專利名稱：基于gps定位的輸電線路舞動在線監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在線監測裝置，特別是用于輸電線路上的一種監測輸電線路舞動狀態的裝置。
背景技術：
我國是架空輸電線路舞動多發的國家，近年來，隨著電網建設的發展，架空輸電線路向著大截面、多分裂的方向發展，線路舞動事故更趨頻繁，所造成的損失更嚴重，嚴重威脅電網的安全穩定運行。輸電線路所述的舞動是輸電線路受到水平方向的風吹動時，產生一定的空氣升力，誘發導線產生一種大振幅(可達IOm以上)、低頻率(0.1 3. OHz)的自激振動。輸電線路的異常舞動會發生諸如導線電弧燒傷、金具損壞、導線斷股、斷線、倒塔等事故，嚴重影響電網的安全運行。輸電線路舞動在線監測裝置能夠對輸電線路的舞動情況進行實時監測，當發現輸電線路舞動異常時，及時預報給監控中心，以便立即采取措施，防止意外事故的發生，從而提高輸電線安全運行的可靠性。目前常見的輸電線路舞動在線監測裝置主要有以下兩種1)基于攝像頭和圖像處理技術通過安裝在輸電線路現場的監測終端采集攝像頭畫面，應用數字圖像處理技術處理對現場圖像數據進行分析，勾畫出導線的邊界，然后根據導線邊界的變化得出舞動的特征參數，判定輸電線的舞動級別。這種監測方法通常是對舞動進行定性監測，實現定量監測還需進一步提高圖像處理的精度。2)加速度傳感器該檢測裝置是將加速度傳感器固定在導線表面，使用加速度傳感器測量導線舞動時的加速度變化，根據加速度計算導線的移動距離。加速度傳感器使用內置的電池供電，測量結果通過無線方式發送出去。使用這種監測裝置，雖然可以對輸電線路的舞動實現定量檢測，但是當導線發生扭轉而非舞動時，加速度傳感器仍會有測量結果輸出，利用這種數據計算得到的導線舞動情況必將發生偏差，影響測量精度。
實用新型內容本實用新型需要解決的技術問題是提供一種應用于輸電線路上的高測量精度的舞動在線監測裝置。為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是基于GPS定位的輸電線路舞動在線監測裝置，包括用于計算輸電線路舞動狀態的專家系統，還包括用于獲取輸電線路位置的待測衛星、安裝在輸電線路上的與待測衛星通過無線進行通信的GPS接收機、以及與GPS接收機輸出端連接的GPRS/CDMA通信模塊，所述 GPRS/CDMA通信模塊的輸出端連接專家系統，所述GPS接收機以及GPRS/CDMA通信模塊的輸入端均與設置在輸電線路上的導線取能模塊連接。[0012]本實用新型的工作原理如下所述首先導線取能模塊利用輸電線路本身流過的電流產生的磁場獲得電能，為GPS接收機以及GPRS/CDMA通信模塊提供電源；專家系統按照一定的衛星截止角選擇待測衛星， GPS接收機用于捕獲這些衛星的運行情況，即可測量出GPS接收機到衛星的偽距離和距離的變化率，并解調出衛星軌道參數等數據。GPS接收機再根據這些數據按照定位結算方法進行定位計算，以高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，確定GPS接收機所在輸電線路的空間位置。GPS接收機將計算結果傳輸給GPRS/CDMA通信模塊；GPRS/CDMA通信模塊經過無線網絡將GPS接收機計算得出的輸電線路監測點的三維坐標發送到設置在變電站內的專家系統中；專家系統根據接收到數據計算得出輸電線路的舞動情況。本實用新型所述導線取能模塊的具體結構為所述導線取能模塊包括套裝在輸電線路上的取能線圈、與取能線圈輸出端連接的整流濾波模塊、與整流濾波模塊的輸出端連接DC-DC轉換模塊。取能線圈用于將輸電線路中電流產生的磁場轉換為交流電壓；整流濾波模塊將交流電壓轉換為直流電壓，并對該直流電壓進行濾波處理，以減少電壓中的諧波； DC-DC轉換模塊用于將濾波后的直流電壓轉換為本實用新型所需要的低壓直流電，并輸送給GPS接收機和GPRS/CDMA通信模塊。