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高压输电导线疲劳监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高压输电导线疲劳监测系统，涉及机械振动或超声波探测装置【技术领域】。所述监测系统包括若干个安装在输电导线上的导线疲劳预警装置、线路监测基站、WEB服务器、数据备份服务器、若干个Internet用户终端、用户基站以及若干个移动用户终端。所述系统通过导线疲劳预警装置能够实时监测输电线路的振动及超声回波情况，分析导线的疲劳情况，并给出告警信息，协助运行部门对输电线路进行有效的维护，避免由输电线路导线微风振动引起的导线断股事故。
【专利说明】高压输电导线疲劳监测系统

【技术领域】
[0001]本发明涉及机械振动或超声波探测装置【技术领域】，尤其涉及一种高压输电导线疲劳监测系统。

【背景技术】
[0002]输电导线经绝缘子高压端接头金具固定，通过绝缘子串悬挂在铁塔上；输电铁塔是固定的，绝缘子串除稍有风摆外也基本是固定的；而长长的输电导线悬挂在空中受到风力等多方面因素影响，必然发生振动、摆动、舞动，这些动作都相对绝缘子高压端头固定点发生；相对地说，输电导线这种频率随机、幅度随机的振动都对该固定点进行，造成一种反复折弯的效果，尤其是上下振动，引起导线在固定点处反复弯折，日复一日、年复一年，输电导线承重的钢芯率先疲劳，接着就有断股、断线发生的可能。目前国内外普遍采用IEEE标准规定的相对振幅测量法来衡量微风振动危害程度。
[0003]悬臂梁电阻应变式传感器是目前采用最多的一种传感器，优点是结构简单，但电阻应变式传感器容易受环境影响，存在电桥平衡难、非线性误差大和易受电磁干扰以及不能长期稳定运行等问题，对测量结果和稳定性有很大影响；另外，电阻应变式传感器需要电源供电，造成测量装置体积过大，倒装法安装的悬臂梁电阻应变式传感器对导线振动测量造成一定误差，具有采集数据不准确，导线状态判断不准确的特点。


