一种大跨越线路多参数监测装置及监测方法

技术领域

本发明涉及监测领域，具体涉及一种大跨越线路多参数监测装置及监测方法。

背景技术

大跨越线路微风振动幅值超过警戒值，易导致线路部件的疲劳损坏，如导地线的疲劳断股、金具、间隔棒及杆塔构件的疲劳损坏或磨损等。尤其是大跨越线路的导线截面、张力、悬挂点高度及档距的不断增大，导致风对导地线的振动能量大大增加，振动强度远超普通线路振动强度。微风振动高频微幅的振动特点，由此引发的线路破损具有一定的隐蔽性，很难在线路运维时被发现。通常是出现了线路磨损甚至疲劳断股后才被发现，此时已给电网安全运行带来严重危害。近年来，输电线路的微风振动问题更趋突出，已经严重威胁我国输电线路特别是大跨越线路的安全运行。

导线振动频率及幅值、风场、温度是输电线路微风振动状态评价、风险评估的主要参量。为了获取导地线的微风振动情况，目前主要通过测量振动幅值和频率来评估振动水平。现有的微风振动监测装置存在如下局限性：1)监测变量以加速度、位移等为主，缺乏导线位置同步风场监测；2)导地线微风振动的连续监测时长，受制于系统功耗及线路取能手段，以短期监测为主；3)缺少导地线风场、温度与振动响应同步监测装置。

发明内容

针对现有技术中监测变量以加速度、位移等为主，缺乏同步风场监测，导地线微风振动的连续监测时长，受制于系统功耗及取能手段，以短期监测为主的问题，本发明提供了一种大跨越线路多参数监测装置，包括：

外壳以及固定于所述外壳外部的风速传感器(4)和位于所述外壳内部的数据采集装置和数据处理模块；

所述数据处理模块分别与所述风速传感器(4)和所述数据采集装置连接，用于对所述风速传感器(4)和所述数据采集装置采集的数据进行运算得到微风振动评估结果，并将评估结果上传服务器。

优选的，所述外壳包括一侧铰接连接的装置上壳体(1)和装置下壳体(2)；

所述风速传感器(4)固定于所述装置上壳体(1)上。

优选的，所述装置下壳体(2)上设置有一个固定卡环(7)和一个可动卡环(6)；

所述固定卡环(7)和所述可动卡环(6)之间的间距为80～90mm；

所述固定卡环(7)与所述装置下壳体(2)一体化设计；

所述装置下壳体(2)上设置有孔；

螺栓穿过所述装置下壳体(2)上设置的孔将所述可动卡环(6)固定于所述装置下壳体(2)上。

优选的，所述数据采集装置包括：温度传感器(11)和加速度传感器(8)；

所述装置下壳体(2)的固定卡环(7)和可动卡环(6)下部设置有镂空槽；

所述加速度传感器(8)设置于所述镂空槽内；

所述温度传感器(11)通过弹簧与导线接触。

优选的，所述数据处理模块包括：相互连接的CPU计算单元和通讯单元；

所述CPU计算单元，用于根据风速传感器(4)和加速度传感器(8)采集的数据计算导线振幅、动弯应变、风速及振动频率；

所述通讯单元，用于采用无线通讯方式将所述CPU计算单元计算的导线振幅、动弯应变、风速及振动频率传输至服务器。

优选的，所述数据处理模块还包括用于数据存储的数据采集存储单元。

优选的，还包括电源模块。

优选的，所述电源模块还包括：与所述电源模块连接的太阳能电池板。

优选的，所述通讯单元采用微带天线。

优选的，所述外壳呈倒角光滑的壳体。

优选的，所述可动卡环(6)包括上下分离的拱形结构；

所述上下分离的拱形结构的其中一端上对称设置有通过轴销连接的孔，另一端通过铰接连接。

优选的，所述固定卡环(7)包括一端铰接连接的上半部分和下半部分；

所述上半部分的另一端上设置有孔；所述装置下壳体上设置有与所述上半部分的孔相对应的孔；

轴销穿过所述上半部分的孔、以及所述置下壳体上相对应的孔，将所述上半部分与所述装置下壳体固定；

所述下半部分与所述装置下壳体(2)一体化设计。

优选的，所述固定卡环(7)内侧设置有导电橡胶保护层(13)。

一种大跨越线路多参数监测方法，包括：

由固定于外壳外部的风速传感器(4)和位于所述外壳内部的数据采集装置采集数据；

由位于外壳内部的数据处理模块对采集的数据进行运算得到微风振动评估结果。

优选的，所述由位于外壳内部的数据处理模块对采集的数据进行运算得到微风振动评估结果，并将评估结果上传服务器，包括：

所述数据处理单元的CPU计算单元根据风速传感器(4)和加速度传感器(8)采集的数据计算导线振幅、动弯应变、风速及振动频率；

所述数据处理单元的通讯单元采用无线通讯方式将所述CPU计算单元计算的导线振幅、动弯应变、风速及振动频率传输至服务器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种大跨越线路多参数监测装置，包括：外壳以及固定于所述外壳外部的风速传感器(4)和位于所述外壳内部的数据采集装置和数据处理模块；所述数据处理模块分别与所述风速传感器(4)和所述数据采集装置连接，用于对所述风速传感器(4)和所述数据采集装置采集的数据进行运算得到微风振动评估结果，并将评估结果上传服务器。本发明提供的技术方案将数据采集装置和风速传感器装在一个装置内，实现了同步监测风速、微风振动。

