專利名稱：輸電塔振動在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于遙測技術領域，具體涉及電網輸電塔振動在線監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
輸電塔是電力系統(tǒng)重要的輸送電設施，其安全對保障電網供電可靠性 具有非常重要的意義。作為一種高聳結構，輸電塔具有細長、高柔的特點， 在風或地震等環(huán)境荷載作用下振動響應強烈，容易導致結構產生疲勞損傷， 從而引發(fā)輸電塔倒塌事故的發(fā)生。近年來隨著國家對電網建設力度的加大， 各地輸電塔倒塌事故不斷發(fā)生，有些就是由于輸電塔振動疲勞破壞所致， 為此需要對輸電塔振動及安全狀況進行監(jiān)測。由于輸電塔長期處于野外惡 劣環(huán)境條件下，現(xiàn)場難以滿足電源供應以及通訊要求，對其進行安全監(jiān)測
難度較大；同時，由于輸電塔結構龐大，采用常規(guī)的方法，如超聲波探傷 等，根本無法實施。因此，本實用新型提供一種輸電塔振動在線監(jiān)測系統(tǒng)， 以實現(xiàn)對輸電塔安全的監(jiān)測。
實用新型內容
本實用新型的目的在于提供了 一種輸電塔振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過對 輸電塔結構動力學參數的辨識和監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)輸電塔結構狀態(tài)的變化， 減少或避免輸電塔倒塌破壞事故的發(fā)生，保障電網的安全運行。
本實用新型的技術解決方案如下
輸電塔振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括電源供電單元201,傳感器單元202， 信號調理與采集單元203，嵌入式單板計算機204,無線數據傳輸單元205, 遠程監(jiān)測中心206;傳感器單元202中各個傳感器的輸出端分別和信號調理 與采集單元203相應的信號輸入端鏈接，信號調理與采集單元203和嵌入 式單板計算機204總線連接，嵌入式單板計算機204和無線數據傳輸單元
3205雙向串行通訊，無線凄t據傳輸單元205和遠程監(jiān)測中心206之間通過移 動通訊網絡和互聯(lián)網絡鏈接；
傳感器單元202包括多組振動傳感器和氣象傳感器，每組振動傳感器包 括縱向水平和橫向水平方向兩個振動傳感器，振動傳感器根據輸電塔結構 特點安裝在輸電塔不同部位；氣象傳感器包括風速傳感器，風向傳感器， 溫度傳感器和濕度傳感器。
電源供電單元201包括太陽能電池板301、電源控制單元302、蓄電池 組303;太陽能電池板301的電壓輸出端和電源控制單元302的電壓輸入端 連接，電源控制單元302的電壓轉換端和蓄電池組303連接；電源控制單 元302的電壓輸出端和信號調理與采集單元203、嵌入式單板計算機單元 204、無線數據傳輸單元205的電源輸入端連接；
傳感器單元202根據輸電塔結構特點安裝在不同部位；
信號調理與采集單元203包括信號隔直電路，放大電路，濾波電路， A/D轉換處理以及同步釆集電路；
振動傳感器采用941B型超低頻振動傳感器，風速風向傳感器采用 HD2003型三維超聲風速風向傳感器；溫濕度傳感器釆用EE06系列溫濕度傳 感器。
本實用新型有益的效果是
1、 彌補了國內在輸電塔振動在線監(jiān)測領域的空白。
2、 系統(tǒng)通過監(jiān)視輸電塔振動頻率、阻尼比和振型曲線等動力特征參數 的變化，實現(xiàn)輸電塔安全監(jiān)測。
3、 通過嵌入式單板計算機控制開啟和關閉系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)約電能的目的。
4、 系統(tǒng)解決了監(jiān)測現(xiàn)場無電源和通訊困難的技術難題。

圖1為本實用新型的示意圖。
圖2為本實用新型的系統(tǒng)結構框圖。
圖3為本實用新型的電源控制單元結構框圖。
具體實施方式
如圖1,圖2,圖3所示，輸電塔振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括電源供電單
元201，傳感器單元202,信號調理與采集單元203，嵌入式單板計算機204， 無線數據傳輸單元205，遠程監(jiān)測中心206,其特點是傳感器單元202中 各個傳感器的輸出端分別和信號調理與采集單元203相應的信號輸入端鏈 接，信號調理與采集單元203和嵌入式單板計算機204總線連接，嵌入式 單板計算機204和無線數據傳輸單元205雙向串行通訊，無線數據傳輸單 元205和遠程監(jiān)測中心206之間通過移動通訊網《備和互if關網絡鏈才妄；
