專利名稱：一種輸電線路的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種輸電線路的監(jiān)測(cè)方法和相應(yīng)監(jiān)測(cè)裝置，主要用于電力系統(tǒng)的輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)，屬于電力監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景高壓電網(wǎng)基本上布置在人跡罕至的郊野地帶，長(zhǎng)期存在著桿塔基礎(chǔ)沖刷、塔體傾 斜、導(dǎo)線振動(dòng)、舞動(dòng)等事故隱患，鳥害、山火、走廊內(nèi)樹木、覆冰等環(huán)境類隱患，以及絕緣子絕 緣水平降低、污閃、偷盜等隱患。輸電網(wǎng)迫切需要準(zhǔn)確有效的預(yù)測(cè)事故隱患，大幅度減少破 壞性事故發(fā)生的次數(shù)、頻度和概率，降低電網(wǎng)維護(hù)修理的人力、物力、時(shí)間和勞動(dòng)條件，保證 長(zhǎng)期可靠的安全運(yùn)行；為了實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用、改造甚至需要本實(shí)用新型、 研制各種類型的傳感器，同時(shí)構(gòu)筑一個(gè)變電站與鐵塔、鐵塔與鐵塔之間的傳感器網(wǎng)絡(luò)。2005年國(guó)家發(fā)改委頒布的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 626-2005《劣化盤形懸式絕緣子 檢測(cè)規(guī)程》在第五章運(yùn)行絕緣子的巡檢5. 2檢測(cè)方法、要求、判斷準(zhǔn)則中規(guī)定必須2年進(jìn) 行一次人工在線運(yùn)行的火花間隙檢測(cè)。實(shí)際工作中，拿500kV的線路，雙回路，單支絕緣子 30片，一座鐵塔必須做30*6*3*2 = 1080次火花間隙檢測(cè)，也就是說(shuō)一個(gè)帶電作業(yè)班工人 一天也測(cè)不完一座鐵塔。據(jù)中國(guó)電力科學(xué)研究院《中國(guó)電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》，截至2002年， 35kV-500kV線路85. 78萬(wàn)公里，10kV_35kV線路331萬(wàn)公里。工作量大，供電系統(tǒng)無(wú)法按規(guī) 程要求定期實(shí)施檢測(cè)。本實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)人工測(cè)試存在的技術(shù)缺陷，提出一種 基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的輸電線路的監(jiān)測(cè)方法。本實(shí)用新型所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是上述監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)裝置。對(duì)于本實(shí)用新型基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的輸電線路的監(jiān)測(cè)方法，其技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下 技術(shù)方案予以解決。這種基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的輸電線路的監(jiān)測(cè)方法的特征在于依次有如下步驟(1)每個(gè)基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置通電后，啟動(dòng)建立自組織網(wǎng)絡(luò)，包括每個(gè)基 于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置建立至異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)的路由，以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)建立至基 于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置的路由表。(2)基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)其建立至異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的路由，將監(jiān)測(cè)裝置傳 感器采集的傳感信息傳輸至異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。(3)主站系統(tǒng)通過(guò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)至每個(gè)基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置的路由， 發(fā)出遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視信號(hào)給每個(gè)或指定的監(jiān)測(cè)裝置。對(duì)于本實(shí)用新型的基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的輸電線路的監(jiān)測(cè)方法來(lái)說(shuō)，其技術(shù)問(wèn)題通 過(guò)以下進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決。