風(fēng)偏角測(cè)量裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種風(fēng)偏角測(cè)量裝置。該裝置由組合自供電單元，風(fēng)偏角檢測(cè)單元，控制器和射頻模塊組成，支持zigBee，支持位置查詢(xún)。該裝置安裝方便，易于后期維護(hù)，使用太陽(yáng)能、環(huán)境電磁能和風(fēng)能組合供電，環(huán)保節(jié)能?？捎糜趯?duì)電力線路風(fēng)偏角進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，既適用于交流供電線路，也適用于直流輸電線路，以及各種有線信號(hào)傳輸線路。
【專(zhuān)利說(shuō)明】風(fēng)偏角測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種自供電的電力線風(fēng)偏角監(jiān)測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)偏角是影響野外輸電線路安全的一個(gè)重要因素。風(fēng)作用在絕緣子串和導(dǎo)線上，導(dǎo)線上的風(fēng)荷載會(huì)引起懸垂絕緣子串角度偏移，這就是導(dǎo)線懸垂絕緣子串的風(fēng)偏角。
[0003]野外電力線路架設(shè)環(huán)境復(fù)雜，受氣象條件和地理位置的影響，經(jīng)常發(fā)生各種故障，風(fēng)偏閃絡(luò)事故是最常見(jiàn)的一種。山谷、河道或者極端天氣引起的強(qiáng)風(fēng)，容易導(dǎo)致懸垂的絕緣子風(fēng)偏角過(guò)大，電力線與鐵塔金屬支架之間間隙不夠，從而產(chǎn)生放電跳閘，影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
[0004]風(fēng)偏跳閘是在強(qiáng)風(fēng)天氣區(qū)產(chǎn)生颮線風(fēng)的條件下發(fā)生的，強(qiáng)風(fēng)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，風(fēng)偏角尚未恢復(fù)到正常水平，此時(shí)若進(jìn)行重合閘動(dòng)作，將會(huì)產(chǎn)生操作過(guò)電壓，導(dǎo)致重合閘失敗。
[0005]供電問(wèn)題是電力線路在線監(jiān)測(cè)裝置面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。目前常用的有太陽(yáng)能供電、高壓抽能和電池供電。
[0006]單純的太陽(yáng)能供電方式，受天氣影響較大。對(duì)于天氣惡劣的情況下，太陽(yáng)能供電得不到保證，而天氣惡劣情況正是電路線路故障的多發(fā)時(shí)段，恰好是最需要監(jiān)測(cè)風(fēng)偏角的時(shí)候。
[0007]高壓抽能技術(shù)主要利用電磁感應(yīng)原理，構(gòu)造一個(gè)類(lèi)似穿芯式電流互感器的裝置，將電力線周邊電磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能。受磁場(chǎng)強(qiáng)度限制，磁電轉(zhuǎn)換裝置必須足夠接近電力線，且必須與電力線絕緣，故而對(duì)使用的絕緣材料性能、及使用壽命要求較高，帶電部署此類(lèi)監(jiān)測(cè)裝置時(shí)，難度較大，導(dǎo)致安全事故發(fā)生，同時(shí)也增加后期維護(hù)的困難。另外，一旦由于惡劣天氣等原因?qū)е戮€路中斷，該抽能方式將失效。同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)僅適用于交變線路，對(duì)于直流供電線路、輸電線路中的地線均不能使用。
[0008]電池使用壽命有限，后期維護(hù)困難，且電池使用容易污染環(huán)境，不適合此類(lèi)長(zhǎng)期在線工作的應(yīng)用。
[0009]電力線路傳輸過(guò)程中，監(jiān)控和故障排查均需要對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
[0010]環(huán)境中充滿(mǎn)各種頻段的電磁波，如AM廣播信號(hào)、FM廣播信號(hào)、TV信號(hào)、GSM信號(hào)、ISM信號(hào)等等。選擇其中空間輻射場(chǎng)強(qiáng)較大的波段進(jìn)行接收，可以獲取較為穩(wěn)定的能量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本實(shí)用新型的目的在于，提供一種自供電的風(fēng)偏角測(cè)量裝置，用于對(duì)電力線路風(fēng)偏角進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并且該裝置安裝方便，易于后期維護(hù)，環(huán)保節(jié)能，不受天氣限制?？蛇m用于交流或直流輸電線路、以及各種有線信號(hào)傳輸線路。
