。
[0026]如圖3所示，所述太陽能供電模塊包括太陽能電池、充放電控制器以及蓄電池，所述太陽能電池通過充放電控制器與蓄電池電連接，充放電控制器的電源輸出端為所述太陽能供電模塊的電源輸出端，充放電控制器用于控制太陽能電池直接為所述預警裝置提供電源和/或為蓄電池充電，以及控制蓄電池為所述預警裝置提供電源。
[0027]如圖4所示為，所述高壓感應充電模塊包括高壓感應模塊、充放電控制器以及蓄電池，所述高壓感應模塊通過充放電控制器與蓄電池電連接，充放電控制器的電源輸出端為所述高壓感應充電模塊的電源輸出端，充放電控制器用于控制高壓感應模塊直接為所述預警裝置提供電源和/或為蓄電池充電，以及控制蓄電池為所述預警裝置提供電源。
[0028]所述無線傳輸模塊的種類有很多種，需要根據(jù)所述預警裝置使用的使用進行設置，一般情況下可以為zigbee無線傳輸模塊，用于滿足短距離傳輸需要，還可以為GPRS無線通信模塊，用于滿足遠距離傳輸需要。
[0029]預警裝置直接掛在輸電導線靠近絕緣子高壓端固定點處，檢測該處導線三個方向的瞬時振動加速度(沿導線縱向、垂直導線水平方向和豎直方向)，由振動加速度采集導線振動頻率和振動幅度，記錄每個振動周期的幅度和時間長度，尤其是振動幅度超過一定閾值的周期數(shù)，結合所測導線型號對應的材料、直徑及力學參數(shù)，分析導線長期振動的受損程度和疲勞程度，預測導線疲勞老化變化，預測導線繼續(xù)經(jīng)受不同強度振動下斷股斷線的可能性和延后時間。在檢測振動加速度的同時還使用超聲波損傷探測模塊檢測導線的超聲回波特性，用以捕捉和分析導線裂紋發(fā)生發(fā)展的狀況，驗證和輔助分析、預警疲勞。
[0030]振動頻率測量范圍:0-200HZ，測量精度:±5% ;振動幅值測量范圍:0-20mm，測量精度:±5% ;超聲波測量范圍:20KHZ-1000KHZ ;所述預警裝置直接掛在輸電導線上監(jiān)測，裝置與輸電導線之間用硅橡膠隔離；裝置直接從輸電導線感應取電作電源，適應輸電導線負荷低谷最小電流30A ;裝置自身適量進行參數(shù)統(tǒng)計:測點導線振動幅值、頻率的統(tǒng)計、分析、報警；日振幅平均值、最大值、最小值；可遠程在線設置報警閾值；可選就近對線路監(jiān)測基站短程無線通信或遠程與管理后臺GPRS或3G通信，后臺或手機都可監(jiān)看當前狀態(tài)或報警信息；及時向線路監(jiān)測基站或管理后臺報告所述預警裝置的狀態(tài)。
[0031]所述系統(tǒng)采用導線疲勞預警裝置監(jiān)測輸電線路的疲勞程度，并通過線路監(jiān)測基站收集若干個導線疲勞預警裝置采集的信息，將線路監(jiān)測基站收集的信息分別通過WEB服務器以有線的形式傳送給Internet用戶終端，通過用戶基站以無線的形式傳輸給若干個移動用戶終端，具有數(shù)據(jù)傳輸可靠，使用方便的特點。
【權利要求】
1.一種高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測系統(tǒng)包括若干個安裝在輸電導線上的導線疲勞預警裝置，用于通過振動加速度傳感器和超聲波損傷探測模塊采集高壓輸電導線的疲勞程度；線路監(jiān)測基站，位于高壓輸電鐵塔附近，用于接收導線疲勞預警裝置采集的導線疲勞數(shù)據(jù)，并將所述采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過融合、存儲、管理后使用無線網(wǎng)絡進行遠距離傳輸；WEB服務器，用于接收線路監(jiān)測基站無線輸出的數(shù)據(jù)，并將該輸出通過因特網(wǎng)進行發(fā)布；數(shù)據(jù)備份服務器，用于接收線路監(jiān)測基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并進行存儲和備份；若干個Internet用戶終端，通過Internet網(wǎng)絡與WEB服務器進行數(shù)據(jù)交互，用于接收WEB服務器轉(zhuǎn)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對異常數(shù)據(jù)進行報警；用戶基站，用于無線接收線路監(jiān)測基站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并通過無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)進行發(fā)布；若干個移動用戶終端，用于通過無線網(wǎng)絡接收用戶基站發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對異常數(shù)據(jù)進行報警。
2.根據(jù)權利要求1所述的高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述導線疲勞預警裝置包括三個振動加速度傳感器、一個超聲波損傷探測模塊、信號調(diào)理模塊、信號處理模塊、供電模塊以及無線傳輸模塊，所述振動加速度傳感器和超聲波損傷探測模塊與信號調(diào)理模塊的輸入端連接，振動加速度傳感器固定在導線的不同方向上，用于檢測導線在不同方向上的振動加速度，超聲波損傷探測模塊用于向?qū)虬l(fā)出超聲波并采集導線的超聲回波，信號調(diào)理模塊用于將振動加速度傳感器和超聲波損傷探測模塊采集的數(shù)據(jù)進行變換和處理并輸出給信號處理模塊；信號調(diào)理模塊的信號輸出端與信號處理模塊的輸入端連接，用于將接收到的導線振動加速度信息和導線超聲回波信息進行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給無線傳輸模塊；無線傳輸模塊與信號處理模塊雙向連接，用于發(fā)送信號處理模塊計算得出的導線疲勞狀態(tài)信息以及接受遠程終端下發(fā)給信號處理模塊的操作命令；所述供電模塊為振動加速度傳感器、超聲波損傷探測模塊、信號調(diào)理模塊、信號處理模塊以及無線傳輸模塊提供工作電源。
3.根據(jù)權利要求2所述的高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述預警裝置還包括風速和風向傳感器，通過信號調(diào)理模塊與信號處理模塊電連接，用于采集風速和風向信息。
4.根據(jù)權利要求2所述的高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述供電模塊為太陽能供電模塊或高壓感應充電模塊。
5.根據(jù)權利要求4所述的高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽能供電模塊包括太陽能電池、充放電控制器以及蓄電池，所述太陽能電池通過充放電控制器與蓄電池電連接，充放電控制器的電源輸出端為所述太陽能供電模塊的電源輸出端，充放電控制器用于控制太陽能電池直接為所述預警裝置提供電源和/或為蓄電池充電，以及控制蓄電池為所述預警裝置提供電源。
6.根據(jù)權利要求4所述的高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述高壓感應充電模塊包括高壓感應模塊、充放電控制器以及蓄電池，所述高壓感應模塊通過充放電控制器與蓄電池電連接，充放電控制器的電源輸出端為所述高壓感應充電模塊的電源輸出端，充放電控制器用于控制高壓感應模塊直接為所述預警裝置提供電源和/或為蓄電池充電，以及控制蓄電池為所述預警裝置提供電源。
7.根據(jù)權利要求2所述的高壓輸電導線疲勞監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述無線傳輸模塊為zigbee無線傳輸模塊和/或GPRS無線通信模塊。
【文檔編號】G01D21/02GK104266678SQ201410484112
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權日:2014年9月22日
【發(fā)明者】李亞東, 李加存, 龔振龍, 劉廣州, 于啟萬, 夏華東, 鄭浩, 張春程, 余成 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)安徽省電力公司宿州供電公司, 武漢星杪科技有限公司