所述自組織網(wǎng)絡(luò)，由基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置形成自組織、自路由、自恢復(fù)、自愈合的無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)裝置具有路由功能，監(jiān)測(cè)裝置能夠和相鄰的任何監(jiān)測(cè)裝置相 互通信，由此通過(guò)無(wú)線連接構(gòu)成任意的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，?shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置和主站系統(tǒng)之間的通信，這 種網(wǎng)絡(luò)可以獨(dú)立工作，也可以與光纖、蜂窩無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，在后一種情況中無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)通 常以接入網(wǎng)絡(luò)形式接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。所述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，包括光纖、電纜、PSTN有線網(wǎng)絡(luò)，以及GSM/CDMA/3G/WiMax無(wú)線蜂 窩網(wǎng)絡(luò)。所述主站系統(tǒng)是指安裝在運(yùn)行監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具備專家分析系統(tǒng)。所述傳感信息，包括泄露電流(里程0. Ol-IOOmA精度IOuA)、脈沖頻次 (50-20000Hz)、溫度(量程-50C-100C靈敏度0. 5C)、濕度(量程1 % -100 %靈敏度 +/-2 % )、風(fēng)速(量程0-100m/s精度士 0. 4+ (0. 05 X實(shí)際風(fēng)速)m/s ；風(fēng)向測(cè)量范圍 0-360°精度士5)、視頻攝像信息、聲音信息。所述采集的傳感信息包括由兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的傳感器所提供的、從不同側(cè)面描述 同一對(duì)象或環(huán)境的、彼此間又不相互重復(fù)的多個(gè)互補(bǔ)信息；一組傳感器(或一個(gè)傳感器多 次觀測(cè))獲得的關(guān)于同一環(huán)境特征的冗余信息。互補(bǔ)信息和冗余信息通過(guò)人工智能和專家 系統(tǒng)處理，成功防止錯(cuò)誤反應(yīng)的發(fā)生。對(duì)于本實(shí)用新型基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的輸電線路監(jiān)測(cè)裝置來(lái)說(shuō)，其技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以 下技術(shù)方案予以解決。所述基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的輸電線路監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)裝置屏蔽盒安裝在輸電線路鐵 塔的橫擔(dān)處，通過(guò)微風(fēng)發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電和儲(chǔ)電裝置供電，包括安裝導(dǎo)線表面的光纖溫/濕 度傳感器、安裝在絕緣子球頭掛環(huán)金具上的泄露/脈沖電流傳感器、應(yīng)力傳感器，安裝在輸 電鐵塔塔身處的視頻攝像頭、聲納傳感器、加速度器，風(fēng)速/風(fēng)向傳感器、超聲波發(fā)生器、紫 外成像儀傳感器，傳感器的信號(hào)輸入給預(yù)處理單元、信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處理單元處理后由中央處 理器控制存儲(chǔ)和傳輸，若決定存儲(chǔ)則輸出給存儲(chǔ)器并經(jīng)哈希運(yùn)算后存儲(chǔ)，若決定傳輸則輸 出給無(wú)線傳輸模塊查看路由表遵循瞬時(shí)最優(yōu)路由規(guī)則進(jìn)行傳輸。所述基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置的特點(diǎn)是所述光纖溫度傳感器是當(dāng)電線溫度變化時(shí)，緊貼在電線上的光纖傳感溫度也發(fā)生 變化，將溫度信息通過(guò)光纖傳送給位于橫檔處的監(jiān)測(cè)裝置。在各種氣象條件下(包括覆冰 狀態(tài))，通過(guò)光纖溫度傳感器可以測(cè)量導(dǎo)線運(yùn)行中輸送容量，以便調(diào)度實(shí)時(shí)掌握運(yùn)行狀態(tài)， 提高調(diào)度能力。所述應(yīng)力傳感器是安裝在鐵塔結(jié)構(gòu)組件上，測(cè)試鐵塔的應(yīng)力變化，以防倒桿倒塔 事故，安裝在導(dǎo)線懸掛點(diǎn)處的金具通過(guò)應(yīng)力變化可以測(cè)出各種荷載情況下的受力情況以及 導(dǎo)線的振動(dòng)頻率、幅值、應(yīng)力、舞動(dòng)、搖擺。所述的泄露電流傳感器安裝在絕緣子懸掛點(diǎn)的金具上，當(dāng)絕緣子污穢嚴(yán)重時(shí)或雷 擊時(shí)有泄漏電流或擊穿電流通過(guò)時(shí)，可通過(guò)該裝置測(cè)出絕緣子泄漏和雷擊電流從而減少輸 電工人實(shí)施零值檢測(cè)的工況，預(yù)防和減少污閃造成的線路跳閘以及因此而造成的事故分 析。