[0012]本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0013]一種風(fēng)偏角測(cè)量裝置，包括組合自供電單元(I)、風(fēng)偏角檢測(cè)單元(2)、控制器(3)和射頻模塊⑷；所述的控制器⑶分別與風(fēng)偏角檢測(cè)單元(2)、組合自供電單元⑴和射頻模塊相連⑷；所述的組合自供電單元(I)，包括太陽(yáng)能發(fā)電裝置、風(fēng)能發(fā)電裝置、和環(huán)境電磁波發(fā)電裝置和能量存儲(chǔ)模塊；所述的太陽(yáng)能發(fā)電裝置、風(fēng)能發(fā)電裝置和環(huán)境電磁波發(fā)電裝置以并聯(lián)方式連接在能量存儲(chǔ)模塊的輸入端；所述的能量存儲(chǔ)模塊輸出端和裝置其他模塊相連。
[0014]作為本方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的環(huán)境電磁波發(fā)電裝置由電磁波能量采集模塊，整流升壓模塊和能量存儲(chǔ)模塊組成；所述的電磁波能量采集模塊使用高壓輸電線路的支撐鐵塔作為環(huán)境電磁波能量吸收天線。
[0015]作為本方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的風(fēng)偏角檢測(cè)單元，包括懸垂角傳感器、信號(hào)處理電路，所述的懸垂角傳感器經(jīng)信號(hào)處理電路處理后送入控制器的AD轉(zhuǎn)換接口 ；所述的懸垂角傳感器固定在高壓輸電線路的絕緣子串上。
[0016]作為本方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的太陽(yáng)能發(fā)電裝置，包括一個(gè)二自由度的支架，太陽(yáng)能電池板固定在支架上方，該支架的一個(gè)自由度用于調(diào)整太陽(yáng)能電池板與垂直方向的夾角，另一個(gè)自由度用于控制支架水平旋轉(zhuǎn)，兩自由度均由電機(jī)控制，通過(guò)微控制器程序驅(qū)動(dòng)共同調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池板的朝向，使得太陽(yáng)能電池板始終保持在最易于接收太陽(yáng)光照射的角度。
[0017]作為本方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的控制器和RF模塊集成于同一芯片之中，所述的芯片內(nèi)置zigbee協(xié)議棧，為微功耗芯片。
[0018]作為本方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的能量存儲(chǔ)模塊包括充電保護(hù)電路。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為風(fēng)偏角測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為組合供電單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為二自由度的支架正面視圖。
[0022]圖4為二自由度的支架側(cè)面視圖。
[0023]圖5為充電保護(hù)電路結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0025]如圖1所示，一種風(fēng)偏角測(cè)量裝置，包括組合自供電單元(I)、風(fēng)偏角檢測(cè)單元(2)、控制器(3)和射頻模塊⑷；所述的控制器(3)分別與風(fēng)偏角檢測(cè)單元(2)、組合自供電單元(I)和射頻模塊相連(4)。
[0026]如圖2所示，所述的組合自供電單元，包括太陽(yáng)能發(fā)電裝置、風(fēng)能發(fā)電裝置、和環(huán)境電磁波發(fā)電裝置和能量存儲(chǔ)模塊；所述的太陽(yáng)能發(fā)電裝置、風(fēng)能發(fā)電裝置和環(huán)境電磁波發(fā)電裝置以并聯(lián)方式連接在能量存儲(chǔ)模塊的輸入端；所述的能量存儲(chǔ)模塊輸出端和裝置其他模塊相連；