上述導線取能模塊的改進在于所述取能線圈與整流濾波模塊之間還設置有防沖擊保護模塊，防沖擊保護模塊用于防止輸電線路故障、短路或電力系統操作時形成的過電壓對本實用新型產生沖擊。所述導線取能模塊的進一步改進在于所述整流濾波模塊與DC-DC轉換模塊之間設置有充電回路，以及與充電回路并聯設置的鋰離子充電電池。充電回路用于對鋰離子充電電池進行充電，作為本裝置電源的備用電源。所述導線取能模塊的改進還在于所述防沖擊保護模塊的輸入端與整流濾波模塊的輸出端之間并聯設置有電壓監控模塊。電壓監控模塊用于對取能線圈產生的電壓進行實時監控，當電壓過低時取能模塊開啟鋰離子電池對裝置進行供電。由于采用了上述技術方案，本實用新型取得的技術進步在于本實用新型通過專家系統選擇的待測衛星以及設置在輸電線路上GPS接收機對輸電線路的舞動狀態進行監測，掃描頻率為20Hz以上，可精確地計算出輸電線路的舞動情況，其定位精度可達到毫米級，大大提高了測量的精確度。本實用新型中導線取能模塊的設置，可以方便地利用輸電線路中流過的電流產生裝置所需要的電壓，改變了現有技術的監測裝置中使用其他供電裝置，減小了裝置的體積和重量，從而可以減輕輸電線路的負荷。導線取能模塊中防沖擊保護模塊的設置，可以有效防止當輸電線路故障、短路或電力系統操作時形成的過電壓對本實用新型產生沖擊，更好地保護裝置的安全運行。充電回路以及鋰離子電池的設置，能夠在電壓過低時開啟鋰離子電池對裝置進行供電，有效保證了裝置的連續運行。電壓監控模塊的設置，能夠實現對取能線圈產生的電壓進行實時監控，當電壓過低時取能模塊開啟鋰離子電池對裝置進行供電。
圖1 本實用新型的結構示意圖；圖2 本實用新型所示導線取能模塊的結構示意圖。[0023]其中1.GPS接收機，2. GPRS/CDMA通信模塊，3.專家系統，4.待測衛星，5.導線取能模塊，51.取能線圈，52.整流濾波模塊，53. DC-DC轉換模塊，54.防沖擊保護模塊，55.充電回路，56.鋰離子充電電池，57.電壓監控模塊，6.輸電線路。
具體實施方式
以下結合附圖及具體實施方式
對本實用新型作更進一步詳細說明一種基于GPS定位的輸電線路舞動在線監測裝置的結構示意圖如圖1所示，包括 GPS接收機1、待測衛星4、GPRS/CDMA通信模塊2、導線取能模塊5以及專家系統3。GPS接收機以及導線取能模塊5均安裝在輸電線路上；導線取能模塊的輸出端連接GPS接收機以及GPRS/CDMA通信模塊的輸入端，為其供電；GPS接收機的輸出端連接 GPRS/CDMA通信模塊的輸入端，為GPRS/CDMA通信模塊提供計算得出的輸電線路監測點的三維坐標；專家系統設置在變電站內，用于計算輸電線路的舞動狀態；GPRS/CDMA通信模塊與專家系統之間通過無線網絡進行數據的傳輸。導線取能模塊如圖2所示，主要包括取能線圈51、防沖擊保護模塊54、整流濾波模塊52、DC-DC轉換模塊53、電壓監控模塊57、以及鋰電池充電回路。取能線圈套裝在輸電線路6上，取能線圈的輸出端經防沖擊保護模塊連接整流濾波模塊，整流濾波模塊的輸出端連接DC-DC轉換模塊，對高電壓進行低電壓轉換。電壓監控模塊并聯設置在防沖擊保護模塊54和整流濾波模塊52的兩端，用于監測取能線圈產生的電壓情況。鋰電池充電回路包括鋰離子充電電池56和充電回路55，鋰電池充電回路并聯設置在整流濾波模塊52和DC-DC轉換模塊53之間。鋰離子充電電池用于當取能模塊輸出的電壓較低時，對裝置進行供電。基于GPS定位的輸電線路舞動在線監測裝置的工作原理如下所述首先導線取能模塊利用輸電線路本身流過的電流產生的磁場獲得電能，為GPS接收機以及GPRS/CDMA通信模塊提供電源；專家系統按照一定的衛星截止角選擇待測衛星， GPS接收機用于捕獲這些衛星的運行情況，即可測量出GPS接收機到衛星的偽距離和距離的變化率，并解調出衛星軌道參數等數據。GPS接收機再根據這些數據按照定位結算方法進行定位計算，以高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，確定GPS接收機所在輸電線路待監測點的位置。