所述加速度傳感器通過(guò)安裝在鐵塔上的三軸的加速度傳感器來(lái)測(cè)量塔體受外力 作用的振動(dòng)波，通過(guò)振動(dòng)波來(lái)判斷是人為盜竊塔材還是導(dǎo)線舞動(dòng)。所述聲納傳感器是是聲音(Sound)、導(dǎo)航(Navigation)和搜索(Ranging)三個(gè)單詞首字母縮寫詞，可以根據(jù)人聲、風(fēng)聲、冰凌聲進(jìn)行采集、判斷。所述風(fēng)速/風(fēng)向傳感器可采 集風(fēng)速、風(fēng)向信息。通過(guò)導(dǎo)線和塔體物體固有頻率和狀態(tài)頻率無(wú)線傳遞到附近的接受裝置 同樣可以實(shí)現(xiàn)溫度傳感器的相關(guān)功能。所述超聲波發(fā)聲器發(fā)出的各種頻率的聲波干擾威懾鳥類，其可安裝在絕緣子掛點(diǎn) 的上端以防鳥類飛禽在上面筑巢。所述風(fēng)速/風(fēng)向傳感器，采用的是三杯式感應(yīng)器，當(dāng)風(fēng)杯受風(fēng)的作用而旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng) 轉(zhuǎn)換電路的變換，產(chǎn)生正比于風(fēng)速的頻率信號(hào)輸出。所述視頻攝像頭受主站系統(tǒng)控制或其他傳感器觸發(fā)可對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)、人為盜竊、絕 緣子污穢狀況進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、聚焦、拍照、攝像。所述紫外成像儀和遠(yuǎn)紅外成像儀用來(lái)探測(cè)電暈、分析絕緣子沿面放電，來(lái)判斷絕 緣子的運(yùn)行狀態(tài)和導(dǎo)線接頭處的溫度。所述監(jiān)測(cè)裝置采用的外露信號(hào)導(dǎo)線均采用雙層屏蔽線，其外層屏蔽在最靠近鐵塔 的絕緣子的鐵頭接地，其內(nèi)層屏蔽在檢測(cè)裝置安裝位置接地。本裝置對(duì)于傳感器的輸入接 口，采取了防滲、防串?dāng)_、防雷擊等措施，以保證接口的可靠性。屏蔽盒采用外層銅屏蔽，內(nèi) 層鐵屏蔽分別防止強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)和大信號(hào)的干擾。所述中央處理器是支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式處理器/控制器，固化的程序包括 多線程實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、傳感協(xié)議棧、數(shù)據(jù)安全層、應(yīng)用支持子層和設(shè)備管理，負(fù)責(zé)安全，可靠 的信息交換。設(shè)有支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳輸模塊，所述支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳輸模塊 由所述中央處理器控制，通過(guò)SPI總線接口與所述中央處理器相連，即無(wú)線傳輸模塊各傳 感單元合用主控制單元的中央控制器，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，并顯著降低系統(tǒng)成本。對(duì)于本本實(shí)用新型的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置來(lái)說(shuō)，其技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下進(jìn)一步 的技術(shù)方案予以解決。所述支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳輸模塊是至少具有以下功能的無(wú)線傳輸模塊(1)低功耗設(shè)計(jì)；(2)有 SPI 接口；(3)有接收信號(hào)強(qiáng)度指示(Received Signal Strength Indication，簡(jiǎn)稱 RSSI) 與鏈路質(zhì)量指示(link quality indication，簡(jiǎn)稱LQI)支持。所述支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的中央處理器是至少具有以下功能的嵌入式處理器/控 制器(1)有足夠容量存放無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的RAM，且Flash程序區(qū)可自讀寫；(2)固化有數(shù)據(jù)采集、存貯、數(shù)據(jù)發(fā)送，以及支持無(wú)線組網(wǎng)通信程序，且有在線編程 功能；(3)有包括中斷、復(fù)位的異?？刂乒δ?；(4)低功耗設(shè)計(jì)；(5)有EMS電磁防護(hù)功能。所述無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括提供MAC層和網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)、自動(dòng)形成多跳網(wǎng)絡(luò)路 由和可自主控制的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)在個(gè)別節(jié)點(diǎn)失效的情況下快速自適應(yīng)恢復(fù)，以實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)的自組織、自冗余、自恢復(fù)、自動(dòng)睡眠與蘇醒，保持電能計(jì)量裝置極低的能耗，安全層提供系統(tǒng)的整體安全機(jī)制。