[0027]所述的太陽(yáng)能發(fā)電裝置，包括一個(gè)二自由度的支架，圖3、圖4分別是該支架結(jié)構(gòu)的正面和側(cè)面視圖。支架安裝在電力線路支撐鐵塔上端適當(dāng)位置。太陽(yáng)能電池板固定在支架上方，該支架的一個(gè)自由度用于調(diào)整太陽(yáng)能電池板與垂直方向的夾角，另一個(gè)自由度用于控制中間的支撐桿水平旋轉(zhuǎn)，兩自由度均由電機(jī)控制，通過(guò)微控制器程序驅(qū)動(dòng)共同調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池板的朝向，使得太陽(yáng)能電池板始終保持在最易于接收太陽(yáng)光照射的角度。
[0028]所述的風(fēng)能發(fā)電裝置，由風(fēng)輪機(jī)構(gòu)、風(fēng)能發(fā)電機(jī)、整流穩(wěn)壓電路構(gòu)成。所述的風(fēng)能發(fā)電機(jī)可以包含一個(gè)到多個(gè)風(fēng)輪機(jī)構(gòu)，有利于在保證供電的同時(shí)，減少風(fēng)輪機(jī)構(gòu)的大小，從而減少部署的困難。風(fēng)輪機(jī)構(gòu)安裝在供電線路支撐鐵塔的頂部適當(dāng)位置。所述的風(fēng)輪機(jī)構(gòu)與風(fēng)能發(fā)電機(jī)相連，風(fēng)輪機(jī)構(gòu)受風(fēng)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)風(fēng)能發(fā)電機(jī)發(fā)電，風(fēng)能發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)整流穩(wěn)壓電路調(diào)整后輸出到能量存儲(chǔ)模塊。
[0029]環(huán)境中充滿(mǎn)各種頻段的電磁波，如AM廣播信號(hào)、FM廣播信號(hào)、TV信號(hào)、GSM信號(hào)、ISM信號(hào)等等。選擇其中空間輻射場(chǎng)強(qiáng)較大的波段進(jìn)行接收，可以獲取較為穩(wěn)定的能量。
[0030]所述的環(huán)境電磁波發(fā)電裝置，用于采集環(huán)境電磁波信號(hào)，轉(zhuǎn)化為電能，為測(cè)量裝置提供電能。所述的電磁能轉(zhuǎn)換單元由電磁波能量采集模塊，整流升壓模塊和能量存儲(chǔ)模塊組成。
[0031]所述的電磁波能量采集模塊由由天線、電感、電容等組成。天線可以有多種形式，因?yàn)殡娏€支撐鐵塔是金屬導(dǎo)體，這里直接使用鐵塔作為本電磁波能量采集模塊的天線，可較好的吸收環(huán)境電磁波能量。LC諧振回路，構(gòu)成能量接收系統(tǒng)，將磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為電能。
[0032]受天線性能影響，能量采集模塊接收到的輸出功率一般在50 μ W到100 μ W之間，需要進(jìn)行整流和升壓。整流電路采用橋式整流電路，采用一級(jí)倍壓可以達(dá)到測(cè)量裝置所需要的電壓大小。倍壓電路輸出端可以連接RC濾波電路，盡可能地將濾除脈動(dòng)分量，得到較為平滑的直流電壓。小功率的輸出能量需要經(jīng)過(guò)儲(chǔ)存環(huán)節(jié)，才能滿(mǎn)足工作需要，這里使用大容量的電容(如兩個(gè)并聯(lián)的16V447yF的電容)作為儲(chǔ)能元件。
[0033]太陽(yáng)能發(fā)電裝置可在太陽(yáng)光較為充分時(shí)，為裝置提供電能；有風(fēng)的天氣，風(fēng)能發(fā)電裝置將工作起來(lái)；對(duì)于極端惡劣的天氣，長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有太陽(yáng)，此時(shí)風(fēng)能發(fā)電裝置的風(fēng)輪機(jī)構(gòu)由于冰凍天氣等影響，不能正常工作，此時(shí)環(huán)境電磁波發(fā)電裝置仍然可以為本實(shí)用新型提供維持正常工作的電能。
[0034]所述的能量存儲(chǔ)模塊中包含充電保護(hù)電路，既可防止因?yàn)檫^(guò)充損壞能量存儲(chǔ)單元，也可防止反充導(dǎo)致前向能量轉(zhuǎn)換單元損壞。
[0035]充電保護(hù)電路可以采用如圖5所示的電路。VD為防反充肖特基二極管，VT是防過(guò)充晶體管，當(dāng)能量接收模塊沒(méi)有接收到無(wú)線充電能量時(shí)，電路輸入端電壓為0，肖特基二極管VD能有效防止電池組對(duì)前向電路反充電，當(dāng)電池組充滿(mǎn)電時(shí)，VT導(dǎo)通，下方的LED燈發(fā)光，提示已經(jīng)充滿(mǎn)，此時(shí)輸入端接收的電能會(huì)被VT消耗掉，從而起到防止過(guò)充的作用。
