專利名稱：高壓輸電線路地線振動在線監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于輸電線路在線監測設備技術領域，具體涉及一種高壓輸電線路地線振動在線監測裝置。
背景技術：
架空輸電線路受自然條件的影響會發生多種災害事故，而輸電線路振動是其中較為嚴重的一種災害。近年來，由于受氣象條件的影響，架空輸電線路振動事故發生的頻率和強度明顯增加，造成了巨大的經濟損失，同時也嚴重影響了電網的安全運行，因此對輸電線路振動進行有效監測成為當務之急。隨著國家智能電網建設的規劃及實施，在線監測技術作為智能電網輸電環節的重點規劃項目，也在朝著智能化的方向發展。基于這一思想和實際情況，依據地線振動產生原因以及自然環境對地線的影響，提出了一種具有智能化的振動、氣象在線檢測裝置，以確保地線的安全是非常有必要的。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種高壓輸電線路地線振動在線監測裝置，不僅加強了對線路微風振動的實時監測，提高供電設備的可靠性，而且可長期收集和積累氣象資料，為輸電線路的設計、運行維護提供相關基礎數據。本實用新型所采用的技術方案是，高壓輸電線路地線振動在線監測裝置，包括有監控中心，監控中心分別通過GPRS通信網絡分別與監測分機和氣象觀測模塊連接，監測分機與氣象觀測模塊之間通過導線連接，監測分機還通過Zigbee網絡連接有多個振動監測儀。本實用新型的特點還在于，監測分機，包括有單片機a和電源電路模塊，單片機a分別通過導線與GPRS通信模塊、Zigbee協調器、存儲器模塊連接，電源電路模塊通過導線分別連接有太陽能電池和蓄電池。單片機a為ARM STM32F107單片機。氣象觀測模塊內依次設置有溫度傳感器b、濕度傳感器、風速傳感器、風向傳感器及日照傳感器，監測分機內的單片機a分別通過導線與溫度傳感器、濕度傳感器、風速傳感器、風向傳感器及日照傳感器連接。振動監測儀，包括有單片機b，單片機b通過導線連接有Zigbee子節點模塊和振動監測儀電源模塊，Zigbee子節點模塊分別通過Zigbee網絡連接有振動傳感器及溫度傳感器a。單片機b為MSP430F247單片機。振動監測儀設置有兩個或兩個以上，多個振動監測儀內的Zigbee子節點模塊通過Zigbee網絡與監測分機內的GPRS通信模塊、Zigbee協調器連接。[0013]Zigbee子節點模塊中的處理器為CC2430射頻芯片。本實用新型的有益效果是，(I)本實用新型的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置基于Zigbee技術組建無線傳感網絡，實現對地線多個測點的微風振動情況及導線溫度的實時監測，并同時對濕度、溫度、風速、風向、日照強度等多種氣象參數進行采集；(2)本實用新型的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置采用了 GPRS的通信方式，實現監測數據的遠距離傳輸；(3)本實用新型的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置建立準確的計算方法，直接給出用戶需要的導線振幅、頻率以及疲勞損傷壽命等重要參數。
圖1是本實用新型的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置的結構圖。圖中，1.監控中心，2.監測分機，3.振動監測儀，4.氣象觀測模塊，5.振動傳感器，6.溫度傳感器a，7.振動監測儀電源模塊，8.Zigbee子節點模塊，9.GPRS通信模塊，
10.Zigbee協調器，11.存儲器模塊，12.太陽能電池，13.蓄電池，14.單片機a，15.電源電路模塊，16.溫度傳感器，17.濕度傳感器，18.風速傳感器，19.風向傳感器，20.日照傳感器，21.單片機b。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。本實用新型的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置，其結構如圖1所示，包括有監控中心1，監控中心I分別通過GPRS通信網絡分別與監測分機2和氣象觀測模塊4連接，監測分機2與氣象觀測模塊4之間通過導線連接，監測分機2還通過Zigbee網絡連接有多個振動監測儀3。監測分機2，包括有單片機al4和電源電路模塊15，單片機al4分別通過導線與GPRS通信模塊9、Zigbee協調器10、存儲器模塊11連接，電源電路模塊15通過導線分別連接有太陽能電池12和蓄電池13。單片機al4 為 ARM STM32F107 單片機。