【发明内容】

[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种高压输电导线疲劳监测系统，所述系统通过导线疲劳预警装置能够实时监测输电线路的振动及超声回波情况，分析导线的疲劳情况，并给出告警信息，协助运行部门对输电线路进行有效的维护，避免由输电线路导线微风振动引起的导线断股事故。
[0005]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种高压输电导线疲劳监测系统，其特征在于:所述监测系统包括若干个安装在输电导线上的导线疲劳预警装置，用于通过振动加速度传感器和超声波损伤探测模块采集高压输电导线的疲劳程度；线路监测基站，位于高压输电铁塔附近，用于接收导线疲劳预警装置采集的导线疲劳数据，并将所述采集的数据经过融合、存储、管理后使用无线网络进行远距离传输；WEB服务器，用于接收线路监测基站无线输出的数据，并将该输出通过因特网进行发布；数据备份服务器，用于接收线路监测基站传输的数据并进行存储和备份；若干个Internet用户终端，通过Internet网络与WEB服务器进行数据交互，用于接收WEB服务器转送的监测数据，并对异常数据进行报警；用户基站，用于无线接收线路监测基站传输的数据并通过无线网络将数据进行发布；若干个移动用户终端，用于通过无线网络接收用户基站发送的监测数据，并对异常数据进行报警。
[0006]进一步优选的技术方案在于:所述导线疲劳预警装置包括三个振动加速度传感器、一个超声波损伤探测模块、信号调理模块、信号处理模块、供电模块以及无线传输模块，所述振动加速度传感器和超声波损伤探测模块与信号调理模块的输入端连接，振动加速度传感器固定在导线的不同方向上，用于检测导线在不同方向上的振动加速度，超声波损伤探测模块用于向导向发出超声波并采集导线的超声回波，信号调理模块用于将振动加速度传感器和超声波损伤探测模块采集的数据进行变换和处理并输出给信号处理模块；信号调理模块的信号输出端与信号处理模块的输入端连接，用于将接收到的导线振动加速度信息和导线超声回波信息进行处理，并将处理后的数据发送给无线传输模块；无线传输模块与信号处理模块双向连接，用于发送信号处理模块计算得出的导线疲劳状态信息以及接受远程终端下发给信号处理模块的操作命令；所述供电模块为振动加速度传感器、超声波损伤探测模块、信号调理模块、信号处理模块以及无线传输模块提供工作电源。
[0007]进一步优选的技术方案在于:所述预警装置还包括风速和风向传感器，通过信号调理模块与信号处理模块电连接，用于采集风速和风向信息。
[0008]进一步优选的技术方案在于:所述供电模块为太阳能供电模块或高压感应充电模块。
[0009]进一步优选的技术方案在于:所述太阳能供电模块包括太阳能电池、充放电控制器以及蓄电池，所述太阳能电池通过充放电控制器与蓄电池电连接，充放电控制器的电源输出端为所述太阳能供电模块的电源输出端，充放电控制器用于控制太阳能电池直接为所述预警装置提供电源和/或为蓄电池充电，以及控制蓄电池为所述预警装置提供电源。
[0010]进一步优选的技术方案在于:所述高压感应充电模块包括高压感应模块、充放电控制器以及蓄电池，所述高压感应模块通过充放电控制器与蓄电池电连接，充放电控制器的电源输出端为所述高压感应充电模块的电源输出端，充放电控制器用于控制高压感应模块直接为所述预警装置提供电源和/或为蓄电池充电，以及控制蓄电池为所述预警装置提供电源。
[0011]进一步优选的技术方案在于:所述无线传输模块为zigbee无线传输模块和/或GPRS无线通信模块。
[0012]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:所述系统采用导线疲劳预警装置监测输电线路的疲劳程度，并通过线路监测基站收集若干个导线疲劳预警装置采集的信息，将线路监测基站收集的信息分别通过WEB服务器以有线的形式传送给Internet用户终端，通过用户基站以无线的形式传输给若干个移动用户终端，具有数据传输可靠，使用方便的特点。
[0013]此外，所述疲劳预警装置通过使用振动加速度传感器以及超声波损伤探测模块分别采集导线的振动以及超声回波并将上述信息上传至相关的数据处理装置进行处理后得出导线的疲劳程度，具有测量准确，使用效果好的特点。所述预警装置还包括风速以及风向传感器，充分考虑风速以及风向对导线振动的影响，进一步提高了导线状态测量的准确度，防止错误判断导线状态。供电模块采用太阳能供电或者高压感应供电，就地取电，使用方便。

【专利附图】

【附图说明】
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0015]图1是本发明的原理框图；
[0016]图2是本发明中导线疲劳预警装置的原理框图；
[0017]图3是导线疲劳预警装置供电模块的第一种原理框图；
[0018]图4是导线疲劳预警装置供电模块的第二种原理框图。