根據衛星鐘的鐘差以及GPS接收機的鐘差可以確定以下四個方程式[ (xrx)2+ (yry)2+ (zrz)2] 1/2+c (Vt1-Vt0) = (I1[ (X2-X)2+ (y2-y)2+ (z2~z)2] 1/2+c (Vt2-Vt0) = d2[ (X3-X)2+ (y3-y)2+ (z3~z)2] 1/2+c (Vt3-Vt0) = d3[ (X4-X)2+ (y4-y)2+ (z4-z)2] 1/2+c (Vt4-Vt0) = d4其中x、y、z為待測點坐標的空間直角坐標，xi、yi、zi(i = 1、2、3、4)分別為待測衛星1、待測衛星2、待測衛星3、待測衛星4在t時刻的空間直角坐標，可由衛星導航電文求得。Vti (i = 1、2、3、4)分別為待測衛星1、待測衛星2、待測衛星3、待測衛星4的衛星鐘的鐘差，由待測衛星星歷提供。Vto為GPS接收機的鐘差。dji = 1、2、3、4)分別為待測衛星 1、待測衛星2、待測衛星3、待測衛星4到輸電線路待監測點的偽距離。對上述方程進行聯立求解，可以獲得GPS接收機在輸電線路安裝點的三維坐標
5值，即GPS接收機所在輸電線路待監測點的位置。 GPS接收機將計算結果傳輸給GPRS/CDMA通信模塊；GPRS/CDMA通信模塊經過無線網絡將GPS接收機計算得出的輸電線路監測點的三維坐標發送到設置在變電站內的專家系統中；專家系統根據接收到數據計算得出輸電線路的舞動位移，根據輸電線路的舞動位移隨時間的變化情況計算得出輸電線路舞動頻率和幅值。
權利要求1.基于GPS定位的輸電線路舞動在線監測裝置，包括用于計算輸電線路舞動狀態的專家系統(3)，其特征在于還包括用于獲取輸電線路位置的待測衛星(4)、安裝在輸電線路 (6)上的與待測衛星(4)通過無線進行通信的GPS接收機(1)、以及與GPS接收機(1)輸出端連接的GPRS/CDMA通信模塊(2)，所述GPRS/CDMA通信模塊(2)的輸出端連接專家系統 (3)，所述GPS接收機(1)以及GPRS/CDMA通信模塊的輸入端均與設置在輸電線路上的導線取能模塊(5)連接。
2.根據權利要求1所述的基于GPS定位的輸電線路舞動在線監測裝置，其特征在于 所述導線取能模塊(5)包括套裝在輸電線路(6)上的取能線圈(51)、與取能線圈(51)輸出端連接的整流濾波模塊(52)、與整流濾波模塊(52)的輸出端連接DC-DC轉換模塊(53)。
3.根據權利要求2所述的基于GPS定位的輸電線路舞動在線監測裝置，其特征在于 所述取能線圈(51)與整流濾波模塊(52)之間還設置有防沖擊保護模塊(54)。
4.根據權利要求2所述的基于GPS定位的輸電線路舞動在線監測裝置，其特征在于 所述整流濾波模塊(52)與DC-DC轉換模塊(53)之間設置有充電回路(55)，以及與充電回路并聯設置的鋰離子充電電池(56)。
5.根據權利要求3所述的基于GPS定位的輸電線路舞動在線監測裝置，其特征在于 所述防沖擊保護模塊(54)的輸入端與整流濾波模塊(52)的輸出端之間并聯設置有電壓監控模塊(57)。
專利摘要本實用新型涉及一種基于GPS定位的輸電線路舞動在線監測裝置，包括專家系統、待測衛星、安裝在輸電線路上的與待測衛星通過無線進行通信的GPS接收機、以及GPRS/CDMA通信模塊；GPRS/CDMA通信模塊的輸出端連接專家系統，輸入端連接GPS接收機，GPS接收機以及GPRS/CDMA通信模塊的輸入端均與設置在輸電線路上的導線取能模塊連接。本實用新型掃描頻率為20Hz以上，可精確地計算出輸電線路的舞動情況，其定位精度可達到毫米級，大大提高了測量的精確度。
文檔編號G08C17/02GK202075032SQ20112008987
公開日2011年12月14日 申請日期2011年3月31日 優先權日2011年3月31日
發明者劉亮, 劉哲, 張益國, 王強, 馬昀濤 申請人:河北省電力勘測設計研究院