專利名稱：電網(wǎng)輸電線路監(jiān)測方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輸電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電網(wǎng)輸電線路監(jiān)測方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
高壓架空輸電線路容易受到氣象環(huán)境(如大風(fēng)、冰雪等)和人為因素影響而引起故障，從而導(dǎo)致輸電線路設(shè)備損毀，影響輸電線路的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致大面積電力供應(yīng)癱瘓，給國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。比如，由微風(fēng)造成的微風(fēng)振動(dòng)、導(dǎo)線風(fēng)偏是高壓架空線路上普遍存在的隱患，是造成高壓架空輸電線路疲勞斷股的主要原因；強(qiáng)風(fēng)條件造成的線路舞動(dòng)一旦形成，持續(xù)時(shí)間一般可達(dá)數(shù)小時(shí)，對高壓輸電線路會造成極大的破壞作用；雨雪天氣造成的線路覆冰，桿塔拉線更容易結(jié)冰，且對稱的拉線結(jié)冰往往不平衡，會導(dǎo)致桿塔的傾斜，這也是輸電線路安全保障的巨大隱患。輸電線路微風(fēng)振動(dòng)、舞動(dòng)、覆冰、風(fēng)偏、污穢、雷擊等故障現(xiàn)象，大多數(shù)受當(dāng)?shù)貝毫託庀蟓h(huán)境影響所致。我國地域廣大，輸電線路具有危險(xiǎn)點(diǎn)分散性大、距離長、難以監(jiān)控維護(hù)等特點(diǎn)，由氣象臺提供的對某個(gè)地區(qū)的定時(shí)定點(diǎn)監(jiān)測記錄并不能完全準(zhǔn)確地反映特定輸電線路走廊的氣象條件。另外，輸電線路走廊歷史氣象數(shù)據(jù)完全一片空白，給輸電線路故障判斷、預(yù)防及研究帶來了一定的困難。2005年春節(jié)前后華中地區(qū)出現(xiàn)極為罕見的凍雨、雨雪天氣，特別是湖南、湖北兩省分別遭受了 50年以來大面積、長時(shí)間、高強(qiáng)度的輸電線路覆冰自然災(zāi)害，造成華中電網(wǎng) 500kV變電站發(fā)生設(shè)備故障5次，500kV交直流輸電線路共跳閘18條69次。2008年1月，全國南方十幾個(gè)省市遇到了罕見的冰雪天氣，輸電線路受覆冰等影響出現(xiàn)大面積事故停電， 給人民生活和社會造成十分嚴(yán)重的不良影響。湖北、湖南、河南、江西、四川、重慶、浙江、安徽、福建、江蘇等地電網(wǎng)實(shí)施損失嚴(yán)重，造成36740條IOkV及以上電力線路、2016座35kV及以上變電站停運(yùn)，IOkV及以上桿塔倒塌及損壞310321基，其中110-500kV8381基，從而導(dǎo)致電力供應(yīng)短缺，出現(xiàn)大面積停電狀況。僅國家電網(wǎng)公司經(jīng)營范圍就有545個(gè)縣(區(qū))、2706 萬用戶用電受到影響，其中80個(gè)縣(區(qū))供電幾乎全部中斷，直接財(cái)產(chǎn)損失104. 5億元。惡劣極端天氣、外力破壞等對電力安全生產(chǎn)、線路及塔基的安全具有重要影響。因此，全方位監(jiān)控線路和電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，對于提高電力系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種電網(wǎng)輸電線路監(jiān)測方法和系統(tǒng)，以全方位監(jiān)控線路和電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測系統(tǒng)，包括第一綜合傳感器，布設(shè)于兩個(gè)桿塔之間輸電線路的中間位置，包括高度計(jì)、第一加速度傳感器、溫濕度傳感器和雨量傳感器；第二綜合傳感器，布設(shè)于輸電線路電纜接頭處，包括泄露電流傳感器、拉力傳感器和風(fēng)速風(fēng)向傳感器；第二加速度傳感器，布設(shè)于輸電線路電纜接頭到第一綜合傳感器之間輸電線路的中間位置。在一個(gè) 實(shí)施例中，監(jiān)測系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)處理裝置，數(shù)據(jù)處理裝置包括弧垂?fàn)顩r獲取模塊，用于根據(jù)高度計(jì)的測量結(jié)果、輸電線路的靜態(tài)信息、傳輸容量以及溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件獲取輸電線路的弧垂?fàn)顩r；風(fēng)偏角獲取模塊，用于根據(jù)高度計(jì)和第一和第二加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)，以及溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件，獲取輸電線路的風(fēng)偏角；運(yùn)動(dòng)軌跡獲取模塊，用于根據(jù)第一和第二加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)獲取輸電線路的運(yùn)動(dòng)位置軌跡；振動(dòng)水平及疲勞壽命獲取模塊，用于根據(jù)第一和第二加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)、風(fēng)速風(fēng)向傳感器的測量數(shù)據(jù)和溫濕度傳感器的測量數(shù)據(jù)獲取輸電線路的微風(fēng)振動(dòng)水平和疲勞壽命；舞動(dòng)狀態(tài)獲取模塊，用于根據(jù)加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)獲取輸電線路的最大受力情況，融合最大受力情況、高度計(jì)的測量數(shù)據(jù)和微氣象條件獲取輸電線路的舞動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果；覆冰情況獲取模塊，用于根據(jù)泄露電流傳感器和拉力傳感器的測量數(shù)據(jù)對輸電線路的覆冰情況進(jìn)行監(jiān)測。