【具体实施方式】
[0019]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0021]如图1所示，本发明公开了一种高压输电导线疲劳监测系统，所述监测系统包括若干个安装在输电导线上的导线疲劳预警装置，用于通过振动加速度传感器和超声波损伤探测模块采集高压输电导线的疲劳程度；线路监测基站，位于高压输电铁塔附近，用于接收导线疲劳预警装置采集的导线疲劳数据，并将所述采集的数据经过融合、存储、管理后使用无线网络进行远距离传输;WEB服务器，用于接收线路监测基站无线输出的数据，并将该输出通过因特网进行发布；数据备份服务器，用于接收线路监测基站传输的数据并进行存储和备份；若干个Internet用户终端，通过Internet网络与WEB服务器进行数据交互，用于接收WEB服务器转送的监测数据，并对异常数据进行报警；用户基站，用于无线接收线路监测基站传输的数据并通过无线网络将数据进行发布；若干个移动用户终端，用于通过无线网络接收用户基站发送的监测数据，并对异常数据进行报警。
[0022]导线疲劳预警装置正常运行时，导线疲劳预警装置会监测高压输电线路的微风振动、超声回波、风向和风速信息，这些监测到的信息通过短距离传输模块以数据包的形式及时传送到线路监测基站，线路监测基站对数据包进行解析、数据处理、存储，并通过给web服务器和用户基站进行发布，通过web服务器发布的数据，以有线的形式传送给Internet用户终端进行读取，Internet用户终端按照要求完成数据记录、加工、导线的疲劳程度计算以及报警；通过用户基站发布的数据传送给移动用户终端进行读取，移动用户终端按照要求完成数据记录、加工、导线的疲劳程度计算以及报警。
[0023]如图2所示为本发明中导线疲劳预警装置的原理框图，所述导线疲劳预警装置包括三个振动加速度传感器、一个超声波损伤探测模块、信号调理模块、信号处理模块、供电模块以及无线传输模块，所述振动加速度传感器和超声波损伤探测模块与信号调理模块的输入端连接，振动加速度传感器固定在导线的不同方向上，用于检测导线在不同方向上的振动加速度，超声波损伤探测模块用于向导向发出超声波并采集导线的超声回波，信号调理模块用于将振动加速度传感器和超声波损伤探测模块采集的数据进行变换和处理并输出给信号处理模块；信号调理模块的信号输出端与信号处理模块的输入端连接，用于将接收到的导线振动加速度信息和导线超声回波信息进行处理，并将处理后的数据发送给无线传输模块；无线传输模块与信号处理模块双向连接，用于发送信号处理模块计算得出的导线疲劳状态信息以及接受远程终端下发给信号处理模块的操作命令；所述供电模块为振动加速度传感器、超声波损伤探测模块、信号调理模块、信号处理模块以及无线传输模块提供工作电源。所述预警装置通过使用振动加速度传感器以及超声波损伤探测模块分别采集导线的振动以及超声回波得出导线的疲劳程度，具有测量准确，使用效果好的特点。
[0024]所述预警装置还可以进一步的包括风速和风向传感器，通过信号调理模块与信号处理模块电连接，用于采集风速和风向信息，充分考虑风速以及风向对导线振动的影响，进一步提高了导线状态测量的准确度，防止错误判断导线状态。
[0025]为了使用方便，所述预警装置采用就地取电策略，因此所述供电模块使用太阳能供电模块(使用太阳能)或高压感应充电模块(使用高压线路感应的电源)。
[0026]如图3所示，所述太阳能供电模块包括太阳能电池、充放电控制器以及蓄电池，所述太阳能电池通过充放电控制器与蓄电池电连接，充放电控制器的电源输出端为所述太阳能供电模块的电源输出端，充放电控制器用于控制太阳能电池直接为所述预警装置提供电源和/或为蓄电池充电，以及控制蓄电池为所述预警装置提供电源。
[0027]如图4所示为，所述高压感应充电模块包括高压感应模块、充放电控制器以及蓄电池，所述高压感应模块通过充放电控制器与蓄电池电连接，充放电控制器的电源输出端为所述高压感应充电模块的电源输出端，充放电控制器用于控制高压感应模块直接为所述预警装置提供电源和/或为蓄电池充电，以及控制蓄电池为所述预警装置提供电源。
[0028]所述无线传输模块的种类有很多种，需要根据所述预警装置使用的使用进行设置，一般情况下可以为zigbee无线传输模块，用于满足短距离传输需要，还可以为GPRS无线通信模块，用于满足远距离传输需要。
[0029]预警装置直接挂在输电导线靠近绝缘子高压端固定点处，检测该处导线三个方向的瞬时振动加速度(沿导线纵向、垂直导线水平方向和竖直方向)，由振动加速度采集导线振动频率和振动幅度，记录每个振动周期的幅度和时间长度，尤其是振动幅度超过一定阈值的周期数，结合所测导线型号对应的材料、直径及力学参数，分析导线长期振动的受损程度和疲劳程度，预测导线疲劳老化变化，预测导线继续经受不同强度振动下断股断线的可能性和延后时间。在检测振动加速度的同时还使用超声波损伤探测模块检测导线的超声回波特性，用以捕捉和分析导线裂纹发生发展的状况，验证和辅助分析、预警疲劳。