保護(hù)MAC層、網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用層，為了降低存儲(chǔ)要求，它們可以分享安 全鑰匙，應(yīng)用支持子層通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層和安全層與端點(diǎn)相接，并為數(shù)據(jù)傳送、安全和綁定提供服 務(wù)。本本實(shí)用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)本本實(shí)用新型采用自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)的方法相比，大大提高了監(jiān)測(cè)效率，同時(shí)不受到地理環(huán)境條件的限制。(2)本本實(shí)用新型符合國(guó)家發(fā)改委《電網(wǎng)與電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) 安全防護(hù)規(guī)定》的要求為電力系統(tǒng)專業(yè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，與其他網(wǎng)絡(luò)有效地進(jìn)行了物理隔離。

下面結(jié)合實(shí)施方式并對(duì)照本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明圖1為本實(shí)用新型的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成示意圖；圖2為本實(shí)用新型的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)裝置組成方框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示本數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由輸電鐵塔在線監(jiān)測(cè)裝置1、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)2、 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)3、監(jiān)測(cè)子站4、廣域網(wǎng)絡(luò)5、監(jiān)測(cè)主站6組成。輸電鐵塔在線監(jiān)測(cè)裝置1是基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的輸電鐵塔在線監(jiān)測(cè)裝置，通電 后，啟動(dòng)建立支持自組織網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)2，包括每個(gè)支持自組織網(wǎng)絡(luò)的輸電鐵塔在線 監(jiān)測(cè)裝置1建立至異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)3的路由，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)3建立至無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)中 每個(gè)輸電鐵塔在線監(jiān)測(cè)裝置1的路由表。每個(gè)支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)2的輸電鐵塔在線監(jiān)測(cè)裝置1，通過(guò)其建立異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)3 的路由，將采集的常規(guī)數(shù)據(jù)、異常狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)3，由異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)3通過(guò) 廣域網(wǎng)絡(luò)5再傳輸至監(jiān)測(cè)主站6，同時(shí)接收來(lái)自監(jiān)測(cè)主站6的巡檢、查詢指令。如圖2所示的輸電線路的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)裝置1，直接安裝在安裝在輸電線路鐵 塔的橫擔(dān)處，通過(guò)微風(fēng)發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電和儲(chǔ)電裝置29儲(chǔ)能，電能通過(guò)EMC電磁防護(hù)30、低 壓差線性穩(wěn)壓器LDO 28后給系統(tǒng)供電，包括安裝導(dǎo)線表面的光纖溫/濕度傳感器11、安裝 在絕緣子球頭掛環(huán)金具上的泄露/脈沖電流傳感器12、應(yīng)力傳感器13，安裝在輸電鐵塔塔 身處的視頻攝像頭19、聲納傳感器18、加速度傳感器17，風(fēng)速/風(fēng)向傳感器16、超聲波發(fā)生 器15、紫外線遠(yuǎn)紅外成像儀傳感器14，傳感器的信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)外部通訊接口 20傳輸給系統(tǒng) 外部通訊接口 20、信號(hào)經(jīng)過(guò)接口驅(qū)動(dòng)電路21由中央處理器MCU 25控制存儲(chǔ)和傳輸，若決定 存儲(chǔ)則輸出給存儲(chǔ)器并經(jīng)哈希運(yùn)算后存儲(chǔ)，若決定傳輸則輸出給無(wú)線傳輸模塊查看路由表 遵循瞬時(shí)最優(yōu)路由規(guī)則進(jìn)行傳輸。