在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)速風(fēng)向傳感器為全固態(tài)小型超聲波共振型風(fēng)速風(fēng)向傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測系統(tǒng)還包括視頻監(jiān)控裝置，布設(shè)于輸電桿塔上，將對輸電線路進(jìn)行監(jiān)視的信息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控中心。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測系統(tǒng)還包括骨干節(jié)點(diǎn)，接收第一綜合傳感器、第二綜合傳感器和第二加速度傳感器的數(shù)據(jù)，并通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送第一綜合傳感器、第二綜合傳感器和第二加速度傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測系統(tǒng)還包括包含于第一綜合傳感器、第二綜合傳感器或第二加速度傳感器的通信模塊，用于將第一綜合傳感器、第二綜合傳感器或第二加速度傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控中心。在一個(gè)實(shí)施例中，第一綜合傳感器、第二綜合傳感器和第二加速度傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳送符合多跳組網(wǎng)協(xié)議。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測系統(tǒng)還包括光纖復(fù)合架空地線(OPGW)，布設(shè)于輸電線路上。在一個(gè)實(shí)施例中，高度計(jì)為激光測距高度計(jì)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種用于電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測方法，包括根據(jù)高度計(jì)的測量結(jié)果、輸電線路的靜態(tài)信息、傳輸容量，以及溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件監(jiān)測輸電線路的弧垂?fàn)顩r；根據(jù)高度計(jì)和加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)，以及溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件，監(jiān)測輸電線路的風(fēng)偏角；根據(jù)加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)監(jiān)測輸電線路的運(yùn)動(dòng)位置軌跡；根據(jù)加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)獲取輸電線路的最大受力情況，融合最大受力情況、高度計(jì)的測量數(shù)據(jù)和微氣象條件獲取輸電線路的舞動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果；根據(jù)加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)、風(fēng)速風(fēng)向傳感器的測量數(shù)據(jù)和溫濕度傳感器的測量數(shù)據(jù)監(jiān)測輸電線路的微風(fēng)振動(dòng)水平和疲勞壽命；根據(jù)泄露電流傳感器和拉力傳感器的測量數(shù)據(jù)對輸電線路的覆冰情況進(jìn)行監(jiān)測。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測方法還包括對輸電線路進(jìn)行監(jiān)視，并將監(jiān)視的信息通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控中心。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測方法還包括接收高度計(jì)、加速度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、 溫濕度傳感器、泄露電流傳感器和拉力傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)；將高度計(jì)、加速度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、溫濕度傳感器、泄露電流傳感器和拉力傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控中心。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測輸電線路的風(fēng)偏角，包括根據(jù)高度計(jì)的測量數(shù)據(jù)、加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)、位移模型獲取第一風(fēng)偏角；根據(jù)高度計(jì)測得的當(dāng)前高度和歷史高度獲取第二風(fēng)偏角；根據(jù)視頻或圖像信息獲取第三風(fēng)偏角；根據(jù)風(fēng)速風(fēng)向信息、傳輸線路的靜態(tài)信息獲取第四風(fēng)偏角；融合第一、第二、第三和第四風(fēng)偏角，獲取 輸電線路的風(fēng)偏角。