[0030]振动频率测量范围:0-200HZ，测量精度:±5% ;振动幅值测量范围:0-20mm，测量精度:±5% ;超声波测量范围:20KHZ-1000KHZ ;所述预警装置直接挂在输电导线上监测，装置与输电导线之间用硅橡胶隔离；装置直接从输电导线感应取电作电源，适应输电导线负荷低谷最小电流30A ;装置自身适量进行参数统计:测点导线振动幅值、频率的统计、分析、报警；日振幅平均值、最大值、最小值；可远程在线设置报警阈值；可选就近对线路监测基站短程无线通信或远程与管理后台GPRS或3G通信，后台或手机都可监看当前状态或报警信息；及时向线路监测基站或管理后台报告所述预警装置的状态。
[0031]所述系统采用导线疲劳预警装置监测输电线路的疲劳程度，并通过线路监测基站收集若干个导线疲劳预警装置采集的信息，将线路监测基站收集的信息分别通过WEB服务器以有线的形式传送给Internet用户终端，通过用户基站以无线的形式传输给若干个移动用户终端，具有数据传输可靠，使用方便的特点。
【权利要求】
1.一种高压输电导线疲劳监测系统，其特征在于:所述监测系统包括若干个安装在输电导线上的导线疲劳预警装置，用于通过振动加速度传感器和超声波损伤探测模块采集高压输电导线的疲劳程度；线路监测基站，位于高压输电铁塔附近，用于接收导线疲劳预警装置采集的导线疲劳数据，并将所述采集的数据经过融合、存储、管理后使用无线网络进行远距离传输；WEB服务器，用于接收线路监测基站无线输出的数据，并将该输出通过因特网进行发布；数据备份服务器，用于接收线路监测基站传输的数据并进行存储和备份；若干个Internet用户终端，通过Internet网络与WEB服务器进行数据交互，用于接收WEB服务器转送的监测数据，并对异常数据进行报警；用户基站，用于无线接收线路监测基站传输的数据并通过无线网络将数据进行发布；若干个移动用户终端，用于通过无线网络接收用户基站发送的监测数据，并对异常数据进行报警。
2.根据权利要求1所述的高压输电导线疲劳监测系统，其特征在于:所述导线疲劳预警装置包括三个振动加速度传感器、一个超声波损伤探测模块、信号调理模块、信号处理模块、供电模块以及无线传输模块，所述振动加速度传感器和超声波损伤探测模块与信号调理模块的输入端连接，振动加速度传感器固定在导线的不同方向上，用于检测导线在不同方向上的振动加速度，超声波损伤探测模块用于向导向发出超声波并采集导线的超声回波，信号调理模块用于将振动加速度传感器和超声波损伤探测模块采集的数据进行变换和处理并输出给信号处理模块；信号调理模块的信号输出端与信号处理模块的输入端连接，用于将接收到的导线振动加速度信息和导线超声回波信息进行处理，并将处理后的数据发送给无线传输模块；无线传输模块与信号处理模块双向连接，用于发送信号处理模块计算得出的导线疲劳状态信息以及接受远程终端下发给信号处理模块的操作命令；所述供电模块为振动加速度传感器、超声波损伤探测模块、信号调理模块、信号处理模块以及无线传输模块提供工作电源。
3.根据权利要求2所述的高压输电导线疲劳监测系统，其特征在于:所述预警装置还包括风速和风向传感器，通过信号调理模块与信号处理模块电连接，用于采集风速和风向信息。
4.根据权利要求2所述的高压输电导线疲劳监测系统，其特征在于:所述供电模块为太阳能供电模块或高压感应充电模块。
5.根据权利要求4所述的高压输电导线疲劳监测系统，其特征在于:所述太阳能供电模块包括太阳能电池、充放电控制器以及蓄电池，所述太阳能电池通过充放电控制器与蓄电池电连接，充放电控制器的电源输出端为所述太阳能供电模块的电源输出端，充放电控制器用于控制太阳能电池直接为所述预警装置提供电源和/或为蓄电池充电，以及控制蓄电池为所述预警装置提供电源。
6.根据权利要求4所述的高压输电导线疲劳监测系统，其特征在于:所述高压感应充电模块包括高压感应模块、充放电控制器以及蓄电池，所述高压感应模块通过充放电控制器与蓄电池电连接，充放电控制器的电源输出端为所述高压感应充电模块的电源输出端，充放电控制器用于控制高压感应模块直接为所述预警装置提供电源和/或为蓄电池充电，以及控制蓄电池为所述预警装置提供电源。
7.根据权利要求2所述的高压输电导线疲劳监测系统，其特征在于:所述无线传输模块为zigbee无线传输模块和/或GPRS无线通信模块。
【文档编号】G01D21/02GK104266678SQ201410484112
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】李亚东, 李加存, 龚振龙, 刘广州, 于启万, 夏华东, 郑浩, 张春程, 余成 申请人:国家电网公司, 国网安徽省电力公司宿州供电公司, 武汉星杪科技有限公司