所述基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置的特點(diǎn)是所述光纖溫度傳感器11是當(dāng)電線溫度變化時(shí)，緊貼在電線上的光纖傳感溫度也 發(fā)生變化，將溫度信息通過(guò)光纖傳送給位于橫檔處的監(jiān)測(cè)裝置。在各種氣象條件下(包括 覆冰狀態(tài))，通過(guò)光纖溫度傳感器可以測(cè)量導(dǎo)線運(yùn)行中輸送容量，以便調(diào)度實(shí)時(shí)掌握運(yùn)行狀 態(tài)，提高調(diào)度能力。所述應(yīng)力傳感器13是安裝在鐵塔結(jié)構(gòu)組件上，測(cè)試鐵塔的應(yīng)力變化，以防倒桿倒塔事故，安裝在導(dǎo)線懸掛點(diǎn)處的金具通過(guò)應(yīng)力變化可以測(cè)出各種荷載情況下的受力情況以 及導(dǎo)線的振動(dòng)頻率、幅值、應(yīng)力、舞動(dòng)、搖擺。所述的泄露電流傳感器12安裝在絕緣子懸掛點(diǎn)的金具上，當(dāng)絕緣子污穢嚴(yán)重時(shí) 或雷擊時(shí)有泄漏電流或擊穿電流通過(guò)時(shí)，可通過(guò)該裝置測(cè)出絕緣子泄漏和雷擊電流從而減 少輸電工人實(shí)施零值檢測(cè)的工況，預(yù)防和減少污閃造成的線路跳閘以及因此而造成的事故 分析。所述加速度傳感器17通過(guò)安裝在鐵塔上的三軸的加速度傳感器來(lái)測(cè)量塔體受外 力作用的振動(dòng)波，通過(guò)振動(dòng)波來(lái)判斷是人為盜竊塔材還是導(dǎo)線舞動(dòng)。所述聲納傳感器18是是聲音(Sound)、導(dǎo)航(Navigation)和搜索(Ranging)三個(gè) 單詞首字母縮寫詞，可以根據(jù)人聲、風(fēng)聲、冰凌聲進(jìn)行采集、判斷。所述風(fēng)速/風(fēng)向傳感器可 采集風(fēng)速、風(fēng)向信息。通過(guò)導(dǎo)線和塔體物體固有頻率和狀態(tài)頻率無(wú)線傳遞到附近的接受裝 置同樣可以實(shí)現(xiàn)溫度傳感器的相關(guān)功能。所述超聲波發(fā)聲器15發(fā)出的各種頻率的聲波干擾威懾鳥類，其可安裝在絕緣子 掛點(diǎn)的上端以防鳥類飛禽在上面筑巢。所述風(fēng)速/風(fēng)向傳感器16，采用的是三杯式感應(yīng)器，當(dāng)風(fēng)杯受風(fēng)的作用而旋轉(zhuǎn)時(shí)， 經(jīng)轉(zhuǎn)換電路的變換，產(chǎn)生正比于風(fēng)速的頻率信號(hào)輸出。所述視頻攝像頭受主站系統(tǒng)控制或其他傳感器觸發(fā)可對(duì)導(dǎo)線舞動(dòng)、人為盜竊、絕 緣子污穢狀況進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、聚焦、拍照、攝像。所述紫外成像儀和遠(yuǎn)紅外成像儀14用來(lái)探測(cè)電暈、分析絕緣子沿面放電，來(lái)判斷 絕緣子的運(yùn)行狀態(tài)和導(dǎo)線接頭處的溫度。所述監(jiān)測(cè)裝置采用的外露信號(hào)導(dǎo)線均采用雙層屏蔽線，其外層屏蔽在最靠近鐵塔 的絕緣子的鐵頭接地，其內(nèi)層屏蔽在檢測(cè)裝置安裝位置接地。本裝置對(duì)于傳感器的輸入接 口，采取了防滲、防串?dāng)_、防雷擊等措施，以保證接口的可靠性。屏蔽盒采用外層銅屏蔽，內(nèi) 層鐵屏蔽分別防止強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)和大信號(hào)的干擾。所述中央處理器MCU 25是支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式處理器/控制器，固化的程 序包括多線程實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、傳感協(xié)議棧、數(shù)據(jù)安全層、應(yīng)用支持子層和設(shè)備管理，負(fù)責(zé)安 全，可靠的信息交換。設(shè)有支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳輸模塊RF 26，所述支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳 輸模塊由所述中央處理器MCU25控制，通過(guò)SPI總線接口與所述中央處理器MCU 25相連， 即無(wú)線傳輸模塊各傳感單元合用主控制單元的中央控制器，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，并顯著降 低系統(tǒng)成本。對(duì)于本實(shí)用新型的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置來(lái)說(shuō)，其技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下進(jìn)一步的 技術(shù)方案予以解決。所述支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線傳輸模塊RF26是至少具有以下功能的無(wú)線傳輸模 塊(1)低功耗設(shè)計(jì)；(2)有 SPI 接口；(3)有接收信號(hào)強(qiáng)度指示(Received Signal Strength Indication，簡(jiǎn)稱 RSSI) 與鏈路質(zhì)量指示(link quality indication，簡(jiǎn)稱LQI)支持。