傳感器單元202包括多組振動傳感器和氣象傳感器，每組振動傳感器包 括縱向水平和橫向水平方向兩個振動傳感器，振動傳感器根據輸電塔1結 構特點安裝在輸電塔不同部位；氣象傳感器包括風速傳感器，風向傳感器， 溫度傳感器和濕度傳感器。
電源供電單元201包括太陽能電池板301、電源控制單元302、蓄電池 組303;太陽能電池^反301的電壓輸出端和電源控制單元302的電壓輸入端 連接，電源控制單元302的電壓轉換端和蓄電池組303連接；電源控制單 元302的電壓輸出端和信號調理與采集單元203、嵌入式單板計算機204、 無線數據傳輸單元205的電源輸入端連接；
電源供電單元201，傳感器單元202，信號調理與采集單元203,嵌入 式單板計算機204、無線數據傳輸單元205安裝在輸電塔的不同部位；
信號調理與釆集單元203包括信號隔直電路，放大電路，濾波電路， A/D轉換處理以及同步采集電路；
振動傳感器采用941B型超低頻振動傳感器，風速風向傳感器采用 HD2003型三維超聲風速風向傳感器；溫濕度傳感器釆用EE06系列溫濕度傳 感器。
所述的電源供電單元201由太陽能電池板301、電源控制單元302和蓄 電池組303組成。 ，
太陽能電池板301采用市售的多晶硅太陽能電池板，由4塊12伏太陽 能電池板組成，用于將太陽能轉換為電能，為信號調理與采集單元203、嵌 入式單板計算機204、無線數據傳輸單元205以及蓄電池組303供電。電源控制單元302采用北京匯能精電科技有限公司的EPIP20-H型太陽 能控制器。電源控制單元302根據太陽能電池板301和蓄電池組303實際 電壓情況，實現(xiàn)供電和充電功能當白天太陽光照比較充足的時候，電源 控制單元302選擇太陽能電池板301對信號調理與采集單元203、嵌入式單 板計算機204、無線數據傳輸單元205供電以及對蓄電池組303充電，并防 止蓄電池組過充電；當夜晚或者太陽光照不足時，電源控制單元302選擇 蓄電池組303對信號調理與釆集單元203、嵌入式單板計算機204、無線數 據傳輸單元205供電。
蓄電池組303采用深圳雷天鋰電池公司生產的TS-LFP160AHA型鋰電 池，四塊并聯(lián)組成12伏160Ah電池組，實現(xiàn)對太陽能轉換后的電能的存儲， 以備在太陽光照不足時對信號調理與采集單元203、嵌入式單板計算機204、 無線數據傳輸單元205供電。
所述的傳感器單元202包括16只振動傳感器和一套氣象傳感器。振動 傳感器采用中國地震局工程力學研究所生產的941B型超低頻振動傳感器。 根據輸電塔結構，分別安裝在輸電塔上橫擔、下橫擔、塔身等部位，每一 部位安裝兩個傳感器，分別測量輸電塔上縱向水平方向和橫向水平方向振 動(位移、速度或加速度)。傳感器單元202測量的信號通過屏蔽電纜接入 信號調理與采集單元203進行處理和采集；氣象傳感器包括風速傳感器、 風向傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器，風速風向傳感器采用意大利Delta Ohm公司生產的HD2003型三維超聲風速風向傳感器，溫濕度傳感器采用奧 地利E+E公司生產的EE06系列溫濕度傳感器，用于采集輸電塔所處環(huán)境的 氣象數據；
所述的信號調理與采集單元203采用自行設計開發(fā)的16通道振動數據 信號調理卡和美國Diamond Systems公司生產的Diamond-MM-32DX-AT型AD 卡。信號調理與采集單元203對傳感器單元202輸入的振動信號進行隔直、 濾波、放大處理，轉化為標準的電壓輸出信號進行同步采集。風速、風向、 溫度濕度等氣象數據由嵌入式單板計算機204通過485接口進行采集。
所述的嵌入式單才反計算才幾204采用盛博科4支公司的SCM/SPT2H型104單板計算機，對信號調理與采集單元203進行控制，開啟和停止數據采集 進程，將采集到的數據存儲在存儲器中，并通過RS232接口與無線數據傳 輸單元205進行通信，將數據發(fā)送給無線數據傳輸單元205。
所迷的無線數據傳輸單元205采用深圳宏電技術股份有限公司生產的 H7710型CDMA DTU。無線數據傳輸單元205上電后，與遠程監(jiān)測中心206 的數據中心通信，獲得固定IP地址，與數據中心建立穩(wěn)定的數據連接，實 現(xiàn)點對電的數據通訊。無線數據傳輸單元205與遠程監(jiān)測中心206建立連 接后，通過RS232接口，接收嵌入式單板計算機204輸出的數據，通過C畫A 移動通信網絡2和Internet網絡3將數據傳輸至遠程監(jiān)測中心206。