附图说明

图1为本发明装置整体结构示意图；

图2为本发明装置的内部结构示意图；

图3为本发明装置的可动卡环结构示意图；

图4为本发明装置的剖面示意图；

图5为本发明装置中温度传感器剖面示意图；

图6本发明一种大跨越线路多参数监测方法流程图；

其中，1-装置上壳体、2-装置下壳体、3-太阳能电池板、4-风速传感器、5-微带天线、6-可动卡环、7-固定卡环、8-加速度传感器、9-主控电路板、10-电池模块、11-温度传感器、12-弹簧、13-导电橡胶保护层。

具体实施方式

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述不足，利用叶轮风速仪与基于加速度计的测振技术，通过集约化电路设计并在微处理器中嵌入边缘算法，提供一种低功耗、小型化、高集成度的大跨越线路多参数监测装置及方法，实现大跨越及特高压线路微风振动从风场到响应的同步测量与计算，为线路微风振动灾害预警、状态评价、风险评估提供现场数据支撑。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：一种大跨越线路多参数监测装置，如图1和图4所示，包括：外壳、电源模块，以及分别与电源模块连接的风速传感器4、数据采集装置和数据处理模块；所述风速传感器4固定于所述外壳外部；所述数据采集装置和数据处理模块位于所述外壳内部；

所述数据处理模块分别与所述风速传感器4和所述数据采集装置连接，用于对所述风速传感器4和所述数据采集装置采集的数据进行运算和通讯。

风速传感器4采用叶轮风速传感器，实现了对风场的监测；数据处理模块采用主控电路板。

装置由通过铰链连接的装置上壳体1和装置下壳体2、叶轮风速传感器4、太阳能电池板3、温度传感器11、加速度传感器8、主控电路板9、电池模块10、微带天线5组成。

所述外壳由装置上壳体1和装置下壳体2组成，壳体材料为阳极氧化铝，装置上壳体1和装置下壳体2通过壳体一侧铰链连接，外表面进行倒角及光滑处理以减少电晕。

所述装置上壳体1顶部安装有叶轮风速传感器4及微带天线5，内部安装有导线温度传感器11，如图5所示。

如图2所示，所述装置下壳体2内部设有一个固定卡环7及一个可动卡环6，固定卡环7与装置下壳体2一体化设计，可动卡环6为上下分离的拱形结构如图3所示，可动卡环6和固定卡环7下部均有镂空槽，镂空槽内各布设1个加速度传感器8，两个加速度传感器8的间距为80～90mm。

所述装置下壳体2内部含有主控电路板9及电池模块，主控电路板9由数据采集存储单元、CPU计算单元、通讯单元组成，用于风速、导线温度及导线振动加速度传感器8数据的采集、存储、运算及通讯。

所述装置通过可动卡环6和固定卡环7与导线连接，可动卡环6和固定卡环7的内部与导线接触部分有导电橡胶保护层13。

所述主控电路板9、电池模块外部包裹有电磁屏蔽材料制成的电磁屏蔽壳。

所述装置上壳体1外部布设有一块太阳能电池板3，用于给电池模块充电，可实现长期监测。

所述装置下壳体2底部有排水孔。

所述温度传感器11优选铂电阻温度传感器。

所述微带天线5由非屏蔽防水材料封装，并安装于装置上壳体1凹槽内。

所述加速度传感器8，主要用于导线振动响应的测量，优选3轴加速度计及3轴陀螺仪复合的6轴MEMS加速度计。

所述主控电路板9上的通讯单元优选4G通讯方式。

所述CPU计算模块内嵌了根据加速度数据积分得到导线振幅并计算动弯应变、基于导线表面风速计算风速及振动频率的算法。

实施例2：

一种大跨越线路多参数监测方法，如图6所示，包括：

由固定于外壳外部的风速传感器4和位于所述外壳内部的数据采集装置采集数据；

由位于外壳内部的数据处理模块对采集的数据进行运算得到微风振动评估结果。

优选的，所述由位于外壳内部的数据处理模块对采集的数据进行运算得到微风振动评估结果，并将评估结果上传服务器，包括：

所述数据处理单元的CPU计算单元根据风速传感器4和加速度传感器8采集的数据计算导线振幅、动弯应变、风速及振动频率；

所述数据处理单元的通讯单元采用无线通讯方式将所述CPU计算单元计算的导线振幅、动弯应变、风速及振动频率传输至服务器。

优选的，由固定于外壳外部的风速传感器4和位于所述外壳内部的数据采集装置采集数据，包括：

由固定于外壳外部的风速传感器4采集测量导线表面风速，由数据采集装置的加速度传感器测量导线振动加速度，温度传感器11采集导线表面的温度，并将采集的数据传输至所述数据处理单元。