氣象觀測模塊4內依次設置有溫度傳感器bl6、濕度傳感器17、風速傳感器18、風向傳感器19及日照傳感器20，監測分機2內的單片機al4分別通過導線與溫度傳感器16、濕度傳感器17、風速傳感器18、風向傳感器19及日照傳感器20連接。振動監測儀3，包括有單片機b21，單片機b21通過導線連接有Zigbee子節點模塊8和振動監測儀電源模塊7，Zigbee子節點模塊8分別通過Zigbee網絡連接有振動傳感器5及溫度傳感器a6。單片機b21為MSP430F247單片機。振動監測儀3設置有兩個或兩個以上。多個振動監測儀3內的Zigbee子節點模塊8通過Zigbee網絡與監測分機2內的GPRS通信模塊9、Zigbee協調器10連接。Zigbee子節點模塊8中的處理器為CC2430射頻芯片。本實用新型的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置工作過程為:監測分機2實時完成相應地線振動信息、導線溫度以及環境溫度、濕度、風速及風向信息的采集，將其打包后通過GPRS通信模塊9發送至監控中心1，由監控中心I內的軟件針對數據進行分析整理判斷該線路導線的微風振動情況；監控中心I可對監測分機2進行遠程參數設置(如采樣時間間隔、傳感器基準、實時數據請求等)；監控中心I根據各測點導線振動幅度、頻率以及環境參數等數據，借助專家軟件了解該地區相應線路的微風振動狀況，專家軟件則利用各種修正理論模型、實驗結果和現場運行結果來判斷輸電線路的微風振動及導線疲勞損傷狀況，及時給出預警信息，有效防止事故的發生。監測分機2為獨立監測單元，其通過GPRS通信模塊9與監控中心I的數據通信，構成系統的第一級網絡；監測分機2和多個振動監測儀3通過Zigbee組建無線局域網絡，為系統的第二級網絡；監測分機2的單片機al4定時通過串口向Zigbee協調器10發送采集命令(定時時間可設定，也可通過監控中心I直接進行數據請求)，同時對風速、風向、溫度、濕度等各種氣象數據進行采集；iZigbee協調器10接收到采集命令后，向其局域網內的各Zigbee子節點模塊8發送采集命令，并定時等待接受Zigbee子節點模塊8采集到的數據，當定時時間到時，Zigbee協調器10將接收到的Zigbee子節點模塊8回復的數據通過串口發送回監測分機2內的單片機al4 ;單片機al4將Zigbee協調器10回復的數據及各氣象參數打包，通過GPRS通訊模塊9發送到監控中心I。監測分機2可以根據監控中心I主機發送的控制信號進行實時采集數據、修改監測分機2采樣時間等操作。本實用新型的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置中各個組成模塊:(I)本實用新型中的單片機al4和單片機b21具有處理能力強、運行速度快、資源豐富、開發方便等優點，性價比很高；超低功耗是最為顯著地性能特點，其具有獨特的時鐘設計，可輸出三種不同頻率時鐘送給不同需求的模塊，并具有多種睡眠模式，通過參數設置可最大限度的降低系統功耗。考慮到系統處理的實時性要求和串行口通信的波特率產生及系統低功耗特性等問題，選擇了 32768Hz及11.0592MHz兩組晶振。(2)本實用新型中的Zigbee子節點模塊選用TSZ-CC2430，通過Zigbee技術，實現了無限傳感器網絡節點的開發，這些節點可以方地構成低成本、高傳輸速率的無線網絡，從而實現對各個監測點處的振動信息及導線溫度的實時監測；并且通過在節點中移植Zigbee協議棧，既可以組建星型網絡，也可以組建較為復雜的樹狀以及網狀網路；在本實用新型中，采用MSSTATE LRffPAN協議棧，協調器節點(Coordinator)建立一個網絡，路由器(Router)以及終端節點(RFD)(本系統中將路由器節點及終端節點統稱為子節點)加入網路，子節點模塊在接收到協調器節點發送的采集數據命令后，定期向協調器節點發送自己采集振動及導線溫度等數據，振動監測儀3以Zigbee子節點模塊8中的射頻芯片CC2430為處理器，在進行無線數據傳輸的同時，完成振動及導線溫度信息的采樣。(3)本實用新型中的GPRS通訊模塊9采用宏電的產品，型號H7118GPRSDTU。GPRS通信模塊9與模擬開關相連，其功能是通過中國移動通信的通用分組無線業務GPRS，進行無線數據通信；本實用新型中每個振動監測儀3都有一個GPRS通訊模塊9通過無線網路與中心計算機通信，該模塊具有傳輸數據量大，傳輸速度快，穩定性高等優點。(4)監測分機要實現對各種參量的不間斷監測，監測分機電源設計非常重要，本實用新型的振動監測儀3采用互感取電方式，監測基站采用太陽能加蓄電池的工作方式，為了提高系統電源的工作效率和蓄電池13的工作壽命，系統設計了自動充放點控制電路。