[0074]所述支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的中央處理器是至少具有以下功能的嵌入式處理器/控 制器(1)有足夠容量存放無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的RAM，且Flash程序區(qū)可自讀寫；(2)固化有數(shù)據(jù)采集、存貯、數(shù)據(jù)發(fā)送，以及支持無(wú)線組網(wǎng)通信程序，且有在線編程功能；(3)有包括中斷、復(fù)位的異常控制功能；(4)低功耗設(shè)計(jì)；(5)有EMS電磁防護(hù)功能。所述無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括提供MAC層和網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)、自動(dòng)形成多跳網(wǎng)絡(luò)路 由和可自主控制的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)在個(gè)別節(jié)點(diǎn)失效的情況下快速自適應(yīng)恢復(fù)，以實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)的自組織、自冗余、自恢復(fù)、自動(dòng)睡眠與蘇醒，保持電能計(jì)量裝置極低的能耗，安全層提 供系統(tǒng)的整體安全機(jī)制。保護(hù)MAC層、網(wǎng)絡(luò)或應(yīng)用層，為了降低存儲(chǔ)要求，它們可以分享安 全鑰匙，應(yīng)用支持子層通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層和安全層與端點(diǎn)相接，并為數(shù)據(jù)傳送、安全和綁定提供服 務(wù)。主控制單元包括帶非易失性存儲(chǔ)器FLASH 27的微控制器MCU 25，以及微控制器 MCU25的外圍電路晶振23、指示燈接口電路24。非易失性存儲(chǔ)器FLASH 27是Ramtron公司出品的型號(hào)為FM24C64/FM24C256的 64/256KB非易失性鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器，可擦寫壽命為100億次，掉電數(shù)據(jù)保存10年，寫數(shù)據(jù)無(wú) 延時(shí)，總線速度可以達(dá)到IMHz。微控制器MCU 25是Freescale公司出品的型號(hào)為MC68HC908LJ24的支持無(wú)線傳 感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式微控制器，8MHZ內(nèi)部總線頻率，768字節(jié)片內(nèi)RAM，24K片內(nèi)FLASH程序存 儲(chǔ)器，具有在線編程能力和保密功能，運(yùn)行電壓比較低，功耗小，使用電池即可完成供電，其 自帶實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊和LCD驅(qū)動(dòng)模塊，特別適用于智能儀表，微控制器8固化的程序包括多線 程實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧、數(shù)據(jù)安全層、應(yīng)用支持子層和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管 理，負(fù)責(zé)安全、可靠的信息交換。設(shè)有由微控制器MCU 25控制的支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線 通信模塊RF26，它通過(guò)SPI總線接口與微控制器MCU 25相連，并依次通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)2 與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)3、廣域網(wǎng)絡(luò)5與監(jiān)測(cè)主站6相連，微控制器MCU 25通過(guò)支持無(wú)線傳感網(wǎng) 絡(luò)的無(wú)線通信模塊RF 26接收監(jiān)測(cè)主站6的巡檢、查詢指令，并將采集的數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測(cè)主 站6匯整。支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線通信模塊RF26包括Freescale公司出品的型號(hào)為 MC13192/1的雙向2. 4GHz射頻數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、時(shí)鐘電路，平衡與非平衡電路和天線，所述 射頻數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器根據(jù)IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有優(yōu)化的 數(shù)字核心，有助于降低處理功率，縮短執(zhí)行周期，使用電池即可完成供電。本本實(shí)用新型提供DES、AES、SSF33空中加密算法，先編寫通過(guò)SPI接口控制 MC13192/1射頻數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的驅(qū)動(dòng)程序，然后在其上完成無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的MAC層開(kāi)發(fā)。