[0036]本裝置引入電源管理電路，以使本裝置能在電磁波信號(hào)較少的地方也能工作。電源管理電路由儲(chǔ)能模塊和電壓偵測(cè)電路組成。電壓偵測(cè)電路采集儲(chǔ)能模塊輸出電壓，并將結(jié)果輸出給控制器?？刂破鞯腁DC端每10秒鐘采集一次電壓偵測(cè)結(jié)果，當(dāng)電壓低于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，控制器和射頻模塊處于休眠狀態(tài)，當(dāng)閾值達(dá)到預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，休眠模塊被喚醒。
[0037]所述的風(fēng)偏角檢測(cè)單元，包括懸垂角傳感器、信號(hào)處理電路。所述的懸垂角傳感器固定在絕緣子串上。絕緣子串懸掛在供電線路支撐鐵塔上端，電力線懸掛在絕緣子串下方。受強(qiáng)風(fēng)影響偏離平衡位置是，將帶動(dòng)絕緣子串發(fā)生偏離，懸垂角傳感器隨絕緣子串一起發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而檢測(cè)出該風(fēng)偏角信號(hào)。所述的傳感器信號(hào)進(jìn)濾波、放大后送入控制器的AD轉(zhuǎn)換接口。
[0038]所述的控制器控制射頻單元將接受到的傳感器數(shù)據(jù)和其他必要的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)端的無(wú)線收發(fā)裝置。
[0039]所述的控制器、射頻模塊集成在同一芯片中，有利于提高整體性能。該芯片優(yōu)選為CC2240，該芯片內(nèi)置zigbee協(xié)議棧，且為微功耗芯片。
[0040]以上所述的僅是本實(shí)用新型的實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)偏角測(cè)量裝置，其特征在于，包括組合自供電單元(I)、風(fēng)偏角檢測(cè)單元(2)、控制器⑶和射頻模塊⑷；所述的控制器⑶分別與風(fēng)偏角檢測(cè)單元(2)、組合自供電單元(I)和射頻模塊相連(4);所述的組合自供電單元(I)，包括太陽(yáng)能發(fā)電裝置、風(fēng)能發(fā)電裝置、和環(huán)境電磁波發(fā)電裝置和能量存儲(chǔ)模塊；所述的太陽(yáng)能發(fā)電裝置、風(fēng)能發(fā)電裝置和環(huán)境電磁波發(fā)電裝置以并聯(lián)方式連接在能量存儲(chǔ)模塊的輸入端；所述的能量存儲(chǔ)模塊輸出端和裝置其他模塊相連。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)偏角測(cè)量裝置，其特征在于，所述的環(huán)境電磁波發(fā)電裝置由電磁波能量采集模塊，整流升壓模塊和能量存儲(chǔ)模塊組成；所述的電磁波能量采集模塊使用高壓輸電線路的支撐鐵塔作為環(huán)境電磁波能量吸收天線。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)偏角測(cè)量裝置，其特征在于，所述的風(fēng)偏角檢測(cè)單元，包括懸垂角傳感器、信號(hào)處理電路，所述的懸垂角傳感器經(jīng)信號(hào)處理電路處理后送入控制器的AD轉(zhuǎn)換接口 ；所述的懸垂角傳感器固定在高壓輸電線路的絕緣子串上。
4.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)偏角測(cè)量裝置，其特征在于，所述的太陽(yáng)能發(fā)電裝置，包括一個(gè)二自由度的支架，太陽(yáng)能電池板固定在支架上方，該支架的一個(gè)自由度用于調(diào)整太陽(yáng)能電池板與垂直方向的夾角，另一個(gè)自由度用于控制支架水平旋轉(zhuǎn)，兩自由度均由電機(jī)控制，共同調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池板的朝向，使得太陽(yáng)能電池板始終保持在最易于接收太陽(yáng)光照射的角度。
5.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)偏角測(cè)量裝置，其特征在于，所述的控制器和RF模塊集成于同一芯片之中，所述的芯片內(nèi)置zigbee協(xié)議棧，為微功耗芯片。
6.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)偏角測(cè)量裝置，其特征在于，所述的能量存儲(chǔ)模塊包括充電保護(hù)電路。
【文檔編號(hào)】G01C1/00GK203949657SQ201420360959
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】張平 申請(qǐng)人:湖南科技學(xué)院