所述的遠程監(jiān)測中心206由大型數據庫和Web服務器組成，接收無線 數據傳輸單元205傳輸過來的實時數據，保存在大型數據庫中，通過Web 服務器進行發(fā)布，授權用戶可以在任意一臺接入互聯(lián)網的計算機上，使用 瀏覽器對輸電塔振動數據進行實時監(jiān)測。遠程監(jiān)測中心206采用基于環(huán)境 激勵的輸電塔結構模態(tài)參數辨識方法，對輸電塔振動頻率、阻尼比和振型 曲線等動力學特征參數進行實時計算分析，及時得到輸電塔結構的狀態(tài)變 化。遠程監(jiān)測中心提供了大量的輸電塔振動分析圖譜，如振動時程圖， 趨勢圖，自功率譜圖，互功率語圖，互相關圖，相干函數圖，瀑布圖，振 型圖等。
通過遠程監(jiān)測中心206,用戶可以向對信號調理與采集單元203和嵌入 式單板計算機204發(fā)送控制指令，對它們進行遠程控制，可以調整濾波頻 率、采樣頻率、采樣時間間隔等振動數據采集參數；開啟和關閉數據釆集 單元，實現(xiàn)節(jié)約電能的目的。
權利要求1.輸電塔振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括電源供電單元(201)、傳感器單元(202)、信號調理與采集單元(203)、嵌入式單板計算機(204)、無線數據傳輸單元(205)和遠程監(jiān)測中心(206)，其特征是傳感器單元(202)中各個傳感器的輸出端分別和信號調理與采集單元(203)相應的信號輸入端鏈接，信號調理與采集單元(203)和嵌入式單板計算機(204)總線連接，嵌入式單板計算機(204)和無線數據傳輸單元(205)雙向串行通訊，無線數據傳輸單元(205)和遠程監(jiān)測中心(206)之間通過移動通訊網絡和互聯(lián)網絡鏈接；傳感器單元(202)包括多組振動傳感器和氣象傳感器，每組振動傳感器包括縱向水平和橫向水平方向兩個振動傳感器，振動傳感器根據輸電塔結構特點安裝在輸電塔不同部位；氣象傳感器包括風速傳感器，風向傳感器，溫度傳感器和濕度傳感器；電源供電單元(201)包括太陽能電池板(301)、電源控制單元(302)、蓄電池組(303)；太陽能電池板(301)的電壓輸出端和電源控制單元(302)的電壓輸入端連接，電源控制單元(302)的電壓轉換端和蓄電池組(303)連接；電源控制單元(302)的電壓輸出端和信號調理與采集單元(203)、嵌入式單板計算機(204)、無線數據傳輸單元(205)的電源輸入端連接。
2. 權利要求1所說的輸電塔振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是信號調理 與采集單元(203 )包括信號隔直電路，放大電路，濾波電路，A/D轉換處 理以及同步采集電路。
3. 權利要求l所說的輸電塔振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是振動傳感 器采用941B型超低頻振動傳感器，風速風向傳感器采用HD2003型三維超 聲風速風向傳感器；溫濕度傳感器采用EE06系列溫濕度傳感器。
專利摘要一種輸電塔振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括電源供電單元、傳感器單元、信號調理與采集單元、嵌入式單板計算機、無線數據傳輸單元、遠程監(jiān)測中心組成。系統(tǒng)使用太陽能電池板加蓄電池組聯(lián)合供電，同步采集輸電塔多個部位的振動信號及輸電塔周圍環(huán)境的氣象數據，通過無線數據傳輸單元經CDMA移動通信網絡傳輸至遠程監(jiān)測中心進行存儲和顯示。采用基于環(huán)境激勵的輸電塔結構模態(tài)參數辨識方法，識別輸電塔振動頻率、阻尼比和振型曲線等動力學特征參數，通過監(jiān)測這些特征參數的變化，進而實現(xiàn)對輸電塔安全的實時監(jiān)測。本實用新型有利于保障輸電設備的安全運行，避免和減少輸電塔倒塌事故的發(fā)生，提高了供電系統(tǒng)的可靠性，因而直接經濟效益和社會經濟效益巨大。
文檔編號G01W1/00GK201344839SQ200920142968
公開日2009年11月11日 申請日期2009年2月6日 優(yōu)先權日2009年2月6日
發(fā)明者張會武, 杜曉峰, 江 汪, 田萬軍, 陳自年, 峰 高 申請人:安徽省電力科學研究院