其蓄電池13充放電保護原理:通過運放LM324及其外圍電路組成的遲滯比較器，當蓄電池13的電壓正常時，充電回路開啟，放電回路接通；當蓄電池13電壓降低，低于放電保護值(IlV)時，放電回路斷開；直到蓄電池13電壓重新上升到放電允許值(12.5V)時，放電回路恢復正常；當蓄電池13電壓升高，高于充電保護值(14.5)時，太陽能電池12輸出被斷開；充電回路關閉，直到蓄電池13電壓下降到充電允許值(13.5)時，充電回路恢復正常。本實用新型的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置的特點:(I)解決了現有的地線振動監測及無線傳輸方面的難題，現場監測可定時或實時監測導線振動信息以及當時環境的溫度、濕度、風速和風向等信息量，及時通過GPRS發送到監控中心，由監控中心專家軟件判斷當前線路的振動頻率、振幅以及疲勞損傷壽命等相關參數。(2)加強了對線路微風振動的實時監測，將疲勞損壞事故消除在萌芽狀態，提高供電設備的可靠性。(3)可長期收集和積累氣象資料，為輸電線路的設計、運行維護提供相關基礎數據。
權利要求1.高壓輸電線路地線振動在線監測裝置，其特征在于，包括有監控中心(I)，所述監控中心(I)分別通過GPRS通信網絡分別與監測分機(2)和氣象觀測模塊(4)連接，所述監測分機(2)與所述氣象觀測模塊(4)之間通過導線連接，所述監測分機(2)還通過Zigbee網絡連接有多個振動監測儀(3 )。
2.根據權利要求1所述的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置，其特征在于，所述監測分機(2)，包括有單片機a (14)和電源電路模塊(15)，所述單片機a (14)分別通過導線與GPRS通信模塊(9)、Zigbee協調器(10)、存儲器模塊(11)連接，所述電源電路模塊(15)通過導線分別連接有太陽能電池(12)和蓄電池(13)。
3.根據權利要求2所述的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置，其特征在于，所述單片機a (14)為ARM STM32F107單片機。
4.根據權利要求1或2所述的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置，其特征在于，所述氣象觀測模塊(4)內依次設置有溫度傳感器b (16)、濕度傳感器(17)、風速傳感器(18)、風向傳感器(19)及日照傳感器(20)，所述監測分機(2)內的單片機a (14)分別通過導線與所述溫度傳感器(16)、濕度傳感器(17)、風速傳感器(18)、風向傳感器(19)及日照傳感器(20)連接。
5.根據權利要求1所述的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置，其特征在于，所述振動監測儀(3)，包括有單片機b (21)，所述單片機b (21)通過導線連接有Zigbee子節點模塊(8)和振動監測儀電源模塊(7)，所述Zigbee子節點模塊(8)分別通過Zigbee網絡連接有振動傳感器(5)及溫度傳感器a (6)。
6.根據權利要求5所述的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置，其特征在于，所述單片機b (21)為MSP430F247單片機。
7.根據權利要求1或5所述的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置，其特征在于，所述振動監測儀(3)設置有兩個或兩個以上，多個所述振動監測儀(3)內的Zigbee子節點模塊(8)通過Zigbee網絡與所述監測分機(2)內的GPRS通信模塊(9)、Zigbee協調器(10)連接。
8.根據權利要求5所述的高壓輸電線路地線振動在線監測裝置，其特征在于，所述Zigbee子節點模塊(8)中的處理器為CC2430射頻芯片。
專利摘要本實用新型公開的高壓輸電線路地線振動在線監測裝，包括有監控中心，監控中心分別通過GPRS通信網絡分別與監測分機和氣象觀測模塊連接，監測分機與所述氣象觀測模塊之間通過導線連接，監測分機還通過Zigbee網絡連接有多個振動監測儀。本實用新型的高壓輸電線路地線振動在線監測裝，不僅加強了對線路微風振動的實時監測，提高供電設備的可靠性，而且可長期收集和積累氣象資料，為輸電線路的設計、運行維護提供相關基礎數據。
文檔編號G01H17/00GK203024858SQ20122069935
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者黃新波, 張曉偉, 王佩, 周柯紅, 張亞維 申請人:西安工程大學