固化的程序包括輸電線路在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序，提供信息顯示服務(wù)的顯示應(yīng)用程 序，提供RS485通信服務(wù)的通信應(yīng)用程序，提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)層參數(shù)進(jìn)行配置和訪問(wèn)的無(wú)線傳感 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備系統(tǒng)程序，它們共同使用802. 15. 4和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧提供的服務(wù)。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都 應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種輸電線路的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特征在于依次有如下步驟(1)每個(gè)基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置通電后，啟動(dòng)建立自組織網(wǎng)絡(luò)，包括每個(gè)基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置建立至異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)的路由，以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)建立至基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置的路由表，(2)基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)其建立至異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的路由，將監(jiān)測(cè)裝置傳感器采集的傳感信息傳輸至異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，(3)主站系統(tǒng)通過(guò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)至每個(gè)基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置的路由，發(fā)出遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視信號(hào)給每個(gè)或指定的監(jiān)測(cè)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸電線路的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述自組織網(wǎng)絡(luò)，由基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)裝置形成自組織、自路由、自恢復(fù)、自愈 合的無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)裝置具有路由功能，監(jiān)測(cè)裝置能夠和相鄰的任何監(jiān)測(cè)裝置相互通 信，由此通過(guò)無(wú)線連接構(gòu)成任意的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑢?shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置和主站系統(tǒng)之間的通信，這種網(wǎng) 絡(luò)可以獨(dú)立工作，也可以與光纖、蜂窩無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，在后一種情況中無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)通常以 接入網(wǎng)絡(luò)形式接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。
3.根據(jù)權(quán)利要求一種輸電線路的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述采集的傳感信息包括由兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的傳感器所提供的、從不同側(cè)面描述同一 對(duì)象或環(huán)境的、彼此間又不相互重復(fù)的多個(gè)互補(bǔ)信息；一組傳感器獲得的關(guān)于同一環(huán)境特 征的冗余信息，互補(bǔ)信息和冗余信息通過(guò)人工智能和專家系統(tǒng)處理，成功防止錯(cuò)誤反應(yīng)的 發(fā)生。
4.一種輸電線路的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)裝置屏蔽盒安裝在輸電線路鐵塔的橫 擔(dān)處，通過(guò)微風(fēng)發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電和儲(chǔ)電裝置供電，包括安裝導(dǎo)線表面的光纖溫/濕度傳感 器、安裝在絕緣子球頭掛環(huán)金具上的泄露/脈沖電流傳感器、應(yīng)力傳感器，安裝在輸電鐵塔 塔身處的視頻攝像頭、聲納傳感器、加速度器，風(fēng)速/風(fēng)向傳感器、超聲波發(fā)生器、紫外成像 儀傳感器，傳感器的信號(hào)輸入給預(yù)處理單元、信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處理單元處理后由中央處理器控 