基于上述技術(shù)方案，根據(jù)本發(fā)明的一方面，通過結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢， 提出基于傳感器多維感知技術(shù)的輸電線路在線監(jiān)測方法和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輸電線路弧垂、覆冰、 風(fēng)偏、風(fēng)擺、舞動(dòng)等的可靠在線監(jiān)測。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過在整條輸電線路上部署溫度傳感器、加速度傳感器、溫濕度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器等，并通過每個(gè)桿塔上的匯聚節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)傳感器簇，多個(gè)簇構(gòu)成線狀網(wǎng)絡(luò)并通過電力通信網(wǎng)構(gòu)成整個(gè)智能電網(wǎng)輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)，有效預(yù)防和減少電網(wǎng)輸電線路事故。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步解釋，構(gòu)成本發(fā)明的一部分。本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明僅用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測方法的流程圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測方法的流程圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一綜合傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第二綜合傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)據(jù)處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在附圖中，相同的標(biāo)號表示相同或者相似的組件或者元素。圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測方法100的流程圖。在步驟102中，根據(jù)高度計(jì)的測量結(jié)果、輸電線路的靜態(tài)信息、傳輸容量，以及溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件監(jiān)測輸電線路的弧垂?fàn)顩r。在步驟104中，根據(jù)高度計(jì)和加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)，以及溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件，監(jiān)測輸電線路的風(fēng)偏角。在步驟106中，根據(jù)加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)監(jiān)測輸電線路的運(yùn)動(dòng)位置軌跡。在步驟107中，根據(jù)加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)獲取輸電線路的最大受力情況，融合最大受力情況、高度計(jì)的測量數(shù)據(jù)和微氣象條件獲取輸電線路的舞動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果。在步驟108中，根據(jù)加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)、風(fēng)速風(fēng)向傳感器的測量數(shù)據(jù)和溫濕度傳感器的測量數(shù)據(jù)監(jiān)測輸電線路的微風(fēng)振動(dòng)水平和疲勞壽命。
在步驟110中，根據(jù)泄露電流傳感器和拉力傳感器的測量數(shù)據(jù)對輸電線路的覆冰情況進(jìn)行監(jiān)測。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將可以理解，用于電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測方法100的各步驟并不分先后執(zhí)行順序，各步驟能夠綜合實(shí)現(xiàn)預(yù)防和減少電網(wǎng)事故。圖2為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測方法200的流程圖。 在步驟202中，根據(jù)高度計(jì)的測量結(jié)果、輸電線路的靜態(tài)信息、傳輸容量，以及溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件監(jiān)測輸電線路的弧垂?fàn)顩r。輸電線路弧垂是線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行的主要指標(biāo)，關(guān)系到線路的運(yùn)行安全，因此必須控制在設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍內(nèi)。 線路運(yùn)行負(fù)荷和周圍環(huán)境的變化都會造成線路弧垂的變化，過大的弧垂不但會造成事故隱患，也會限制線路的輸送能力。在一個(gè)實(shí)施例中，輸電線路弧垂的測量可以以高度計(jì)測量為主，融合由輸電線路靜態(tài)信息、傳輸容量、微氣象條件等估算出來的結(jié)果，得出當(dāng)前可靠的導(dǎo)線弧垂?fàn)顟B(tài)?；〈沟臏y量結(jié)果可以是覆冰、風(fēng)偏、舞動(dòng)等狀態(tài)測量的重要信息來源。在一個(gè)實(shí)施例中，高度記可以是激光測距高度計(jì)。在步驟204中，根據(jù)高度計(jì)和加速度傳感器(比如MEMS陀螺)的測量數(shù)據(jù)，以及溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件，監(jiān)測輸電線路的風(fēng)偏角。在一個(gè)實(shí)施例中， 可以根據(jù)高度計(jì)的測量數(shù)據(jù)、加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)、位移模型獲取第一風(fēng)偏角。根據(jù)高度計(jì)測得的當(dāng)前高度和歷史高度獲取第二風(fēng)偏角。根據(jù)視頻或圖像信息獲取第三風(fēng)偏角。 根據(jù)風(fēng)速風(fēng)向信息、傳輸線路的靜態(tài)信息獲取第四風(fēng)偏角。然后，融合第一、第二、第三和第四風(fēng)偏角，獲取輸電線路的風(fēng)偏角。在步驟206中，根據(jù)加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)監(jiān)測輸電線路的運(yùn)動(dòng)位置軌跡。當(dāng)導(dǎo)線受到側(cè)陣風(fēng)吹拂的時(shí)候，其擺動(dòng)軌跡可以簡化為鐘擺運(yùn)動(dòng)，通常三相線路按同樣的方式擺動(dòng)。