固定于外壳外部的风速传感器4和位于所述外壳内部的数据采集装置采集数据，还包括：将采集的数据进行存储，并发送至后台服务器。

本发明提供一种大跨越线路多参数监测方法，具体包括：

S1，在特高压或大跨越导线上安装该装置；

S2，采用本发明内置的叶轮风速传感器测量导线表面风速，采用内置MEMS加速度传感器测量导线振动加速度，通过所述采集单元采集，存储到所述存储单元内部；

S3，采用本发明装置内置的CPU计算模块内嵌入的算法，计算导线风速、振幅频率、动弯应变，将计算结果存储到存储单元内；

S4，采用本发明装置内置的通讯模块将原始测量数据及计算结果定期发送至后台服务器。

本发明提供了一种大跨越线路多参数监测装置及方法，弥补了目前少有在导线上同时测量风速及振动装置的现状，与传统的微风振动监测装置相比，更加智能化、低功耗，可满足长期连续测量的需要，可同时实现导线风速、温度、振动响应的同步测量。

本发明提供一种大跨越线路多参数测量装置及方法，通过在导线上安装该装置，可实现自动化的导线微风振动风场到振动响应的自动测量、采集、存储、计算及传输。

实施例3：

如图1-5所示，一种大跨越线路多参数监测装置，装置由通过铰链连接的装置上壳体1，装置下壳体2，太阳能电池板3，叶轮风速传感器4，微带天线5，可动卡环6，固定卡环7，加速度计8，主控电路板9，电池模块10，温度传感器11组成。

所述外壳由装置上壳体1和装置下壳体2组成，壳体材料为阳极氧化铝，装置上壳体1和装置下壳体2通过铰链连接，外表面进行倒角及光滑处理以减少电晕。

所述装置上壳体1顶部安装有太阳能电池板3，叶轮风速传感器4及微带天线5。

所述装置下壳体2内部设有一个固定卡环7，一个可动卡环6，可动卡环为上下分离的拱形结构，两个卡环下部均有镂空槽，其中每个槽内各布设1个加速度传感器8，两个加速度传感器的间距为80～90mm。

所述装置下壳体2内部含有主控电路板9及电池模块10，主控电路板9含有数据采集存储单元、CPU计算单元、通讯单元，用于风速、温度及加速度传感器数据的采集、存储、运算及通讯。

所述装置通过两个可动卡环6和固定卡环7与导线连接，可动卡环6和固定卡环7内部与导线接触部分有导电橡胶13保护层。

所述固定卡环7下半部分与装置下壳体2一体化设计，所述可动卡环6在安装时利用底部孔通过螺栓固定于装置下壳体2上，保证在装置安装时两个加速度传感器8间距固定(可设置为80～90mm任意数值)，安装完成后，将螺栓退出，解除对可动卡环6的限位，可动卡环6可在装置上壳体1与装置下壳体2组成的空槽内自由振动。

所述可动卡环6在螺栓释放后仅通过柔性信号线与主控电路板9相连，整个装置仅通过固定卡环7与导线固定，减少了测量装置对待测导线的振动特性影响。

所述主控电路板9、电池模块10外部包裹有电磁屏蔽材料制成的电磁屏蔽壳。

所述装置下壳体2底部有排水孔。

所述温度传感器11通过弹簧12与导线接触，弹簧12可在安装时给与温度传感器11一定的预紧力，保证温度传感器11与导线间具有良好的接触，且保证温度传感器11可适应不同导线直径。

所述温度传感器11优选铂电阻温度传感器。

所述微带天线5由非屏蔽防水材料封装，并安装于装置上壳体1凹槽内。

所述加速度传感器8，主要用于导线振动响应的测量，优选3轴加速度计及3轴陀螺仪复合的6轴MEMS加速度计。

所述主控电路板9上的通讯单元优选4G通讯方式。

所述CPU计算模块内嵌了根据加速度数据积分得到导线振幅并计算动弯应变、基于导线表面风速计算风速及振动频率的算法。

本装置将叶轮风速传感器和加速度传感器设置在一个装置内部，可实现同步监测风速、微风振动情况；

本装置将叶轮风速传感器、加速度传感器和温度传感器设置在一个装置内部，实现了导线表面的风速、温度与振动响应同步监测，并可依据监测数据对微风振动进行精确监测。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。