制存儲(chǔ)和傳輸，若決定存儲(chǔ)則輸出給存儲(chǔ)器并經(jīng)哈希運(yùn)算后存儲(chǔ)，若決定傳輸則輸出給無(wú) 線傳輸模塊查看路由表遵循瞬時(shí)最優(yōu)路由規(guī)則進(jìn)行傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種輸電線路的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述光纖溫度傳感器是當(dāng)電線溫度變化時(shí)，緊貼在電線上的光纖傳感溫度也發(fā)生變化，將溫度信息通過(guò)光纖傳送給位于橫檔處的監(jiān)測(cè)裝置，在各種氣象條件下，通過(guò)光纖溫度 傳感器可以測(cè)量導(dǎo)線運(yùn)行中輸送容量，以便調(diào)度實(shí)時(shí)掌握運(yùn)行狀態(tài)，提高調(diào)度能力。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種輸電線路的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述應(yīng)力傳感器是安裝在鐵塔結(jié)構(gòu)組件上，測(cè)試鐵塔的應(yīng)力變化，以防倒桿倒塔事故， 安裝在導(dǎo)線懸掛點(diǎn)處的金具通過(guò)應(yīng)力變化可以測(cè)出各種荷載情況下的受力情況以及導(dǎo)線 的振動(dòng)、舞動(dòng)頻率、幅值、角應(yīng)力、擺動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種輸電線路的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的泄露電流傳感器安裝在絕緣子懸掛點(diǎn)的金具上，當(dāng)絕緣子污穢嚴(yán)重時(shí)或雷擊時(shí) 有泄漏電流或擊穿電流通過(guò)時(shí)，可通過(guò)該裝置測(cè)出絕緣子泄漏和雷擊電流從而減少輸電工 人實(shí)施零值檢測(cè)的工況，預(yù)防和減少污閃和雷害而造成的線路跳閘。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種輸電線路的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于 所述加速度傳感器通過(guò)安裝在鐵塔上的三軸的加速度傳感器來(lái)測(cè)量塔體受外力作用的振動(dòng)波，通過(guò)振動(dòng)波來(lái)判斷是人為破壞還是導(dǎo)線振動(dòng)和舞動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種輸電線路的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述監(jiān)測(cè)裝置采用的外露信號(hào)導(dǎo)線均采用雙層屏蔽線，其外層屏蔽在最靠近鐵塔的絕 緣子的鐵頭接地，其內(nèi)層屏蔽在檢測(cè)裝置安裝位置接地，本裝置對(duì)于傳感器的輸入接口，采 取了防滲、防串?dāng)_、防雷擊等措施，以保證接口的可靠性，屏蔽盒采用外層銅屏蔽，內(nèi)層鐵屏 蔽分別防止強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)和大信號(hào)的干擾。
專利摘要一種輸電線路的數(shù)字化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)裝置，采用支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的嵌入式處理器/控制器，設(shè)有通過(guò)SPI總線接口與微控制器相連的支持無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線通信模塊，所述無(wú)線通信模塊依次通過(guò)無(wú)線傳感與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)、通信信道與監(jiān)測(cè)主站相連，微控制器通過(guò)它采集傳感器的數(shù)據(jù)，向執(zhí)行器發(fā)布動(dòng)作指令，并將采集的數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測(cè)中心匯整。系統(tǒng)對(duì)影響輸電線路安全運(yùn)行的各種參數(shù)快速、準(zhǔn)確、可靠、無(wú)誤的監(jiān)測(cè)、進(jìn)而為架空路線的安全運(yùn)行提供判定依據(jù)；免除了人工巡檢的多余耗費(fèi)。由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備硬件價(jià)格低廉，不僅最大程度地降低了運(yùn)營(yíng)成本、人力和時(shí)間。本系統(tǒng)允許組建若干個(gè)容納多達(dá)六萬(wàn)五千個(gè)監(jiān)測(cè)裝置的高冗余節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，保證網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力和出錯(cuò)自恢復(fù)能力，在個(gè)別節(jié)點(diǎn)停止工作的情況下仍然可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/02GK201628558SQ20082023542
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者秦毅, 胡廣生 申請(qǐng)人:胡廣生;秦毅