當(dāng)遇到側(cè)陣風(fēng)和垂直切變風(fēng)復(fù)合類型的復(fù)雜氣象情況時(shí)，有可能發(fā)生某二相線路的相向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致過度接近而發(fā)生短路事故。通過在輸電線路上安裝三軸加速度傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測導(dǎo)線的橫向加速度，經(jīng)過二次積分可以得到導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)位置軌跡，系統(tǒng)綜合各相傳感器的同一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)軌跡就可以對可能的導(dǎo)線異常接近給出告警。在步驟207中，風(fēng)速風(fēng)向傳感器可以監(jiān)測輸電線路周圍的風(fēng)速和風(fēng)向。在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)速風(fēng)向傳感器可以是全固態(tài)小型超聲波共振型風(fēng)速風(fēng)向傳感器，用于對輸電線路周圍的風(fēng)速和風(fēng)向進(jìn)行測量。通過輸電線路上部署的加速度傳感器計(jì)算出的導(dǎo)線風(fēng)偏以及風(fēng)速風(fēng)向傳感器的測量數(shù)據(jù)，可以為輸電線路的設(shè)計(jì)和風(fēng)偏校驗(yàn)提供實(shí)測依據(jù)，協(xié)助運(yùn)行部門查找故障點(diǎn)。另夕卜，可以通過監(jiān)測中心對輸電線路所經(jīng)區(qū)域的氣象資料的觀測、記錄、收集，積累運(yùn)行資料， 完善風(fēng)偏計(jì)算方法，同時(shí)準(zhǔn)確地記錄輸電線路桿塔上的最大瞬時(shí)風(fēng)速、風(fēng)壓不均勻系數(shù)、強(qiáng)風(fēng)下的導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)軌跡等，為制定合理的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)數(shù)據(jù)。在步驟208中，根據(jù)加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)、風(fēng)速風(fēng)向傳感器的測量數(shù)據(jù)和溫濕度傳感器的測量數(shù)據(jù)監(jiān)測輸電線路的微風(fēng)振動(dòng)水平和疲勞壽命。比如，通過三維加速度傳感器監(jiān)測導(dǎo)線的振動(dòng)情況，分析記錄導(dǎo)線的振動(dòng)頻率、振幅，結(jié)合線路周圍的風(fēng)速、風(fēng)向、 氣溫、濕度等微氣象環(huán)境參數(shù)以及導(dǎo)線本身力學(xué)性能參數(shù)，在線分析判斷線路微風(fēng)振動(dòng)的水平和導(dǎo)線的疲勞壽命。
在導(dǎo) 線運(yùn)行中，由于在靜張力之上疊加了振動(dòng)，導(dǎo)線承受了由幾種應(yīng)力級分量組成的復(fù)雜荷載系列，在導(dǎo)線運(yùn)行的同一時(shí)間內(nèi)，各個(gè)分量具有不同的振動(dòng)循環(huán)次數(shù)。估算一個(gè)具有這種荷載系列的導(dǎo)線疲勞使用壽命可以應(yīng)用累積損傷理論。應(yīng)力框圖是累積頻率曲線的基礎(chǔ)，通過對輸電線路振動(dòng)信號數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，可以估算出同一時(shí)間內(nèi)不同應(yīng)力級的循環(huán)次數(shù)。同時(shí)，可以觀察各個(gè)頻率分量上振動(dòng)的大小，從而預(yù)防輸電線路上可能產(chǎn)生的共振。經(jīng)過估算可以得出疲勞壽命。參照預(yù)測結(jié)果及專家知識庫設(shè)置的提示、預(yù)警、報(bào)警值可以給出檢修建議。在步驟209中，根據(jù)加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)獲取輸電線路的最大受力情況，融合最大受力情況、高度計(jì)的測量數(shù)據(jù)和微氣象條件獲取輸電線路的舞動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果。比如，在一檔導(dǎo)線中多點(diǎn)安裝三維加速度傳感器節(jié)點(diǎn)以監(jiān)測導(dǎo)線舞動(dòng)情況，采集三軸加速度信息，依據(jù)對監(jiān)測點(diǎn)加速度的計(jì)算分析及線路基本信息、導(dǎo)線舞動(dòng)三自由度數(shù)據(jù)模型分析舞動(dòng)線路的縱向、橫向舞動(dòng)半波數(shù)及計(jì)算導(dǎo)線運(yùn)行的軌跡相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)模型，判斷線路是否發(fā)生舞動(dòng)危害，發(fā)出報(bào)警信息，避免相間放電、倒塔等事故的發(fā)生。當(dāng)輸電線遇有風(fēng)向與線路水平夾角大于45度的大風(fēng)時(shí)，整檔導(dǎo)線在強(qiáng)大風(fēng)力和導(dǎo)線本身機(jī)械應(yīng)力的作用下將產(chǎn)生整體扭轉(zhuǎn)與擺動(dòng)，導(dǎo)線整體的這種扭轉(zhuǎn)和擺動(dòng)隨著持續(xù)風(fēng)力的作用而逐漸加大，慢慢形成橢圓形的運(yùn)動(dòng)軌跡。當(dāng)扭轉(zhuǎn)加劇并導(dǎo)致導(dǎo)線以較低頻率進(jìn)行大幅度上下跳動(dòng)，這時(shí)導(dǎo)線的扭擺現(xiàn)象已不十分明顯，整檔導(dǎo)線的狀態(tài)表現(xiàn)為定向的波浪式運(yùn)動(dòng)，當(dāng)風(fēng)力減弱時(shí)，導(dǎo)線將從上下跳動(dòng)逐步恢復(fù)為扭轉(zhuǎn)和擺動(dòng)并逐漸減弱直至停止。根據(jù)舞動(dòng)的特點(diǎn)得出，在舞動(dòng)劇烈運(yùn)動(dòng)的前期和后期，線路的運(yùn)動(dòng)軌跡主要以擺動(dòng)為主，因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測輸電線路擺動(dòng)的角度或者輸電線上某點(diǎn)擺動(dòng)的振幅，能夠?qū)€路起良好的監(jiān)控和預(yù)警作用。利用加速度傳感器可以描繪導(dǎo)線某點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，對加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行二重積分即可得到位置數(shù)據(jù)。此外，由于加速度數(shù)據(jù)是不連續(xù)的，可以進(jìn)行近似積分。通過計(jì)算，可以精確得出導(dǎo)線的最大運(yùn)動(dòng)距離，通過測得的最大加速度，可以近似推導(dǎo)該段導(dǎo)線的最大受力情況，從而可以給出導(dǎo)線受損可能的指導(dǎo)數(shù)據(jù)。由于導(dǎo)線舞動(dòng)受各種參量的影響，在實(shí)際系統(tǒng)中，導(dǎo)線舞動(dòng)監(jiān)測可以融合如微氣象、高度計(jì)、塔架視頻等的信息，設(shè)計(jì)合理的多源信息融合模型，獲取可靠的舞動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果。在步驟210中，根據(jù)泄露電流傳感器和拉力傳感器的測量數(shù)據(jù)對輸電線路的覆冰情況進(jìn)行監(jiān)測。比如，可以在輸電桿塔的絕緣子上安裝絕緣子泄露電流傳感器和拉力傳感器節(jié)點(diǎn)，采集拉力、重量等數(shù)據(jù)，根據(jù)拉力、重量與覆冰狀況之間的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行計(jì)算判定。 另外，通過對線路弧垂的實(shí)時(shí)測量也可以對線路覆冰情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。通過實(shí)時(shí)測量環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等參數(shù)，也可以判斷是否有結(jié)冰可能。如果可能結(jié)冰可以啟動(dòng)拉力傳感器進(jìn)行絕緣子拉力測量，以精確判斷是否有結(jié)冰現(xiàn)象。 如果沒有結(jié)冰可能，就不啟動(dòng)耗費(fèi)電力的拉力測量，從而延長絕緣子泄露電流傳感器和拉力傳感器節(jié)點(diǎn)的電池壽命。在步驟212中，對輸電線路進(jìn)行監(jiān)視，并將監(jiān)視的信息通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控中心。比如，在重要的大跨距輸電桿塔上可以安裝視頻監(jiān)控裝置，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將照片、視頻等信息傳往監(jiān)控中心。進(jìn)而，在監(jiān)控中心可以隨時(shí)、全天候地掌握輸電線路的情況，比如覆冰的形成和發(fā)展情況等。另外，將塔架上的視頻監(jiān)控裝置獲取的當(dāng)前圖像信息與歷史信息進(jìn)行比較、分析，可以進(jìn)一步確認(rèn)線路的弧垂以及覆冰情況。再輔以微氣象測量數(shù)據(jù)，能夠及時(shí)適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整，增加線路電流，提高導(dǎo)線溫度，以防止導(dǎo)線覆冰。在步驟214中，接 收高度計(jì)、加速度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、溫濕度傳感器、泄露電流傳感器和拉力傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)，將高度計(jì)、加速度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、溫濕度傳感器、泄露電流傳感器和拉力傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控中心。由于輸電線路分布范圍廣，跨越距離大，為保證傳感信息的有效傳輸，避免信息丟失，在傳感網(wǎng)中可以采用多跳組網(wǎng)協(xié)議，以多跳中繼通信的方式使網(wǎng)絡(luò)具備更遠(yuǎn)的信息傳輸距離。通過電力專用通信網(wǎng)絡(luò)或借助公網(wǎng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)傳感信息的遠(yuǎn)距離傳輸，提供更加靈活、高速、便捷的信息傳輸服務(wù)，確保信息傳輸?shù)母咝惩ǎ瑸檩旊娋€路現(xiàn)場與后臺監(jiān)控中心的互通互聯(lián)提供可靠優(yōu)質(zhì)的傳輸服務(wù)。依據(jù)輸電線路應(yīng)用場景，可以設(shè)計(jì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇殒湢畲匦徒Y(jié)構(gòu)，如圖3所示。圖3包括傳感節(jié)點(diǎn)302、骨干節(jié)點(diǎn)304和通信鏈路306。傳感節(jié)點(diǎn)302可以部署各類傳感器比如高度計(jì)、加速度傳感器等。在一個(gè)實(shí)施例中，可以在輸電桿塔上布設(shè)骨干節(jié)點(diǎn) 304，從其通信范圍內(nèi)的各傳感節(jié)點(diǎn)302采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將其通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給后臺監(jiān)控中心。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感節(jié)點(diǎn)302與骨干節(jié)點(diǎn)304之間可以采用單向通信鏈路306， 骨干節(jié)點(diǎn)304能支持多個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)302，如256個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，骨干節(jié)點(diǎn)304之間的通信可以為雙向通信鏈路306。骨干節(jié)點(diǎn)304可以構(gòu)成鏈型拓?fù)涠嗵W(wǎng)絡(luò)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以在某個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)302上加裝通信模塊，直接將傳感器的數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控中心。在一個(gè)實(shí)施例中，通信網(wǎng)絡(luò)可以是TD-SCDMA、GSM等網(wǎng)絡(luò)，可以直接接入3G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，在有條件的桿塔也可以接入光纖復(fù)合架空地線(OPGW)光網(wǎng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將可以理解，用于電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測方法200中的步驟 202-212并不分先后執(zhí)行順序，各步驟能夠綜合實(shí)現(xiàn)預(yù)防和減少電網(wǎng)事故。圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測系統(tǒng)400的結(jié)構(gòu)示意圖。電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測系統(tǒng)400包括第一綜合傳感器402、第二綜合傳感器404和第二加速度傳感器 406。第一綜合傳感器402，布設(shè)于兩個(gè)桿塔之間輸電線路的中間位置，包括高度計(jì)、第一加速度傳感器、溫濕度傳感器和雨量傳感器。第二綜合傳感器404，布設(shè)于輸電線路電纜接頭處，包括泄露電流傳感器、拉力傳感器和風(fēng)速風(fēng)向傳感器。第二加速度傳感器406，布設(shè)于輸電線路電纜接頭到第一綜合傳感器之間輸電線路的中間位置。圖5為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測系統(tǒng)500的結(jié)構(gòu)示意圖。電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測系統(tǒng)500包括第一綜合傳感器502、第二綜合傳感器504、第二加速度傳感器506、視頻監(jiān)控裝置508、骨干節(jié)點(diǎn)510。第一綜合傳感器502，布設(shè)于兩個(gè)桿塔之間輸電線路的中間位置，包括高度計(jì)、第一加速度傳感器、溫濕度傳感器和雨量傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，高度計(jì)可以為激光測距高度計(jì)。第一綜合傳感器502還可以包括能量供應(yīng)模塊、信號調(diào)整模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理裝置、數(shù)據(jù)傳輸模塊，如圖6所示。
第二綜合傳感器504，布設(shè)于輸電線路電纜接頭處，包括泄露電流傳感器、拉力傳感器和風(fēng)速風(fēng)向傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)速風(fēng)向傳感器為全固態(tài)小型超聲波共振型風(fēng)速風(fēng)向傳感器。第二綜合傳感器504還可以包括能量供應(yīng)模塊、信號調(diào)整模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理裝置、數(shù)據(jù)傳輸模塊，如圖7所示。如圖6和圖7所示的第一綜合傳感器502和第二綜合傳感器504中的數(shù)據(jù)處理裝置可以如圖8所示，包括弧垂?fàn)顩r獲取模塊802、風(fēng)偏角獲取模塊804、運(yùn)動(dòng)軌跡獲取模塊 806、振動(dòng) 水平及疲勞壽命獲取模塊808、舞動(dòng)狀態(tài)獲取模塊810和/或覆冰情況獲取模塊 812。其中，弧垂?fàn)顩r獲取模塊802，用于根據(jù)高度計(jì)的測量結(jié)果、輸電線路的靜態(tài)信息、傳輸容量，以及溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件獲取輸電線路的弧垂?fàn)顩r。風(fēng)偏角獲取模塊804，用于根據(jù)高度計(jì)和第一和第二加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)，以及溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件，獲取輸電線路的風(fēng)偏角。運(yùn)動(dòng)軌跡獲取模塊806，用于根據(jù)第一和第二加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)獲取輸電線路的運(yùn)動(dòng)位置軌跡。振動(dòng)水平及疲勞壽命獲取模塊808，用于根據(jù)第一和第二加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)、風(fēng)速風(fēng)向傳感器的測量數(shù)據(jù)和溫濕度傳感器的測量數(shù)據(jù)獲取輸電線路的微風(fēng)振動(dòng)水平和疲勞壽命。舞動(dòng)狀態(tài)獲取模塊810，用于根據(jù)加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)獲取輸電線路的最大受力情況，融合最大受力情況、高度計(jì)的測量數(shù)據(jù)和微氣象條件獲取輸電線路的舞動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果。覆冰情況獲取模塊812，用于根據(jù)泄露電流傳感器和拉力傳感器的測量數(shù)據(jù)對輸電線路的覆冰情況進(jìn)行監(jiān)測。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理裝置也可以包含于骨干節(jié)點(diǎn)510或后臺監(jiān)控中心。第二加速度傳感器506，布設(shè)于輸電線路電纜接頭到第一綜合傳感器之間輸電線路的中間位置。每條輸電線路可以部署三個(gè)加速度傳感器，其中一個(gè)集成到第一綜合傳感器502中，另外兩個(gè)部署(如第二加速度傳感器506)在第一綜合傳感器502的兩側(cè)，位置在輸電線電纜接頭到第一綜合傳感器502的中間位置。視頻監(jiān)控裝置508，布設(shè)于輸電桿塔上，將對輸電線路進(jìn)行監(jiān)視的信息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控中心。骨干節(jié)點(diǎn)510，接收第一綜合傳感器502、第二綜合傳感器504、第二加速度傳感器 506以及視頻監(jiān)控裝置508的數(shù)據(jù)，并通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送第一綜合傳感器502、第二綜合傳感器504、第二加速度傳感器506以及視頻監(jiān)控裝置508監(jiān)測的數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一綜合傳感器502、第二綜合傳感器504、第二加速度傳感器 506或視頻監(jiān)控裝置508可以包括通信模塊，用于將第一綜合傳感器502、第二綜合傳感器 504、第二加速度傳感器506或視頻監(jiān)控裝置508的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)直接傳送給監(jiān)控中心。在一個(gè)實(shí)施例中，第一綜合傳感器502、第二綜合傳感器504、第二加速度傳感器 506以及視頻監(jiān)控裝置508的監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳送可以符合多跳組網(wǎng)協(xié)議。通信網(wǎng)絡(luò)可以為 TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)實(shí)施例中，輸電桿塔也可以接入光纖復(fù)合架空地線(OPGW)?；谏鲜雒枋觯鶕?jù)本發(fā)明的一方面，通過結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢，提出基于傳感器多維感知技術(shù)的輸電線路在線監(jiān)測方法和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輸電線路弧垂、覆冰、風(fēng)偏、風(fēng)擺、舞動(dòng)等的可靠在線監(jiān)測。通過在整條輸電線路上部署溫度傳感器、加速度傳感器、 溫濕度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器等，并通過每個(gè)桿塔上的匯聚節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)傳感器簇，多個(gè)簇構(gòu)成線狀網(wǎng)絡(luò)并通過電力通信網(wǎng)構(gòu)成整個(gè)智能電網(wǎng)輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)，有效預(yù)防和減少電網(wǎng)輸電線路事故。 本發(fā)明的描述 是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯然的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種用于電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括第一綜合傳感器，布設(shè)于兩個(gè)桿塔之間輸電線路的中間位置，包括高度計(jì)、第一加速度傳感器、溫濕度傳感器和雨量傳感器；第二綜合傳感器，布設(shè)于輸電線路電纜接頭處，包括泄露電流傳感器、拉力傳感器和風(fēng)速風(fēng)向傳感器；第二加速度傳感器，布設(shè)于輸電線路電纜接頭到所述第一綜合傳感器之間輸電線路的中間位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括弧垂?fàn)顩r獲取模塊，用于根據(jù)所述高度計(jì)的測量結(jié)果、輸電線路的靜態(tài)信息、傳輸容量以及所述溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件獲取輸電線路的弧垂?fàn)顩r；風(fēng)偏角獲取模塊，用于根據(jù)所述高度計(jì)和所述第一和第二加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)， 以及所述溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件，獲取輸電線路的風(fēng)偏角；運(yùn)動(dòng)軌跡獲取模塊，用于根據(jù)所述第一和第二加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)獲取輸電線路的運(yùn)動(dòng)位置軌跡；振動(dòng)水平及疲勞壽命獲取模塊，用于根據(jù)所述第一和第二加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)、 所述風(fēng)速風(fēng)向傳感器的測量數(shù)據(jù)和溫濕度傳感器的測量數(shù)據(jù)獲取輸電線路的微風(fēng)振動(dòng)水平和疲勞壽命；舞動(dòng)狀態(tài)獲取模塊，用于根據(jù)所述加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)獲取輸電線路的最大受力情況，融合所述最大受力情況、所述高度計(jì)的測量數(shù)據(jù)和微氣象條件獲取輸電線路的舞動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果；覆冰情況獲取模塊，用于根據(jù)所述泄露電流傳感器、拉力傳感器的測量數(shù)據(jù)對輸電線路的覆冰情況進(jìn)行監(jiān)測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)速風(fēng)向傳感器為全固態(tài)小型超聲波共振型風(fēng)速風(fēng)向傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，還包括視頻監(jiān)控裝置，布設(shè)于輸電桿塔上，將對輸電線路進(jìn)行監(jiān)視的信息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控中心。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，還包括骨干節(jié)點(diǎn)，接收所述第一綜合傳感器、第二綜合傳感器和第二加速度傳感器的數(shù)據(jù)， 并通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送所述第一綜合傳感器、第二綜合傳感器和第二加速度傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，還包括包含于所述第一綜合傳感器、第二綜合傳感器或第二加速度傳感器的通信模塊，用于將所述第一綜合傳感器、第二綜合傳感器或第二加速度傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控中心。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一綜合傳感器、第二綜合傳感器和第二加速度傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳送符合多跳組網(wǎng)協(xié)議。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，還包括光纖復(fù)合架空地線(OPGW)，布設(shè)于輸電線路上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述高度計(jì)為激光測距高度計(jì)。
10.一種用于電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測方法，其特征在于，包括根據(jù)高度計(jì)的測量結(jié)果、輸電線路的靜態(tài)信息、傳輸容量，以及溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件監(jiān)測輸電線路的弧垂?fàn)顩r；根據(jù)所述高度計(jì)和加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)，以及所述溫濕度傳感器和雨量傳感器測得的微氣象條件，監(jiān)測輸電線路的風(fēng)偏角；根據(jù)所述加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)監(jiān)測輸電線路的運(yùn)動(dòng)位置軌跡； 根據(jù)所述加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)獲取輸電線路的最大受力情況，融合所述最大受力情況、所述高度計(jì)的測量數(shù)據(jù)和微氣象條件獲取輸電線路的舞動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果；根據(jù)所述加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)、風(fēng)速風(fēng)向傳感器的測量數(shù)據(jù)和溫濕度傳感器的測量數(shù)據(jù)監(jiān)測輸電線路的微風(fēng)振動(dòng)水平和疲勞壽命；根據(jù)泄露電流傳感器和拉力傳感器的測量數(shù)據(jù)對輸電線路的覆冰情況進(jìn)行監(jiān)測。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的監(jiān)測方法，其特征在于，還包括對輸電線路進(jìn)行監(jiān)視，并將監(jiān)視的信息通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控中心。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的監(jiān)測方法，其特征在于，還包括接收所述高度計(jì)、加速度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、溫濕度傳感器、泄露電流傳感器和拉力傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)；將所述高度計(jì)、加速度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、溫濕度傳感器、泄露電流傳感器和拉力傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送給監(jiān)控中心。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的監(jiān)測方法，其特征在于，所述監(jiān)測輸電線路的風(fēng)偏角，包括根據(jù)所述高度計(jì)的測量數(shù)據(jù)、所述加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)、位移模型獲取第一風(fēng)偏角；根據(jù)所述高度計(jì)測得的當(dāng)前高度和歷史高度獲取第二風(fēng)偏角； 根據(jù)視頻或圖像信息獲取第三風(fēng)偏角； 根據(jù)風(fēng)速風(fēng)向信息、傳輸線路的靜態(tài)信息獲取第四風(fēng)偏角； 融合所述第一、第二、第三和第四風(fēng)偏角，獲取輸電線路的所述風(fēng)偏角。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電網(wǎng)輸電線路監(jiān)測方法和系統(tǒng)，涉及輸電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。其中，用于電網(wǎng)輸電線路的監(jiān)測系統(tǒng)，包括第一綜合傳感器，布設(shè)于兩個(gè)桿塔之間輸電線路的中間位置，包括高度計(jì)、第一加速度傳感器、溫濕度傳感器和雨量傳感器；第二綜合傳感器，布設(shè)于輸電線路電纜接頭處，包括泄露電流傳感器、拉力傳感器和風(fēng)速風(fēng)向傳感器；第二加速度傳感器，布設(shè)于輸電線路電纜接頭到第一綜合傳感器之間輸電線路的中間位置。通過結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢，提出基于傳感器多維感知技術(shù)的輸電線路在線監(jiān)測方法和系統(tǒng)，有效預(yù)防和減少電網(wǎng)輸電線路事故。
文檔編號G01D21/02GK102221381SQ20111015453
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者何清素, 劉建明, 曾令康, 李祥珍, 歐清海, 甄巖, 陳晰 申請人:國網(wǎng)信息通信有限公司